【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 有頻率越低?？哲?chē)時(shí)的固有頻率要比滿載時(shí)的高?；奢d質(zhì)量變化范圍大，固有頻率變化范圍也大。為了使空載和滿載固有頻率保持一定或很小變化，需要把懸架剛度做成可變或可調(diào)的。 影響汽車(chē)平順性的另一個(gè)懸架指標(biāo)是簧載質(zhì)量?；奢d質(zhì)量分為簧上質(zhì)量與簧下質(zhì)量?jī)刹糠?，由彈性元件承載的部分質(zhì)量，如車(chē)身、車(chē)架及其它所有彈簧以上的部件和載荷屬于簧上質(zhì)量。車(chē)輪、非獨(dú)立懸架的車(chē)軸等屬于簧 載 質(zhì)量，也叫非簧載質(zhì)量 M。如果減小非簧載質(zhì)量可使 車(chē)身振動(dòng)頻率降低，而車(chē)輪振動(dòng)頻率升高，這對(duì)減少共振，改善汽車(chē)的平順性是有利的。非簧載質(zhì)量對(duì)平順性的影響，常用非簧載質(zhì)量和簧載質(zhì)量之比 m/M進(jìn)行評(píng)價(jià)，此比值越小越佳。 影響汽車(chē)平順性的另一重要指標(biāo)是阻尼比Ψ，Ψ值取大，能使振動(dòng)迅速衰減，但會(huì)把路面較大的沖擊傳遞到車(chē)身，Ψ值取小，振動(dòng)衰減慢，受沖擊后振動(dòng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，使乘客感到不舒服。為充分發(fā)揮彈簧在壓縮行程中作用，常把壓縮行程的阻尼比Ψ設(shè)計(jì)得比伸張小。 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 13 頁(yè) 懸架的側(cè)傾角剛度及前后匹配是影響汽車(chē)操縱穩(wěn)定性的重要參數(shù)。當(dāng)汽車(chē)受側(cè)向力作用發(fā)生車(chē)身側(cè)傾，若側(cè)傾角過(guò)大，乘客會(huì) 感到不安全，不舒適，如側(cè)傾角過(guò)小，車(chē)身受到橫向沖擊較大，乘客也會(huì)感到不適，司機(jī)路感不好。所以，整車(chē)側(cè)傾角剛度應(yīng)滿足：當(dāng)車(chē)身受到 側(cè)向加速度時(shí)，其側(cè)傾角在 ～ 4176。范圍內(nèi)，汽車(chē)有一定不足轉(zhuǎn)向特性，前懸架側(cè)傾角剛度應(yīng)大于后懸架側(cè)傾角剛度。一般前懸架側(cè)傾角剛度與后懸架側(cè)傾角剛度比應(yīng)在 ～ 范圍內(nèi)，如前后懸架本身不能滿足上述要求，可在前后懸架中加裝橫向穩(wěn)定桿，提高汽車(chē)操縱穩(wěn)定性。 2 現(xiàn)在 懸架系統(tǒng) 的 分類(lèi) 懸掛系統(tǒng)可以分為兩大主要類(lèi)型 :非獨(dú)立式和獨(dú)立式 。 獨(dú)立式懸掛分為雙叉臂式和麥佛遜支柱式 。 雙 叉臂懸掛有以下特性 :設(shè)定幾何形狀時(shí)可獲得較大的自由度，精確的設(shè)定可以提高駕駛舒適性，轉(zhuǎn)向性能以及其它性能。 懸掛可以支承非垂直外力，從面減少減振器的摩擦力，確保減振器達(dá)到最佳的工作狀態(tài)。 懸掛的縱向尺寸可以減小。 轉(zhuǎn)向時(shí)，車(chē)輪外傾稍微減少，因此，輪胎與地面的接觸面更大，確保運(yùn)動(dòng)能夠得到有效地傳遞。 麥佛遜支柱式懸掛的特性： 零件少，總成的質(zhì)量輕，總成安裝簡(jiǎn)單，更加便于保養(yǎng)。 彈簧質(zhì)量減少。 幾何形狀的設(shè)定自由度較小，并產(chǎn)生相對(duì)較大的車(chē)輪外傾磨損。 總成的垂直尺寸較大。 減振 器總成可以支承非垂直外力，從面減小減振器摩擦力的傳送。 3 懸架控制 系統(tǒng) 的分類(lèi) 懸架依據(jù)其可控性可以分為不可控的被動(dòng)懸架和可控的智能懸架兩大類(lèi)。在多變環(huán)境或性能要求高且影響因素復(fù)雜的情況下，被動(dòng)懸架難以滿足期望的性能要求；而智能懸架能夠?qū)π旭偮访?、汽?chē)的工況和載荷等狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而控制懸架本身特性及工作狀態(tài)，使汽車(chē)的整體行駛性能達(dá)到最佳。智能懸架中主動(dòng)、半主動(dòng)懸架在近年來(lái)得到了迅速發(fā)展，較好地解決了安全性和舒適性這一對(duì)矛盾，將其緩和至相對(duì)較低。 一、主 動(dòng)懸架 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 14 頁(yè) 主動(dòng)懸架是一個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括測(cè)量 系統(tǒng)、反饋控制中心、能量源和執(zhí)行器四個(gè)部分。