《f赛车传感器》.ppt

F1赛车传感器
物理031
曹坤
0361024
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F1：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）。
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众所周知，F1比赛中 ，进站（Pit Stop）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
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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(Wheel Force Trans2ducer ,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,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
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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;
(5) 中间留有轴头伸出的孔,使得安装时不影响轮距。
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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,采用测周法来测转速。由于WFT 与汽车车轮固联在一起旋转,因此必须采用非接触式信号传输技术,先将12V 直流电源经电源逆变模块中的振荡电路产生400 Hz ,815 V 的交流电源,然后采用电感耦合的方式传输给应变片电桥。对于电桥输出的电压经预处理电路中的AD625 放大器放大,然后给AD652 进行同步V/ F 变换,再经过光电耦合取出信号传入后处理部分。
图2 　汽车道路
试验数据采集系统框图
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3、轮胎温度传感器：
温度传感器可用于检测车轮表面温度，以判断车轮与路面磨擦力。目前常用的温度传感器有热敏电阻型和热电偶型两类。
热敏电阻温度传感器是由镍或钴的氧化物等半导体材料制成的，它是利用其电阻值随温度变化而产生变化的原理，。特点：灵敏度高，响应特性好，但线形差，适用温度较低。
热电偶型温度传感器是利用电路中不同金属组成的结点会产生电压的原理进行温度测量，常用于测量发动机排气和增压进气的温度。特点：精度高，测温范围宽，但需考虑放大器和冷端处理问题。
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4、油箱液位传感器：
液位传感器用于检测汽车的各种液体容量。主要有电阻式、电容式、热线式和舌簧开关式液位传感器。
电阻式液位传感器通常采用薄膜电阻滑轨和滑臂组成可变电阻，当油箱中油量发生变化时将表现出不同的电阻值，由此检测液面高低。
电容式液位传感器随着空气和液体在电介质中所占的比例发生变化，电容器的电容将发生相应的变化，通过测量其电容来判断液位。
热线式液位传感器一般用于监测发动机的润滑油量，它是利用