陀螺仪在汽车底盘上的应用

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1、陀螺仪在汽车底盘上的应用姜峰（吉林农业工程职业技术学院 ，吉 林 四 平）摘 要 ：人们利用陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪 。 现代汽车底盘系统 ，为保证车辆行驶稳定 性 ，以制动防抱死系统 （）、驱 动 防 滑 系 统 （）为基础增设电子稳定程序 （）。 车用陀螺仪采用的是音叉 形 振 荡 式 陀 螺 仪 即 “侧 滑 传 感 器 ”，它属于微机械陀螺仪 。关 键 词 ：陀 螺 仪 ；电 子 稳 定 程 序 （）；微 机 械 陀 螺 仪 ；传 感 器中 图 分 类 号 ： 文 献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ： （） 动 防 抱 死 系 统 （）、驱 动 防 滑 系

2、统 （）为 基 础增设电子稳定程序 （）。 组 成 。 传 感 器 。 转 向 传 感 器 、车 轮 传 感 器 、侧 滑 传 感 器 、横向加速度传感器 、油 门 、刹 车 踏 板 传 感 器 等 。 这 些 传感器负责采集车身状态的数据 。 电 脑 。 将传感器采集到的数 据 进 行 计 算 ，算出车身状态然后跟存 储器里面预先设 定 的 数 据 进 行 比 对 。 当电脑计算数据 超 出 存 储 器 预 存 的 数 值 ，即 车 身临近失控或者已经失控的时候则命令执行器工作 。 执 行 器 。 制动系统中的电动回液泵 、电 磁 阀 、 仪 表 盘 上 的 灯 。 保证车身行驶 状态能够尽

3、量满足 驾 驶 员 的 意 图 ，并与驾驶员的沟通 。 的 工 作 过 程 。、假 设 车 辆 左 转 弯 ，当 车 辆 出 现 转 向 不 足 的 时 候 （速 度 太 快 ，行驶方向偏向弯道外 侧 ）。 各 个 传 感 器 会把转向不足的消息告诉电脑 ， 然后电脑就控制左后轮制动 ，产生一个拉力 和 一 个 扭 力 来 对 抗 车 头 向右推的转向不足趋势 。、假 设 车 辆 还 是 左 转 ，出现转向过度的时候 （转 向 过 猛 ，行 驶 方 向 偏 向 弯 道 内 侧 ）。 会 控 制 右 前 轮 制 动 ，同时减小发动机输 出 的 功 率 ，纠正错误的转向姿态 。、直 线 刹 车 时

4、 ，由 于 地 面附着力不均匀出现跑 偏 的 时 候 ， 会 控 制 附 着 力 强 的轮子减小制动力 ，让 车 按 照驾驶员预想的 行 驶 线 路 前 进 。 在行驶的全过程 ， 电 脑根据传感器信息 分 析 驾 驶员驾驶意图和车辆实际 行 驶 状 况 ，当 出 现 以 上 三 种 情 况 时 ，电 脑 控 制 执 行 器动作以保证车辆行驶的稳定性 ， 避免产生转向失控 、侧 滑 、甩 尾 、掉 头 等 现 象 。 陀 螺 仪 在 系 统 中 的 应 用 。 系 统 的 传 感 器 中 有 一 个 “侧 滑 传 感 器 ”也 被 称 作 “横 向 偏 摆 率 传 感 器 ”，它 用于检测车辆

5、绕其纵轴旋转角度和转动速率 ， 电 脑 以此判断车辆实际 行 驶 方 向 。 若 无 此 信 号 ， 系 统 失 效 ，可 见 其 重 要 性 。 而这个传感器恰 恰 是 采 用陀螺仪的原理 。车 用 陀 螺 仪车用陀螺仪采用的是音 叉形振荡式陀 螺 仪 即 “侧 滑 传 感 器 ”，它属于微机械陀螺仪 。 何 为 微 机 械 。 微 机 械 是 英 文 的 缩 写 ，即微电子机械 系 统 。微电子机械系统 （）技术是建立在微 米纳 米 技 术（下 转 第 页 ）陀 螺 仪 何 为 陀 螺 仪 。 绕一个支点高速转动的刚体 称 为 陀 螺 。 通常所说的陀螺是 特 指 对 称 陀 螺 ，它 是