其原理是測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)傳感器獲得車(chē)輛振動(dòng)信息，傳遞給控制中心進(jìn)行處理，進(jìn)而由控制中心發(fā)出指令給能量源產(chǎn)生控制力，再由執(zhí)行器進(jìn)行控制，衰減懸架的振動(dòng)。由于主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，需要很大的能量消耗，它的發(fā)展受到了一定的制約，只在少數(shù)高級(jí)轎車(chē)中有所應(yīng)用。 主動(dòng)懸架是近十幾年發(fā)展起來(lái)的，由電腦控制的一種新型懸架，具備三個(gè)條件：（ 1）具有能夠產(chǎn)生作用力的動(dòng)力源；（ 2）執(zhí)行元件能夠傳遞這種作用力并能連續(xù)工作；（ 3）具有多種 將有關(guān)數(shù)據(jù)集中到微電腦進(jìn)行運(yùn)算并決定控制方式。因此，主 動(dòng)懸架匯集了力學(xué)和電子學(xué)的技術(shù)知識(shí)，是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置。 圖 為主動(dòng)懸架的原理圖，其中 F代表力發(fā)生器。 圖 主動(dòng)懸架原理圖 二、 半主動(dòng)懸架 半主動(dòng)懸架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、成本較低、基本不需要消耗能量等優(yōu)點(diǎn)，而對(duì)振動(dòng)的控制效果在一定程度上卻可以接近主動(dòng)懸架，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于被動(dòng)懸架，因而越來(lái)越受到業(yè)界的重視，得到了飛速發(fā)展。半主動(dòng)懸架與主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)相似，只是半主動(dòng)懸架用可調(diào)剛度的彈性元件或是可調(diào)阻尼的減振器代替主動(dòng)懸架的力發(fā)生器。圖 的半主動(dòng)懸架系統(tǒng)中，一個(gè)連續(xù)可調(diào)的阻尼器與一個(gè)傳統(tǒng)的普通彈簧并聯(lián)，需要假定系統(tǒng)中的阻尼器能夠完全獨(dú)立于懸架的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且能根據(jù)力控制信號(hào)做出反應(yīng)。 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 15 頁(yè) 圖 半主動(dòng) 原理圖 3 本 論要研究的內(nèi)容 本章主要介紹了本課題國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)， 還 簡(jiǎn)述了傳感器和懸架系統(tǒng)的基本知識(shí)，這是為了很好的確定傳感器種類(lèi)選擇和懸架控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)中，傳感器選擇了固體擺電容傾角傳感器 ，原因是電容原理的傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、攜帶方便、精度高、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、抗過(guò)載能力大，對(duì)溫度、輻射和振動(dòng)等惡劣條件適應(yīng)性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn) ； 主要論述了傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、 信號(hào)調(diào)理電路。 懸架控制系統(tǒng)選擇了半主動(dòng)懸架 控制 ，原因是 半主動(dòng)懸架 與主動(dòng)懸架相比 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、基本不需要消耗能量等優(yōu)點(diǎn)，而對(duì)振動(dòng)的控制效果在一定程度上卻可以接近主動(dòng)懸架，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于被動(dòng)懸架 。 