【正文】 絡(luò)化傳感器。 1973 年，美國加州大學(xué)戴維斯分校的 和 首先提出了半主動懸架的概念。基本原理是：用可調(diào)剛度彈簧或可調(diào)阻尼的減振器 (VibrationDamper)組成懸架，并根據(jù)簧載質(zhì)量的加速度響應(yīng)等反饋 輸出 信號，按照一定的控制規(guī)律調(diào)節(jié)彈簧剛度或減振器 (VibrationDamper)的阻尼， 來 達到較好的減振效果 ， 半主動懸架分為剛度可調(diào) 和阻尼可調(diào)兩大類。目前，在半主動懸架的控制研究中，以對阻尼控制的研究居多。阻尼可調(diào)半主動懸架又可分為有級可調(diào)半主動懸架和連續(xù)可調(diào)半主動懸架，有級可調(diào)半主動懸架的阻尼系數(shù)只能取幾個離散的阻尼值，而連續(xù)可調(diào)半主動懸架的阻尼系數(shù)在一定的范圍內(nèi)可連續(xù)變化。 汽車懸架控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)是車輛動力學(xué)與控制領(lǐng)域的國際性前沿課題，開貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 8 頁 發(fā)具有安全、舒適和清潔高效、節(jié)能、智能控制的懸架是車輛懸架系統(tǒng)發(fā)展的方向。 (1)控制策略的研究 。 半主動懸架系統(tǒng)的控制幾乎涉及了所有的現(xiàn)代控制理論和方法，因為每種控制方法都有其 自身 的優(yōu)缺點， 因此，綜合應(yīng)用多種控制方法是半主動懸架控制發(fā)展的 趨勢 。 (2)控制器的研究。智能化控制器能夠根據(jù)路況和汽車振動等信息，自動地調(diào)節(jié)懸架系統(tǒng)的參數(shù)，使汽車具有良好行駛平順性和穩(wěn)定性。 (3)可控減振器的研制。研究與開發(fā)可靠的電流變和磁流變可控減振器。開發(fā)低成本和高可靠性的傳感器，以及高性能微處理器是半主動懸架實用化的前題。目前，磁流變液盡管已進入商 業(yè) 化階段，但減振器 的 使用還存如噪聲、耐久性、穩(wěn)定性等問題，還需 要 進一步深入研究。 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 9 頁 第二章 傳感器及懸架系統(tǒng) 傳感器 傳感器定義 國家標準 GB766587對傳感器下的定義是： “ 能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由 敏感元件 和轉(zhuǎn)換元件組成 ” 。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測 和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 “ 傳感器 ” 在新韋式大詞典中定義為： “ 從一個系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統(tǒng)中的器件 ” 。 根據(jù)這個定義，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，所以不少學(xué)者也用 “ 換能器－ Transducer” 來稱謂“ 傳感器－ Sensor” 。 傳感器原理 傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號?；瘜W(xué)傳感器包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象 為因果關(guān)系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號。 傳感器分類 可以用不同的觀點對傳感器進行分類：它們的轉(zhuǎn)換原理 (傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng) )；它們的用途；它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等。 傳感器的特性 一、 傳感器靜態(tài)特性 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 10 頁 傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標 而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。 （ 1） 線性度：指傳感器輸出量與輸入量之間的實際關(guān)系曲線偏離擬合直線的程度。定義為在全量程范圍內(nèi)實際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差值與滿量程輸出值之比。 （ 2）靈敏度：靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個重要指標。其定義為輸出量的增量與引起該增量的相應(yīng)輸入量增量之比。用 S 表示靈敏度。 （ 3）遲滯：傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到?。