單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,第,4,章 智能汽車設(shè)計(jì)基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),第4章 智能汽車設(shè)計(jì)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),1,4.1,計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì),1,4.2,計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì),2,思考題,3,第,4,章 智能汽車設(shè)計(jì)基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),4.1 計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)14.2 計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)2,2,4.1,計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì),1,4.1.1,機(jī)械設(shè)計(jì)原理,2,4.1.2 AUTOCAD,簡(jiǎn)介,4.1 計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)12,3,4.1.1,機(jī)械設(shè)計(jì)原理,為了提高智能車的競(jìng)技性能，必須了解其機(jī)械結(jié)構(gòu)，并且對(duì)其結(jié)構(gòu)上的不足之處加以改進(jìn)。通過(guò)對(duì)歷屆全國(guó)智能汽車競(jìng)賽中各高校的參賽智能車進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，想要取得較好的成績(jī)，智能車底盤(pán)的優(yōu)化和硬件設(shè)備的可靠性所占的比重要大于軟件程序及其控制策略所占的比重，因此有必要對(duì)智能車的機(jī)械原理進(jìn)行一定的了解。,機(jī)械設(shè)計(jì)原理就是研究機(jī)械的基本理論及設(shè)計(jì)技術(shù)等問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，研究?jī)?nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：,4.1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)原理 為了提高智能車,4,4.1.1,機(jī)械設(shè)計(jì)原理,（,1,）機(jī)械設(shè)計(jì)總論,主要介紹機(jī)械設(shè)計(jì)要求及機(jī)械設(shè)計(jì)中常用材料和選用原則、機(jī)械零件的強(qiáng)度驗(yàn)算、機(jī)械零件的磨損及潤(rùn)滑等理論，并對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。,（,2,）常用機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)設(shè)計(jì),研究機(jī)構(gòu)的組成原理、運(yùn)動(dòng)分析及力分析方法，并重點(diǎn)介紹根據(jù)運(yùn)動(dòng)要求和工作條件設(shè)計(jì)常用機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)的技術(shù)和方法。,（,3,）通用零件設(shè)計(jì),研究通用零件的設(shè)計(jì)和選用問(wèn)題，包括零件工作能力設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及標(biāo)準(zhǔn)零、部件的選用等問(wèn)題。,（,4,）有關(guān)機(jī)械總體設(shè)計(jì)中的一些問(wèn)題,介紹機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及機(jī)座與箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等問(wèn)題,。,4.1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)原理（1）機(jī)械設(shè)計(jì)總論 主要介紹機(jī)械,5,4.1.1,機(jī)械設(shè)計(jì)原理,機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求包括以下幾個(gè)方面：,（,1,）功能要求,機(jī)械產(chǎn)品必須完成規(guī)定的功能，并保證功能參數(shù)在限定的范圍內(nèi)。,（,2,）可靠性要求,機(jī)械的可靠性通過(guò)可靠度來(lái)衡量?？煽慷仁侵冈谝?guī)定的使用時(shí)間（壽命）內(nèi)和預(yù)定的環(huán)境條件下，機(jī)械產(chǎn)品能夠正常地完成其功能的概率。不同場(chǎng)合使用的機(jī)械，對(duì)其可靠度有不同的要求。,（,3,）經(jīng)濟(jì)性要求,所設(shè)計(jì)的機(jī)械應(yīng)在設(shè)計(jì)、制造和使用的全過(guò)程中都應(yīng)力求達(dá)到合理的成本范圍內(nèi)。