總的來(lái)說(shuō)要完成以 下幾點(diǎn)： （ 1）設(shè)計(jì)出 分辨率 為 1度、量程為 15 度的固體擺電容傾角傳感器，主要研究其結(jié)構(gòu)原理和信號(hào)調(diào)理。 （ 2）怎樣實(shí)現(xiàn)傳感器的溫度補(bǔ)償、調(diào)理電路的參數(shù)選擇。 （ 3）如何使用單片機(jī) 對(duì) 傳感器輸出數(shù)據(jù)分析處理及顯示。 （ 4）單片機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)。 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 16 頁(yè) 第二章 固體擺電容傾角傳感器設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案： 利用德國(guó) AMG公司生產(chǎn)的 CAV424 集成芯片處理 固體擺電容傾角傳感器輸出的微弱信號(hào)，并使 CAV424 輸出的電壓信號(hào)與傾角傳感器測(cè)出的傾角變化成線性關(guān)系，CAV424 輸出信號(hào)經(jīng)放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換后輸入 AT89C51 再送去顯示和控制懸架減震器的軟硬度。 圖 ：系統(tǒng)框圖 1 差動(dòng)電容變面積傳感器工作原理 為了提高傳感器的靈敏度和線性度，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成變面積差動(dòng)傳感器?；竟ぷ髟砣鐖D 4： CAV424 CAV424 運(yùn) 算 放 大 器 微處 理 器 顯 示 控制懸架調(diào)節(jié)器 差動(dòng)電容 電容 /電壓信號(hào) 轉(zhuǎn)換電路 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 17 頁(yè) 圖 變面積電容傳感器工作原理 極板 1 平行極板 3，極板 1 和極板 2 產(chǎn)生 的電容為 C1 ，極板 1 和極板 3 產(chǎn)生 的電容為 C2 ，當(dāng)極板 1 向 x 軸右移動(dòng)時(shí)， 極板 3 間的相對(duì)覆蓋面積發(fā)生變化，即增加? A,同時(shí)極板 1 和極板 2 之間的覆蓋面積減小 ? A，因此極板 1 和極板 3 產(chǎn)生的電容發(fā)生了變化，即一個(gè)減小，另一個(gè)增加，這樣就構(gòu)成了變面積 差動(dòng)電容傳感器的工作原理。 假設(shè)極板之間只有空氣一種介質(zhì)，則： C1=d0? （ A? A） C (1) C2=d0? （ A+? A） C （ 2） 上 式中 C1為極板 1 和極板 2 產(chǎn)生的電容量； C2為極板 1 和極板 3 產(chǎn)生的電容量； A為原來(lái)極板 1 和極板 3 的正對(duì)面積； ? A 為極板 1 和極 板 3 發(fā)生變化的面積變化量； 0? 為空氣電介常數(shù)； d 為兩極板之間的距離。 由上式可以算出極板 1 移動(dòng)前后的電容發(fā)生變化量： ? C= C2C1= d0? （ A+? A） — d0? （ A? A） =2 d0? ? A C （ 3） 其靈敏度 K= A??C = AA??d2 0? =2 d0? (4) 據(jù)此，如果忽略極板間有一種以上的介質(zhì)，而只有空氣，則與兩平行極板間電容靈敏度相比，可以確定差動(dòng)式電容變面積 傳感器比非差動(dòng)式電容變面積傳感器，其靈敏度提高 了一倍；另一個(gè)特點(diǎn)是變面積電容傳感器有良好的線性度。 2 傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 1 2 3 x軸 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 18 頁(yè) 電容原理的傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、攜帶方便、精度高、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、抗過(guò)載能力大，對(duì)溫度、輻射和振動(dòng)等惡劣 條件適應(yīng)性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，而這些特點(diǎn)正適合傾角傳感器的使用特性技術(shù)特性。因此把傾角傳感器的敏感元件設(shè)計(jì)成差動(dòng)電容變面積原理，可以將被測(cè)的傾斜角度的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化，繼而以電信號(hào)輸出。 