ǚ葱谐蹋┳兓陂g其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象成為遲滯。對 于同一大小的輸入信號，傳感器的正反行程輸出信號大小不相等，這個差值稱為遲滯差值。 （ 4）重復(fù)性：重復(fù)性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，所得特性曲線不一致的程度。 （ 5）漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。產(chǎn)生漂移的原因有兩個方面：一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)；二是周圍環(huán)境（如溫度、濕度等）。 二、傳感器動態(tài)特性 所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化 的 時 候 ，它輸出的特性。實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標準輸入信號的響應(yīng)來表示 。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應(yīng)容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和 頻率響應(yīng) 來表示。 三、 傳感器的線性度 通常情況下，傳感器的實際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條 擬合直線近似地代表實際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指標。 擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 11 頁 為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。 四、 傳感器的靈敏度 靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化 △ y 對輸入量變化 △ x 的比值。 它是輸出 與 輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間 呈 線性關(guān)系，則靈敏度 S 是一個常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。 靈敏度的量綱是輸出、輸 入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化 1mm 時，輸出電壓變化為 200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為 200mV/mm。 當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。 提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。 五、 傳感器的分辨率 分辨率是指傳感器可感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過某一數(shù)值時，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨率時， 其輸出才會發(fā)生變化。 通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點的分辨率并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨率的指標。上述指標若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。分辨率與傳感器的穩(wěn)定性有負相關(guān)性。 六、傾角傳感器的簡介 傾角傳感器經(jīng)常用于系統(tǒng)的水平測量，從工作原理上可分為 “ 固體擺 ” 式、 “ 液體擺 ” 式、 “ 氣體擺 ” 三種傾角傳感器，傾角傳感器還可以用來測量相對于水平面的傾角變化量。理論基礎(chǔ)就是牛頓第二定律，根據(jù)基本的物理原理，在一個系統(tǒng)內(nèi)部，速度是無法測量的，但卻可以測量其加 速度。如果初速度已知，就可以通過積分計算出線速度，進而可以計算出直線位移。所以它其實是運用慣性原理的一種 加速度傳感器 。 當(dāng)傾角傳感器靜止時也就是側(cè)面和垂直方向沒有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角了 。 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 12 頁 （ 1） 固體擺式 慣性器件 ： 固體擺在設(shè)計中廣泛采用力平衡式伺服系統(tǒng) ， 其由擺錘、擺線、支架組成 。 在小角度范圍內(nèi)測量時，可以認為擺錘 受力 F 與 擺線與垂直線構(gòu)成的角度 θ 成線性關(guān)系。如應(yīng)變式傾角傳感器就基于此原理。 （ 2） 液體擺式慣性器件： 液體擺的結(jié)構(gòu)原理是在玻璃殼體內(nèi)裝有 導(dǎo)電液，并有三根鉑電極和外部相連接，三根電極相互平行且間距相等。當(dāng)殼體水平時，電極插入導(dǎo)電液的深度相同。