主要的方法有：采用恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法，縮短設(shè)計(jì)周期；構(gòu)思合理的工作原理，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)；選用適當(dāng)?shù)脑牧?，減小尺寸和質(zhì)量；制定合理的制造和裝配工藝；注意最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化的零、部件等。,4.1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)原理 機(jī)械設(shè)計(jì)的基本要求包括以,6,4.1.1,機(jī)械設(shè)計(jì)原理,（,4,）社會(huì)性要求,機(jī)械產(chǎn)品的操作應(yīng)方便、安全；外觀造型和色彩應(yīng)大方宜人；具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；遵循國(guó)家及相關(guān)部門(mén)環(huán)境保護(hù)等有關(guān)法規(guī)。,（,5,）其他特殊要求,不同的機(jī)械還具有一些該機(jī)械所特有的要求。例如，對(duì)機(jī)床有長(zhǎng)期保持精度的要求；對(duì)飛機(jī)有質(zhì)量輕、飛行阻力小而運(yùn)載能力大的要求等。,通過(guò)對(duì)參賽智能車機(jī)械設(shè)計(jì)的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，并不是所有的調(diào)整都對(duì)提高智能車的性能具有明顯的作用，其中前輪定位參數(shù)優(yōu)化、轉(zhuǎn)向舵機(jī)力臂增大和底盤(pán)重心位置對(duì)于智能車的機(jī)械性能有著較大的影響。,4.1.1 機(jī)械設(shè)計(jì)原理 （4）社會(huì)性要求 機(jī)械產(chǎn)品的,7,4.1.2 AutoCAD,簡(jiǎn)介,AutoCAD,是機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的軟件之一，它是一種可自定義、可擴(kuò)展的,CAD,軟件，具有二維繪圖、設(shè)計(jì)文檔和簡(jiǎn)單的三維設(shè)計(jì)等功能。,AutoCAD,從,V1.0,，,V1.17,，,V2.5,，,V2.6,，,R9,R14,，,2000,，,2000i,，,2004,，,2005,至今天的,2006,版，歷經(jīng)了多次的改版更新，由于其在平面設(shè)計(jì)方面的功能比較齊全，其市場(chǎng)占有率很高。,下面以,AutoCAD2006,為例來(lái)說(shuō)明,AutoCAD,在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。,AutoCAD2006,提供了高效的圖形集管理器，可以輕松地對(duì)圖形進(jìn)行移植、展開(kāi)，其直觀的功能讓學(xué)習(xí)變得更加容易；動(dòng)態(tài)塊和增強(qiáng)的圖案填充等工具為用戶提供了便捷的解決方法。這些新功能與圖形集管理器等選項(xiàng)板相結(jié)合，為管理所有類型的項(xiàng)目提供了一套完整的解決方案。,AutoCAD2006,在機(jī)械設(shè)計(jì)的應(yīng)用功能主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：,4.1.2 AutoCAD 簡(jiǎn)介AutoCAD是機(jī)械設(shè)計(jì)中,8,4.1.2 AutoCAD,簡(jiǎn)介,（,1,）可方便地繪制直線、圓、圓弧和正多邊形等基本機(jī)械圖形對(duì)象，并且可以對(duì)圖形對(duì)象進(jìn)行各種編輯，以構(gòu)成各種復(fù)雜的機(jī)械圖形。,（,2,）當(dāng)某一張圖紙上需要繪制多個(gè)相同的圖形時(shí)，利用其強(qiáng)大的復(fù)制、偏移和鏡像等功能，能夠快速地通過(guò)已有圖形繪制出其他圖形。,（,3,）,AutoCAD,能夠繪制出滿足符合國(guó)家機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)（,GB,）的線條寬度、文字樣式等。,（,4,）提供了新的動(dòng)態(tài)塊功能，可以快速有效地創(chuàng)建機(jī)械常用件和標(biāo)準(zhǔn)件的模塊，如符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的鍵、彈簧、軸承、螺栓、螺母和墊圈等；操縱塊并從中提取數(shù)據(jù)，當(dāng)需要繪制這些圖形時(shí)，可以直接插入而不必要重復(fù)繪制。,4.1.2 AutoCAD 簡(jiǎn)介（1）可方便地繪制直線、圓,9,4.1.2 AutoCAD,簡(jiǎn)介,（,5,）新提供的動(dòng)態(tài)輸入功能，可以使用戶將精力集中在設(shè)計(jì)繪圖而非軟件功能上。,（,6,）可以方便地將零件圖組裝成裝配圖，能夠驗(yàn)證零件尺寸是否正確、零件之間是否會(huì)出現(xiàn)干涉等裝配問(wèn)題，同時(shí)還可以利用,AutoCAD,的復(fù)制和粘貼功能，方便地通過(guò)裝配圖拆分出零件圖。,（,7,）當(dāng)用戶設(shè)計(jì)系列產(chǎn)品時(shí)，可以方便地通過(guò)已有圖形修改派生出新圖形。,（,8,）在設(shè)計(jì)復(fù)雜圖形時(shí)，,AutoCAD,提供,Web,共享設(shè)計(jì)信息、創(chuàng)建幫助，可方便地創(chuàng)建單個(gè)圖形并管理整個(gè)圖形集。