6、 一 个 质 量 均 匀 分 布 的 、具 有 轴 对称形状的刚体 ，其几何对称轴就 是 它 的 自 转 轴 。 在 一 定的初始条件和一定的外在力矩 作 用 下 ，陀 螺 会 在 不 停 自 转 的 同 时 ，还绕着另一个固定 的 转 轴 不 停 地 旋 转 ，这就是陀螺的旋进 ，又 称 为 回 转 效 应 。 陀螺旋进是日常生活 中 常 见 的 现 象 ，许 多 东 北 人 小 时 候 都 玩 过 的 冰 嘎 就 是 一 例 。 人们利用陀螺的力学性 质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪 。 陀 螺 仪 的 种 类 。 陀螺仪的种类很多 ，按 用 途 来 分 ，它可以分为传感陀螺 仪和指

7、示陀螺仪 。 传 感 陀 螺 仪用于飞行体运动的自动 控 制 系 统 中 ，作 为 水 平 、垂 直 、俯 仰 、航向和角速度传感器 。 指 示 陀 螺 仪 主 要 用 于 飞 行 状 态 的 指 示 ，作为驾驶和领航仪表使用 。 陀 螺 仪 的 特 性 定 轴 性 。 当 陀螺转子以高速旋转时 ，在 没 有 任何外力矩作用在陀螺仪 上 时 ，陀 螺 仪 的 自 转 轴 在 惯 性 空 间 中 的 指 向 保 持 稳 定 不 变 ，即指向一个固定的方向 ； 同 时 反 抗 任 何 改 变 转子轴向的力量 。 这种物理现象称 为 陀 螺 仪 的 定 轴 性 或 稳 定 性 。 其稳定性随以下的物

8、理 量 而 改 变 ：转子的转动惯量愈大 ，稳 定 性 愈 好 ；转 子 角 速 度 愈 大 ，稳 定 性 愈 好 。 进 动 性 。 当 转 子 高 速 旋 转 时 ，若 外 力 矩 作用 于 外 环 轴 ，陀 螺 仪 将 绕 内 环 轴 转 动 ；若 外 力 矩 作 用 于 内 环 轴 ，陀 螺 仪 将 绕 外 环 轴 转 动 。 其 转 动 角 速 度 方 向与外力矩作用方向互相 垂 直 。 这 种 特 性 ，叫 做 陀 螺 仪 的进 动 性 。 进动角速度的方向取决于动量矩 的 方 向（与转子自转角速度矢量 的 方 向 一 致 ）和 外 力 矩 的 方 向 ，而 且 是 自 转 角 速

9、 度矢量以最短的路径追赶外力矩 。进动角速度的大小取 决于转子动量矩 的 大 小 和 外 力 矩 的 大 小 ，其计算式为进动角速度 。进动性的大小也有三 个 影 响 的 因 素 ：外 界 作 用 力 愈 大 ，其进动角速度也愈大 ；转子的转动惯 量 愈 大 ，进 动 角 速 度 愈 小 ；转子的角速度愈大 ，进动角速度愈小 。陀螺仪在汽车上的应用 现 代汽车底盘系统 ，为保证车辆行驶稳定性 ，以 制收 稿 日 期 ：作 者 简 介 ：姜 峰（），沈阳航空航天大学在读工程硕士 ，现任教于吉林农业工 程 职 业 技 术 学 院 汽 车 工 程 系 ，教 授 液 压 传 动 、汽 车 底 盘 构

10、造 、钟 毅 许 小 玲 拓展训练融入大学体育的实践研究 教 育 理 论 研 究表 在大学体育教学实践中融入拓展训练对 学 生学 创造优越的条件 ，从而培养和开发学生的素质和潜 能 ，达 到 真 正 实现教育的目的 。 以培养学生为出发点 ， 体育教师需努力的提升自身的技术技能及理论知识 。 对传统的体育教学实行课 程 改 革 ，把 拓 展 训 练 融 入 到 体 育 教 学 中 作 为 体 育 教 学 新 的 模 式 。 素质拓展训练应根 据 我 们 学 校 的 具 体 情 况 ，以灵活的组织形式进行开展 ， 既可作为选修课 ，也 可 作 为 必 修 课 ，或 者 分 阶 段 的 进 行 ，