如果在兩根電極之間加上幅值相等的交流電壓時，電極之間會形成離子電流，兩根電極之間的液體相當(dāng)于兩個電阻 RI 和 RIII。若液體擺水平時，則 RI=RIII。當(dāng)玻璃殼體傾斜時，電極間的導(dǎo)電液不相等，三根電極浸入液體的深度也發(fā)生變化，但中間電極浸入深度基本保持不變。左邊電極浸入深度小，則導(dǎo)電液減少，導(dǎo)電的離子數(shù)減少，電阻 RI 增大，相對極則導(dǎo)電液增加，導(dǎo)電的離子數(shù)增加，而使電阻 RIII 減少，即 RIRIII。反之， 若傾斜方向相反，則 RIRIII。 在液體擺的應(yīng)用中也有根據(jù)液體位置變化引起應(yīng)變片的變化，從而引起輸出電信號變化而感知傾角的變化。在實用中除此類型外，還有在電解質(zhì)溶液中留下一氣泡，當(dāng)裝置傾斜時氣泡會運動使電容發(fā)生變化而感應(yīng)出傾角的 “液體擺 ”。 （ 3） 氣體擺式慣性器件： 氣體在受熱時受到浮升力的作用，如同固體擺和液體擺也具有的敏感質(zhì)量一樣，熱氣流總是力圖保持在鉛垂方向上，因此也具有擺的特性。 “氣體擺 ”式慣性元件由密閉腔體、氣體和熱線組成。當(dāng)腔體所在平面相對水平面傾斜或腔體受到加速度的作用時，熱線的阻值發(fā)生變化，并且熱 線阻值的變化是角度或加速度的函數(shù)，因而也具有擺的效應(yīng)。其中熱線阻值的變化是氣體與熱線之間的能量交換引起的。 就基于固體擺、液體擺及氣體擺原理研制的傾角傳感器而言，它們各有所長。在重力場中，固體擺的敏感質(zhì)量是擺錘質(zhì)量，液體擺的敏感質(zhì)量是電解液，而氣體擺的敏感質(zhì)量是氣體。氣體是密封腔體內(nèi)的唯一運動體，它的質(zhì)量較小，在大沖擊或高過載時產(chǎn)生的慣性力也很小，所以具有較強的抗振動或沖擊能力。但氣體運動控制較為復(fù)雜，影響其運動的因素較多，其精度無法達到軍用武器系統(tǒng)的要求。固體擺傾角傳感器有明確的擺長和擺心，其機理基 本上與加速度傳感器相同。在實用中產(chǎn)品類型較多如電磁擺式，其產(chǎn)品測量范圍、精度及抗過載能力較高，在武器系統(tǒng)中應(yīng)用也較為廣泛。 液體擺傾角傳感器介于兩者之間，但系統(tǒng)穩(wěn)定，在高精度系統(tǒng)中，應(yīng)用較為廣泛，且國內(nèi)外產(chǎn)品多為此類 。 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 13 頁 懸架系統(tǒng)是保證乘坐舒適性的重要部件，又是保證汽車平順行駛的重要部件。因此，汽車懸架往往列為重要部件編入轎車的技術(shù)規(guī)格表，作為衡量轎車質(zhì)量的指標之一。 汽車車架（或車身）若直接安裝于車橋（或車輪）上，由于道路不平，由于地面沖擊使貨物和人會感到十分不舒服，這是因為沒有懸架裝置 的原因。汽車懸架是車架（或車身）與車軸（或車輪）之間的彈性聯(lián)結(jié)裝置的統(tǒng)稱。它的作用是彈性地連接車橋和車架（或車身），緩和行駛中車輛受到的沖擊力。由于彈性系統(tǒng)引進的振動，使汽車行駛中保持穩(wěn)定的姿勢，改善操縱穩(wěn)定性；保證貨物完好和人員舒適；同時懸架系統(tǒng)承擔(dān)著傳遞垂直反力，縱向反力（牽引力和制動力）和側(cè)向反力以及這些力所造成的力矩作用到車架（或車身）上，以保證汽車行駛平順；并且當(dāng)車輪相對車架跳動時，特別在轉(zhuǎn)向時，車輪運動軌跡要符合一定的要求，因此懸架還起使車輪按一定軌跡相對車身跳動的導(dǎo)向作用。 懸架系 統(tǒng)簡述 懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)的選擇是否合理，直接對汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。由此可見懸架系統(tǒng)在汽車上是重要的組成之一。 懸架系統(tǒng)的組成和影響因素： 一般懸架由彈性元件、導(dǎo)向機構(gòu)、減振器和橫向穩(wěn)定桿組成。彈性元件用來承受并傳遞垂直載荷，緩和由于路面不平引起的對車身的沖擊。彈性元件種類包括鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、油氣彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧。減振器用來衰減由于彈性系統(tǒng)引起的振動，減振器的類型有筒式減振器，阻力可調(diào)式新式減振器，充氣式減振器。導(dǎo)向機構(gòu)用來傳遞車輪與車身間的力和力矩 ，同時保持車輪按一定運動軌跡相對車身跳動，通常導(dǎo)向機構(gòu)由控制擺臂式桿件組成。種類有單桿式或多連桿式的。鋼板彈簧作為彈性元件時，可不另設(shè)導(dǎo)向機構(gòu)，它本身兼起導(dǎo)向作用。有些轎車和客車上，為防止車身在轉(zhuǎn)向等情況下發(fā)生過大的橫向傾斜，在懸架系統(tǒng)中加設(shè)橫向穩(wěn)定桿，目的是提高橫向剛度，使汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性，改善汽車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。汽車的固有頻率是衡量汽車平順性的重要參數(shù)，