同時(shí),AutoCAD,可利用,CAD,生產(chǎn)中的新標(biāo)準(zhǔn)能幫助用戶獲得更大的成功,。,4.1.2 AutoCAD 簡(jiǎn)介（5）新提供的動(dòng)態(tài)輸入功能,10,4.1.2 AutoCAD,簡(jiǎn)介,（,9,）,AutoCAD,使信息的連接變得簡(jiǎn)單易行，使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)制造流程中可以開(kāi)展協(xié)作化的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，能夠與企業(yè)內(nèi)的任何員工或擴(kuò)展的團(tuán)隊(duì)安全共享設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，其功能有：能為有需要的用戶共享、查看、標(biāo)記和管理,2D,3D,設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，支持與其他用戶的文件交換，并能在更改變得困難之前，減少設(shè)計(jì)流程中的錯(cuò)誤，生成新的觀點(diǎn)，從而使業(yè)務(wù)流程能夠?qū)崿F(xiàn)從創(chuàng)建到完成的平穩(wěn)運(yùn)作。,4.1.2 AutoCAD 簡(jiǎn)介（9）AutoCAD使信息,11,4.2,計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì),1,4.2.1,EDA,技術(shù),2,4.2.2,Protel,4.2 計(jì)算機(jī)輔助電路設(shè)計(jì)12,12,4.2.1 EDA,技術(shù),1,EDA,技術(shù)的內(nèi)涵,EDA,（,Electronics Design Automation,）即電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。現(xiàn)在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)依靠手工設(shè)計(jì)已經(jīng)無(wú)法滿足大規(guī)模電路設(shè)計(jì)的要求，因此在電路設(shè)計(jì)工作中需要采用,EDA,技術(shù)。,EDA,技術(shù)以計(jì)算機(jī)硬件和系統(tǒng)軟件為基本工作平臺(tái)，采用,EDA,通用支撐軟件和應(yīng)用軟件包，幫助電子設(shè)計(jì)工程師完成電路的功能設(shè)計(jì)、邏輯計(jì)算、性能分析、時(shí)序測(cè)試直至,PCB,（印刷電路板）的設(shè)計(jì)等工作。在,EDA,軟件的幫助下，將設(shè)計(jì)者對(duì)電路系統(tǒng)的功能描述轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果。利用,EDA,設(shè)計(jì)工具，設(shè)計(jì)者可完成對(duì)電路的性能分析、時(shí)序測(cè)試，減少設(shè)計(jì)的盲目性，極大地提高設(shè)計(jì)的效率。,4.2.1 EDA技術(shù)1EDA技術(shù)的內(nèi)涵,13,4.2.1 EDA,技術(shù),EDA,通用支撐軟件和應(yīng)用軟件包涉及電路與系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形學(xué)、圖論和拓?fù)溥壿?、?jì)算數(shù)學(xué)、優(yōu)化理論等多門(mén)學(xué)科，其技術(shù)指標(biāo)包括自動(dòng)化程度、功能完善度、操作界面、數(shù)據(jù)開(kāi)放性和互換性（即不同廠商的,EDA,軟件可互相兼容）等。,EDA,技術(shù)包括了電子電路設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，即從低頻電路到高頻電路、從線性電路到非線性電路、從模擬電路到數(shù)字電路、從分離電路到集成電路的全部設(shè)計(jì)過(guò)程，輔助電子工程師進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，以及在電子產(chǎn)品生產(chǎn)的全過(guò)程提供的各種輔助工作。,2,EDA,技術(shù)的基本特征,采用高級(jí)語(yǔ)言描述，具有系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合能力是,EDA,技術(shù)的基本特征。與這些基本特征有關(guān)的幾個(gè)概念如下：,4.2.1 EDA技術(shù) EDA通用支撐軟件和應(yīng)用軟件包,14,4.2.1 EDA,技術(shù),（,1,）并行工程和“自頂向下”設(shè)計(jì)方法,并行工程是一種系統(tǒng)化的、集成化的、并行的產(chǎn)品及相關(guān)過(guò)程（主要指制造和維護(hù)）的開(kāi)發(fā)模式。這一模式使開(kāi)發(fā)者從一開(kāi)始就要考慮到產(chǎn)品生存周期的質(zhì)量、成本、開(kāi)發(fā)時(shí)間及用戶的需求等諸多方面因素。,“自頂向下”（,Top-down,）的設(shè)計(jì)方法是從系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在方框圖一級(jí)進(jìn)行驗(yàn)證，然后用邏輯綜合優(yōu)化工具生成具體的門(mén)級(jí)邏輯電路網(wǎng)表，其對(duì)應(yīng)的物理實(shí)現(xiàn)級(jí)可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐??！