浅谈汽车侧向倾斜角度传感器的应用

　　为了避免上述系统中减速的突变性，应采用比例减速系统，如图4所示。在比例减速系统中，由传感器电路Uo1端输出模拟电压信号，控制电流放大板DF,按照输入信号Uo1的大小，输出不同的电流值，使比例电磁铁产生不同的位移，油门开度的减小与Uo1的增大成正比关系，减速所达到的最终结果是倾斜程度所决定的。

　　再看一下减速的过程：电流放大板输出电流的存在或消失要经上升斜坡延时tu和下降斜坡延时td。上升斜坡延时是指输出电流（平均值）从0达到某一稳定值（由Uo1决定）所需要的时间。下降斜坡延时是指控制信号Uo1消失，输出电流从这一稳定值减小至0的时间，详见图5。在电流放大板上，上升斜坡延时和下降斜坡延时可以分别调整，减速的平稳性由上升斜坡延时所决定，上升斜坡延时越长，输出电流的上升速率越小，比例电磁铁移动到终止位置（由输出电流决定）所用的时间就越长，减速效果越平稳；异而反之。比例电磁铁移动到某一终止位置后，即完成减速的平稳过渡，持续一段时间后，倾翻力矩小于设定值或消失，使Uo1减小或消失。若使Uo1减小，则输出电流按td所决定的斜率下降，直至为0。假设Uo1突然消失，输出电流则经过td延时后为0,从而，实现了减速后重新加速的平稳性。对于上升斜坡延时和下降斜坡延时，亦应根据不同车型和系统参数决定。

　　电流放大板输出电流的大小通常采用脉宽调制（简称PMW）技术获得，由输入信号Uo1决定输出电流波形的占空比，改变电流的平均值，这种直流电流中含有一定成份的颤振分量，可克服比例电磁铁的调节滞环，提高位置控制精度。

　　3.3 减小油门开度减速系统与原车油门机构的连接

　　由图3和图4可知，减速系统的执行元件所产生的位移与原车油门踏板所产生的位移的方向是相反的，当执行元件使油门开度减小时，势必会使油门踏板抬起，并要克服原车油门机构的阻力，若驾驶员的脚踏在踏板上，执行元件需产生较大的力量才能完成动作，同时，对传动机构中机械零件的强度、刚度也要提高要求，使得减速系统不够完善。

　　为了解决这一问题，在油门踏板与油门拉杆之间增加了一个过渡弹簧，详见图3和图4。实际上，油门踏板作用到油门拉杆的力量较小，油门踏板的复位弹簧并不是直接作用到油门拉杆上，因此，由原来油门踏板直接带动油门拉杆改为增加一个刚度适中的过渡弹簧（拉簧）带动油门拉杆，正常工作时，并不影响油门踏板对油门拉杆的控制，当减速执行元件动作时，使油门开度减小并将过渡弹簧拉长，假设驾驶员的脚未抬起，并不会有太大的踏板向上的感觉或没有感觉。如果油门踏板的位置保持不变，减速阶段结束后，倾翻力矩已不起作用，传感器电路停止信号输出，减速执行元件停止工作，过渡弹簧缩回，带动油门拉杆回到原来位置，可实现自动加速，在定量减速系统中获得与减速程度一样的加速，在比例减速系统中可获得与下降斜坡延时相对应的加速速率，实现平稳加速。

　　3.4 增加制动的减速机构

　　各种汽车的行车制动均是通过制动踏板完成的，因此，增加制动的减速方法的动作执行元件应直接作用于制动踏板，而且执行元件的动作方向与制动踏板的踏下方向是一致的，执行元件与制动踏板的连接可采用机械结构实现传动。

　根据踏下制动踏板需要的作用力，采用永磁式直流微电机作为执行元件，如图6所示。电动机输出的转速经减速机构后，带动丝杠旋转，使丝杠上的动丝母作直线运动，再由动丝母上的拉杆经一细钢丝绳带动制动踏板，电动机未转动时，拉杆将限位开关K1压开，制动踏板正常工作。

　　3.5 增加制动的2种控制电路

　　同上，增加制动的减速可采用2种控制方式，即增加制动的定量减速系统和增加制动的比例减速系统，它们的控制电路分别参见图7和图8,执行元件都是图6中电动机。所不同的是：在定量减速电路中，电动机直接接入电源而转动；在比例减速电路中，电动机由电流放大板驱动，采用脉宽调制方法使电流放大板按汽车倾斜的大小，在某一时间内，达到不同的输出电流最大值，电动机逐渐加速到所对应的最高转速，所获得的制动效果比较平滑。具体过程分述如下。

