《F赛车传感器》PPT课件

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1、F1赛车传感器物理031曹坤0361024F1：高科技与昂贵的代名词从技术上说,世界一级方程式大赛是目前世界上速度最快,费用最昂贵,技术最高的比赛,他是汽车运动的最高境界。各支车队都采用最先进的科学技术和最尖端的材料来设计制造赛车。太空科技和超合金材料在方程式赛车上已屡见不鲜，成效也显而易见。汽车制造业的很多尖端技术首先是使用在方程式赛车上，最后才在民用车上推广。每辆F1赛车都是世界著名汽车厂家的精心杰作，一辆赛车的价值超过七百万美元，不亚于一架小型飞机的价值。一支方向盘仍需5万美元。同时，F1汽车大赛还是各国科技人才素质的较量。为应对F1比赛，一个车队有上百人在

2、马不停蹄地工作。很多幕后英雄在车道旁的整备区和移动数据中心卡车上严阵以待，这些幕后英雄也是F1的明星人物，并拿到几十万英镑的高薪。在一辆F1赛车上竟然有200多个甚至更多的传感器，每一圈赛道要提供15万个测量数据，这些数据包括引擎速度、水压、油压、刹车磨损、轮胎抓地力、弯道的转向角度等每个细节。测出的各种数据将被储存在车载记录仪中，在赛车每次经过维修区时通过所发出的一束雷达射线及时传给维修区的工程师，车辆进入维修站时还同时制作一份后备记录。1、热对流式加速度传感器：热对流式加速度计是基于单片CMOS集成电路制造工艺完整的加速度测量系统。类似其他加速度传感器有重力块

3、，热对流式加速度计是以可移动的热对流小气团作为重力块，通过测量由加速度引起的内部温度的变化来测量加速度。热对流式加速度计是以气态气体作为质量块，同传统的实体质量块相比具有很大的优势。它不存在电容式传感器所存在的粘连、颗粒等问题，同时能抵抗50，000g以上的冲击。这使得热对流式加速度计的次品率和故障率很低。一个被放置在芯片中央的热源在一个空腔中产生一个悬浮的热气团，同时由铝和多晶硅组成的热电耦组被等距离对称地放置在热源的四个方向。在未收到加速度或水平放置时，温度的下降陡度是以热源为中心完全对称的。此时所有四个热电耨组因感应温度而产生的电压是相同的（见图1）由于自由

4、对流场的传递性，任何方向的加速度都会扰乱热场的轮廓，从而导致其不对称，此时四个热电耦组的输出电压会出现差异，而热电耨组输出电压的差异是直接与所感应的加速度成比例的。在加速度传感器内部有两条完全相同的加速度信号传输路径：一条是用于测量X轴上所感应的加速度，另一条则用于测量Y轴上所感应的加速度（见图2）。众所周知，F1比赛中，进站（PitStop）过程起到了非常重要的作用，车队如何决定进站时机呢？主要有以下几个参考标准：2、轮胎受力情况：车轮多维力传感器3、轮胎温度：胎温传感器4、剩余燃油多少：液面传感器*、进站策略进站加油时的加油速度也是有严格要求的，FIA规定，所

5、有车队加油机的加油速度不得超过12升/s。因此，对于加油速度的监测是必须的。5、加油油量监测：液体流量传感器2、车轮多维力传感器F1行驶时所受的空气作用力可以被分解为阻力,升力,侧向力,横摆气动力矩,纵倾气动力矩,侧倾气动力矩6个分量。在汽车车轮多维力传感器(WheelForceTrans2ducer,简称WFT)技术中,传感器弹性体的设计是关键技术之一。介绍一种应变式原理的传感器，其弹性体采用盘式结构。综合考虑后设计的传感器弹性体采用轮辐式结构,如图1所示。它通过内环上的固定孔与轮鼓上的螺栓相联,利用螺母固定。弹性体的外环通过螺栓将其固定孔与轮辋上的固定孔相联,

6、这样传感器弹性体就相当于一个联接法兰,将车轮与轮鼓连起来。车轮受的扭矩、侧向力及侧倾力矩、回正力矩通过固定螺栓和变形梁进行传递。弹性体内环面与轮鼓上的凸面配合,外环上的凸面与轮辋配合,车轮受的切向力和垂直载荷由这两个配合面与变形梁进行传递。在变形梁上合理地布片,通过组桥来测量变形梁受力的变形,进而计算出车轮受的力和力矩。图1弹性体结构示意图该结构具有如下特点:(1)具有优良的自然线性度,因为在载荷作用下弹性体的体积变化小;(2)受力时的位移小,所以传感器与承载机构间的相互影响小;(3)外形小,可以承受很大的侧向力;(4)结构简单、安装方便,适合于测量结构复杂的对象

7、;(5)中间留有轴头伸出的孔,使得安装时不影响轮距。另外，以车轮多维力传感器(WFT)为核心还可以构建汽车道路试验数据采集系统。该系统采用下列传感器:车轮多维力传感器、油压(3路)传感器、踏板力传感器、车轮转速传感器、车速传感器等。系统硬件框图如图2所示。根据车轮转速和车速信号,可以计算得到汽车在制动过程中的车轮滑移率。WFT可以得到车轮所受的动态载荷,用于分析轮胎的动特性。车轮转速测量采用光电码盘,它把转速信号转换成频率量向主机传送。光电码盘每一转有60个齿,这样车轮转1圈可发出60个脉冲信号,而且转速与信号的频率成正比。为了满足测量精度的要求,采用测周法来测转

8、速。由于W