白皂斚蛳隆痹O(shè)計(jì)方法有利于在早期發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，提高設(shè)計(jì)的一次成功率，在,EDA,技術(shù)中被廣泛采用。,4.2.1 EDA技術(shù)（1）并行工程和“自頂向下”設(shè)計(jì)方法,15,4.2.1 EDA,技術(shù),（,2,）硬件描述語(yǔ)言（,HDL,）,用硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行電路與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是當(dāng)前,EDA,技術(shù)的一個(gè)重要特征。硬件描述語(yǔ)言突出的優(yōu)點(diǎn)是：語(yǔ)言的公開(kāi)可利用性；設(shè)計(jì)與工藝的無(wú)關(guān)性；寬范圍的描述能力；便于組織大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；便于設(shè)計(jì)的復(fù)用和繼承等。與原理圖輸入設(shè)計(jì)方法相比較，硬件描述語(yǔ)言更適合規(guī)模日益增大的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件描述語(yǔ)言使得設(shè)計(jì)者在比較抽象的層次上描述設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特征，是進(jìn)行邏輯綜合優(yōu)化的重要工具。目前最常用的,IEEE,標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言有,VHDL,和,Verilog-HDL,。,4.2.1 EDA技術(shù)（2）硬件描述語(yǔ)言（HDL）,16,4.2.1 EDA,技術(shù),（,3,）邏輯綜合與優(yōu)化,邏輯綜合功能將高層次的系統(tǒng)行為設(shè)計(jì)自動(dòng)翻譯為門(mén)級(jí)邏輯的電路描述，做到了設(shè)計(jì)與工藝的獨(dú)立。優(yōu)化則是對(duì)于上述綜合生成的電路網(wǎng)表，根據(jù)布爾方程功能等效的原則，用更小、更快的綜合結(jié)果替代一些復(fù)雜的邏輯電路單元，根據(jù)指定的目標(biāo)庫(kù)映射成新的網(wǎng)表。,（,4,）開(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)化,EDA,系統(tǒng)的框架是一種軟件平臺(tái)結(jié)構(gòu)，它為不同的,EDA,工具提供操作環(huán)境?？蚣芴峁┡c硬件平臺(tái)無(wú)關(guān)的圖形用戶界面、工具之間的通信數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)流程的管理，以及各種與數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的服務(wù)項(xiàng)目等。一個(gè)建立了符合標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)發(fā)式框架結(jié)構(gòu),EDA,系統(tǒng)，可以接納其他廠商的,EDA,工具一起進(jìn)行設(shè)計(jì)工作?？蚣茏鳛橐惶资褂煤团涮?EDA,軟件包的規(guī)范，可以實(shí)現(xiàn)各種,EDA,工具間的優(yōu)化組合，將各種,EDA,工具集成在一個(gè)統(tǒng)一管理的環(huán)境之下，實(shí)現(xiàn)資源共享。,4.2.1 EDA技術(shù)（3）邏輯綜合與優(yōu)化,17,4.2.1 EDA,技術(shù),EDA,框架標(biāo)準(zhǔn)化和硬件描述語(yǔ)言等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化可集成不同設(shè)計(jì)風(fēng)格和應(yīng)用的要求，使得各具特色的,EDA,工具能有效地工作在同一個(gè)工作站上。集成的,EDA,系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高層次的自動(dòng)邏輯綜合、版圖綜合和測(cè)試碼生成，而且可以使各個(gè)仿真器對(duì)同一個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行協(xié)同仿真，進(jìn)一步提高了,EDA,系統(tǒng)的工作效率和設(shè)計(jì)的正確性。,（,5,）庫(kù)（,Library,）,庫(kù)是支持,EDA,工具完成各種自動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程的關(guān)鍵。,EDA,設(shè)計(jì)公司與半導(dǎo)體生產(chǎn)廠商緊密合作，共同開(kāi)發(fā)了各種庫(kù)，如邏輯模擬時(shí)的模擬庫(kù)、邏輯綜合時(shí)的綜合庫(kù)、版圖綜合時(shí)的版圖庫(kù)、測(cè)試綜合時(shí)的測(cè)試庫(kù)等。在這些庫(kù)的支持下，,EDA,工具能夠完成各種自動(dòng)設(shè)計(jì)。,4.2.1 EDA技術(shù)EDA框架標(biāo)準(zhǔn)化和硬件描述語(yǔ)言等設(shè)計(jì),18,4.2.2 Protel,Protel 99SE,