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角度传感器_

发布日期:2020-09-24 07:02

  角度传感器_信息与通信_工程科技_专业资料。角度传感器在汽车中的应用 随着电子技术的发展和应用,汽车的安全性、舒适性和智能性越来越高。汽 车侧向倾斜角度传感器的应用是防止汽车在行驶中发生倾翻事故的一种有效方 法,是提高汽车安全性的重要措施,特别

  角度传感器在汽车中的应用 随着电子技术的发展和应用,汽车的安全性、舒适性和智能性越来越高。汽 车侧向倾斜角度传感器的应用是防止汽车在行驶中发生倾翻事故的一种有效方 法,是提高汽车安全性的重要措施,特别是越野车、双层客车等重心较高的汽车 更有必要。 汽车倾翻的实质是: 行驶中向外的倾翻力矩大于向里的稳定力矩,当重心高 度一定时,倾翻力矩由倾翻力(向外的侧向力)决定。根据物理学知识,倾翻力由 路面的侧向(亦称横向)坡度产生的下滑力 F1 和转弯时所受向心力 F2 共同作用所 产生,具体如下: 式中 m——汽车质量 g——重力加速度 α ——路面与水平面的侧向夹角 v——汽车行驶速度 R——转弯半径 由以上 2 式可知,为了减小倾翻力,只有减小 v 是可行的,而且 F2v2。根 据牛顿第三运动定律, 转弯时汽车在受到向心力作用的同时,产生与向心力大小 相等、方向相反的离心力,因为汽车质量 m 是一定的,当向心力不能满足 v2R 的增大时,倾翻力矩大于稳定力矩,就会发生倾翻。 因此,应降低车速,进而减小倾翻力矩,将角度传感器按摆动方向在汽车上 侧向布置,根据角度传感器产生的角位移,可得出汽车所受下滑力、向心力作用 产生的倾翻力的大小,当角位移达到预先设定的数值时,使汽车减速。 1 角度传感器 利用重力原理制造的角度传感器如图 1 所示。摆动部分的质量为 m,重心距 转轴的距离为 L,当汽车车体倾斜或做曲线运动时,均能使摆动部分偏转。设图 1 中的受力分析是无任何摩擦的理想状态下, 力 F 为下滑力 F1 和向心力 F2 共同作 用的结果,力 F 与倾翻力成正比,所产生的偏转角度也就与倾翻力成正比。摆动 部分所受重力 G 与 F 的合力 T 是摆杆所受拉力, 摆动角度=tg-1(F/G), 与 L 无关, 当质量 m 一定时,只与 F 有关,且成正比。实际上,由于存在转轴等处的摩擦, 则 L 越长,摆动转矩越大,精度越高。 角度传感器在控制系统中通常作为采样元件, 其性能的优劣对整个系统起着 重要作用。 电位器式角度传感器已在各种控制系统中广泛应用,但它的缺点是存 在触点的滑动磨损和电噪声;磁敏电阻式角度传感器是利用半导体技术制造的新 型纯电阻性元件,特点是无触点,当摆动部分偏转时,通过磁敏电阻的磁通量发 生变化,使磁敏电阻的阻值发生数倍以上的变化,从根本上消除了电噪声,k8,并使 精度得以提高。 图 2 是侧向倾斜角度传感器的一种实用电路,主要由单电源运算放大器(如 LM324)组成,其作用是将角度传感器中的电位器 W1 输出的线性变化的模拟电量 进行处理、放大,能够按规定输出数字量和模拟量。令水平时电位器 W1 滑动点 Ui 的电位为(12)Ec(Ec 为稳压电源电压,通常为 9V 或 15V,下同),R1、R2、R3、 R4 为附加电阻,并使 R1=R2,R3=R4,W2 为调中电位器,阻值很小。调整 W2,当 W1 处于水平状态时,使运放 A1、A2 输出端电位为(12)Ec。运放 A1 组成反相比例运 算放大器,作为电路的前置级放大,输入电压为 Ui,输出电压 U1=-(R7R5)Ui,且 应使 R6=R5%R7;运放 A2 组成反相器,电阻 R10=R8,且应使 R9=R8%R10;输出电压 U2=-U1=(R7R5)Ui。A1 和 A2 的输出端分别由发光二极管 LED1、LED2 组成或门电 路输出,使得汽车不论是左倾还是右倾,输出端 Uo1 均能输出与输入量 Ui(随倾 斜角度变化)成正比例线性关系的模拟信号,即 Uo1=(R7R5)Ui,去控制后面的 电路或机构。发光二极管还能指示倾斜方向,当水平状态时,模拟量输出端 Uo1=(12)Ec: 各种角度传感器都具有阻尼功能, 使得对所测得角度的响应有一个短暂的延 时对控制系统来讲是有益处的。 2 角度传感器电路 运放 A3、A4 和 A5、A6 分别组成窗口比较器,电阻 R20、R23、R26、R29 是 阻值较大的正反馈电阻, 以改善运放的开关状态工作性能,电阻 R13~R17 为分压 电阻,且应 R14=R15,R16=R17,电阻 R13 中点处的电位为(12)Ec,分压电阻的阻值 应根据 U2 的变化所反应的倾翻力决定,使得运放 A3 和 A5 的反相输入端、运放 A4 和 A6 的同相输入端获得不同的开关转换基准电位,而且所反应的左右倾斜程 度是一致的。水平时,U2=(12)Ec,运放 A3~A6 均输出低电平;倾斜时,U2 的电位 发生变化,运放 A3~A6 按规定要求输出高电平。例如,电位器 W1 左摆时,使 U2 电位升高, 当高于 A 点电位时, 运放 A3 输出高电平, 二极管 LED3 显示倾斜方向, 若汽车继续向左倾斜,使 U2 电位继续升高,当高于 C 点电位时,运放 A5 输出高 电平,二极管 LED5 显示倾斜方向且程度加重;同理,若电位器 W1 右摆,运放 A4 和 A6 的工作亦如此。2 个输出端 Uo2 和 Uo3 输出的数字信号所反映倾斜程度与 倾斜方向无关,很明显,Uo3 有高电平信号输出时,Uo2 已经输出高电平,Uo3 所反映的倾斜程度大于 Uo2。 K 为自动复中位型扭子开关,作为电路的检验开关,当上下搬动时,应分别 使二极管 LED2、LED3、LED5 和 LED1、LED4、LED6 发亮。电容器 C1 为高频旁路 电容器,C2 为低频滤波电容器,并与电阻 R12 组成放电回路,形成延时环节, 在系统中相当于传感器中的阻尼作用增加。