汽車側向傾斜角度傳感器的應用

針對汽車行駛中發生的側向傾翻, 本文提出了一種解決方法———汽車側向傾斜角度傳感器的應用。利用角度傳感器檢測出汽車的傾翻力, 初步討論了使汽車減速的2 種方法, 使傾翻力矩下降, 可避免汽車行駛中傾翻事故的發生。

1 概述

隨著電子技術的發展和應用, 汽車的安全性、舒適性和智能性越來越高。汽車側向傾斜角度傳感器的應用是防止汽車在行駛中發生傾翻事故的一種有效方法, 是提高汽車安全性的重要措施, 特別是越野車、雙層客車等重心較高的汽車更有必要。

汽車傾翻的實質是: 行駛中向外的傾翻力矩大于向里的穩定力矩, 當重心高度一定時, 傾翻力矩由傾翻力(向外的側向力) 決定。根據物理學知識, 傾翻力由路面的側向(亦稱橫向) 坡度產生的下滑力F1 和轉彎時所受向心力F2 共同作用所產生, 具體如下:

F1 = mgsinα

F2 = mv2PR

式中　m ———汽車質量

g ———重力加速度

α———路面與水平面的側向夾角

v ———汽車行駛速度

R ———轉彎半徑

由以上2式可知,為了減小傾翻力,只有減小v 是可行的, 而且F2∝v2 。根據牛頓第三運動定律, 轉彎時汽車在受到向心力作用的同時, 產生與向心力大小相等、方向相反的離心力, 因為汽車質量m 是一定的, 當向心力不能滿足v2PR 的增大時, 傾翻力矩大于穩定力矩, 就會發生傾翻。

因此, 應降低車速, 進而減小傾翻力矩, 將角度傳感器按擺動方向在汽車上側向布置, 根據角度傳感器產生的角位移, 可得出汽車所受下滑力、向心力作用產生的傾翻力的大小, 當角位移達到預先設定的數值時, 使汽車減速。

2 角度傳感器原理

角度傳感器利用重力原理制造的角度傳感器如圖1 所示。擺動部分的質量為m , 重心距轉軸的距離為L , 當汽車車體傾斜或做曲線運動時, 均能使擺動部分偏轉。設圖1 中的受力分析是無任何摩擦的理想狀態下,力F 為下滑力F1 和向心力F2 共同作用的結圖1 　角度傳感器果, 力F 與傾翻力成正比, 所產生的偏轉角度β也就與傾翻力成正比。擺動部分所受重力G 與F 的合力T 是擺桿所受拉力, 擺動角度β= tg - 1 ( FPG) , 與L 無關, 當質量m 一定時, β只與F 有關, 且成正比。實際上, 由于存在轉軸等處的摩擦, 則L 越長, 擺動轉矩越大, 精度越高。