　　当拉杆处于图6中所示位置时，限位开关K1被压开（K1的状态与图7和图8中的状态相反），使电动机处于待命状态。当图2中的输出端Uo3有高电平信号输出时，图7中的三极管T导通，继电器J得电，触点转换，使电动机经限位开关K2得到下正上负的电源而开始转动，使拉杆离开限位开关K1,带动制动踏板向下，产生制动，经过一段时间后，Uo3无高电平输出，继电器J返回，使电动机经限位开关K1得到上正下负的电源而开始反转（在较短的时间内，电动机处于反接制动状态下，对小容量的直流电动机，在使用上不会造成影响。也可增加延时后，使电动机反转，本文略）。

　　当拉杆返回到图6所示终止位置时，K1断开，电动机停转，为下次制动作准备。在图8中，三极管T的基极接于图2中的输出端Uo2,Uo2输出高电平时所反映的倾翻力小于Uo3,当Uo2输出高电平时，三极管T导通，继电器J得电，触点转换；同时，Uo1输出的模拟量输入到电流放大板DF上，使电动机经限位开关K2得到下正上负的脉动直流电源（平均值），开始加速转动，限位开关K1由断开状态转为闭合（图6所示）状态，加速达到的最高转速由Uo1当时的大小所决定，而加速转动时间由电流放大板的上升斜坡延时tu决定（忽略电动机的起动惯性时间），实现平滑制动。随着制动的产生，Uo1下降，使制动力减小，直到Uo2的高电平信号消失，倾翻力小于设定值，继电器返回，使电动机经限位开关K1得到上正下负的电源而迅速反转。当拉杆返回到图6所示终止位置时，K1断开，电动机停转，为下次制动作准备。图6、图7和图8中的限位开关K2是制动的保护开关，以防止电路失常（如元件短路、搭铁等），使电动机一直转动，制动无休止地增加，当拉杆使K2断开时，电动机将失去电源而停转，在正常制动减速过程中，不会出现K2断开情况，假设K2已断开，而当减速结束后，继电器J将返回，电动机亦将迅速返回待命位置将K1断开。在图7和图8中，D为继电器J的续流二极管，继电器J触点闭合时，接通制动灯，发出制动信号。

　　3.6 两种减速方法的应用

　　就汽车的行驶工况而言，通常是这样：上坡时，发动机油门加大，车速下降，坡度很陡时，发动机转速会达到甚至超过额定转速，车速还要下降；下坡时，发动机怠速，车速并不会太低；水平路面时，有时加速行驶，发动机转速较高，有时滑行，发动机怠速。从降低车速、防止倾翻的角度来讲，增加制动减速是比减小发动机油门开度更为直接的方法，但当发动机的转速很高时（如上坡），将造成发动机堵转，只采用减小发动机油门开度有时又会起不到减速效果（如下坡）。因此，汽车侧向倾斜角度传感器的应用既要满足减速要求，又不能造成发动机堵转。具体反映在上坡减速时。

　　为了解决这一实际问题，再用一只角度传感器与车辆纵向布置，其电路如图9所示。当上坡坡度达到所规定的数值（如最大爬坡度）时，运放A2输出端Uo4输出高电平，继电器J得电，常闭触点断开，切断了增加制动减速电路（图7、图8）的电源U1,使其不能工作，因为在这种工况下，只要发动机降低转速，就会得到很好的减速效果，又避免了发动机堵转。而在其余工况下（爬坡度小于规定值时），继电器J不吸合，减小发动机油门开度减速系统和增加制动减速系统同时起作用，确保汽车获得可靠的减速。在图9电路图中，发光二极管LED2作为增加制动的减速系统工作电源指示。

　　4 结语

　　关于本文中的几个主要电路参数归纳叙述如下，（侧向倾翻力矩模拟量Uo1;）侧向倾翻力矩报警数字量Uo2侧向倾翻力矩减速数字量Uo3;+爬坡度数字量Uo4;,电流放大板的上升斜坡延时tu和下降斜坡延时td角度传感器的阻尼时间及其电路延时。应根据汽车的重心高度、轮距、质量、速度、转弯半径、路面坡度及颠簸振动等因素综合决定，达到合理配合关系，从根本上避免汽车行驶中侧向倾翻事故的发生。