圖 傳感器結(jié)構(gòu) 原理圖 傾角傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 5 所示，其敏感部分設(shè)計(jì)成圓弧形狀，盡管不是平行極板，但是擺錘與兩極板之間的間距是均勻一致的，絕緣層把圓弧分成 X? 極和 X? 極兩個(gè)獨(dú)立 部分，且極板與擺錘的寬度是一樣的。這樣設(shè)計(jì)主要是利用擺錘受重力影響變化使擺錘與極板之間的覆蓋面積改變使傾斜角度 的變化和電容量大小變化 有很好的線性變化 。在沒(méi)傾斜時(shí)，擺錘在兩極板的中間，即與 X?極和 X? 極產(chǎn)生的電容量 C0 大小相等 ；當(dāng)被測(cè)物發(fā)生傾斜時(shí)，即擺錘向左擺， X?極和擺錘的正對(duì)覆蓋面積增加，而 X? 極和擺錘的正對(duì)覆蓋面積減小。這樣電容就發(fā)生了變化。 當(dāng)被測(cè)物沒(méi)傾斜時(shí)，兩極板和擺錘的電容為： C0 =d0? A0 C （ 5） 當(dāng)被測(cè)物發(fā)生 ? 角度傾斜時(shí)，電極之間有效覆蓋面積的變化量為： ? A=180? A0 m2 （ 6） 絕緣層 X? 極 X? 極 擺線 擺錘 貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 19 頁(yè) 所以變化前后的電容為： ? C= d0? 180? A0 C（ 7） 式中 0? 為空氣電介常數(shù)； d 為極板之間 距離； A0 為沒(méi)傾斜時(shí)有效覆蓋面積。 3 對(duì)電容傳感器產(chǎn)生影響的處理 1 電容電場(chǎng)的邊緣效應(yīng) 理想條件下，平行版電容器的電場(chǎng)分布于兩級(jí)板所圍成的空間，這僅是簡(jiǎn)化電容量計(jì)算的一種假定。當(dāng)考慮電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)時(shí)，情況就復(fù)雜得多，邊緣效應(yīng)的影響相當(dāng)于傳感器并聯(lián)一個(gè) 附加電容，引起了傳感器的靈敏度下降和非線性增加。為了克服邊緣效應(yīng)，首先應(yīng)增大初始電容量，即增大極板面積，減小極板間距；其次，加等位環(huán)。而等位環(huán)是消除邊緣效應(yīng)的有效方法。所以本設(shè)計(jì) 在 X?極和 X? 極都接了等位環(huán)。 2 寄生和分布電容的影響 一般電容傳感器的電容值很小，如果激勵(lì)電源頻率較低，則電容傳感器的容抗很大。因此，對(duì)傳感器絕緣電阻要求太高；另一方面?zhèn)鞲衅鞒袠O板間有電容外，極板與周?chē)伯a(chǎn)生電容聯(lián)系，這種電容稱(chēng)為寄 生電容。它不僅改變了傳感器的電容量，而且使傳感器工作不穩(wěn)定。為了減小寄生電容對(duì)傳感器的影響，本設(shè)計(jì)采用靜電屏蔽措施，將電容器極板放置在金屬殼體內(nèi)，并將殼體與大地相連。 由于分布電容使傳感器的靈敏度大大下降，因此在本設(shè)計(jì)中采用驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)。 4 傳感器信號(hào)調(diào)理 電容傳感器的信號(hào)調(diào)理電路通常有交流不平衡電橋、二極管環(huán)形檢波電路、差動(dòng)脈沖寬度等方法 ,無(wú)論用上述那一種調(diào)理電路所得到的電壓值需經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后才能輸入計(jì)算機(jī) ,其測(cè)量精度與 A/D 轉(zhuǎn) 換芯片的位數(shù)有關(guān)。 然而，在本設(shè)計(jì)中考慮了傳感器信號(hào)被轉(zhuǎn)換后要輸入單片機(jī) ，所以選擇了德國(guó) AMG公司生產(chǎn)的 CAV424 電容信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片。這有兩個(gè)方面的好處，一方面使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，另一方面 使電容的變化與 CAV424貴州大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 20 頁(yè) 芯片輸出的直流電壓成正比，同時(shí)為后繼對(duì)信號(hào)處理提供了方便。 1 CAV424 簡(jiǎn)介 CAV424 是一個(gè)多用途的處理各種電容式傳感器信號(hào)的完整的轉(zhuǎn)換接口集成電路。它同時(shí)具有信號(hào)采集 (相對(duì)