11、 先 开 选 修 课 ，等 条 件 成 熟 ，再 开 必 修 课 。： ， ， ：参 考 文 献 ：余 刚 试 论 拓 展 训练在大学体育教学中的作用 体 育 世 界 ，（）张 小 青 拓 展 训 练在北京高校开展情况及其部分练习 效 果 的 调 查 研 究北 京 体 育 大 学 ，张 云 波 ，张 守 艳 ，金 玉 珠 高校公共体育必修课中 开 设 拓 展 训 练 课 的 探 索体育教学与研究 ，王 春 生 高职院校体育课开展 拓展训练教学的实验研究 北 京 体 育 大 学 ，王 文 利 拓 展 训 练引入高校公共体育选项课的理论分 析 和 调 查 研 究华 东 师 范 大 学 ，培养的效果

12、及兴趣 表 所 示 ：通 过拓展训练融入体育教学实践中对学 生 的 培 养 效 果 ，选择积极向上的约占 ，选 择 反 省 和 改变自己日常各种不良的行为和动机的约占 ，选择体验助人为乐的精神约占 ，选 择 通 过 拓 展 训 练 在 体 育教学中让学 生以团队的形式完成某项 任务和教学内容 ，从 而 体 验 人与人之间相互 协 助 的 重 要 性 的 约 占 ，学生喜欢上拓展训练课的约占 。 可 见 ，在体育教学中融入拓展训练 ，不 仅 让 体 育 课 程 有 强 身 健 体的功效还赋 予了培养学生素质品德的 内 涵 。 而 且 ，绝大部分的学生都乐意 接受这种授课模 式 ，所以在体育教学中

13、应当融入拓展训练 。 结 论 与 建 议在大学体育教学中融入 拓 展 训 练 ，是传统体育教学 的 一 种 变 革 。 它 不 仅 丰 富 了 体 育 课 的 内 涵 ，也 拓 宽 了 体 育课的外在形式 ，对 大 学 生 增 强 体 能 、培 养 健 康 的 心 理 、 塑 造 顽 强 的 意 志 、培 养合作意识和团队精神 、增 强 社 会 适 应 能 力 等 得 到 了 更好的锻炼与提高 。 所 以 在 大 学 体 育教学中融入拓展训练 ，这 种新的模式将被 赋 予 新 的 内 涵 。 应尽可能的多增加并 完 善 拓 展 训 练 基 地 ，为 体 育 教（上 接 第 页 ）（）基 础 上

14、 的 世 纪 前 沿 技 术 ，是 指 对 微 米纳米材料进行设计 、加 工 、制 造 、测 量 和 控 制 的 技 术 。 它可将机械构件 、光 学 系 统 、驱 动 部 件 、电 控 系 统 集 成 为 一 个 整 体 单元的微型系统 。 这种微电子机械 系 统 不 仅 能 够 采 集 、处理与发送信息或指令 ，还 能 够 按 照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动 。 它 用 微 电 子 技 术和微加工技术 （包括硅体微加工 、硅 表 面 微 加 工 、 和晶片键合等技术 ）相结合的制造工 艺 ，制 造 出 各 种 性 能 优 异 、价 格 低 廉 、微型化的传感器 、 执 行 器

15、 、驱 动 器 和 微 系 统 。 微 电 子 机 械 系 统 （）是 近年来发展起来的一种新 型多学科交叉的 技 术 ，该 技 术 将对未来人类生活产生 革 命 性 的 影 响 。 它 涉 及 机 械 、电 子 、化 学 、物 理 、光 学 、生 物 、材 料 等 多 学 科 。 微 机 械 陀 螺 仪 。 传统的陀螺仪主要是利用 角 动 量 守 恒 原 理 ，因 此 它 主要是一个不停转动的物体 ，它 的 转 轴 指 向 不 随 承 载 它的支架的旋转而变化 。 但 是 微 机 械陀螺仪的工作原理不是 这 样 的 ，因 为 要 用 微 机 械 技 术 在 硅 片 衬 底 上 加工出一个可

16、转动的结构可不是一件容 易 的 事 。 微 机 械 陀 螺 仪利用科里奥利力 旋 转 物 体 在有径向运动时所受到的切向力 。科里奥利力的计算公式如下 ： 式 中 ： 为 科 里 奥 利 力 ； 为 质 点 的 质 量 ；为相对于静止参考系质点的运动速度 （矢 量 ）； 为旋转体系的角速度 （矢 量 ）； 表示两个向量的外积符号 （ ：大 小 等 于 ，方向满足右手螺旋定则 ）。在 陀 螺 仪 的 设 计上 ，某 个 物 体 被 驱 动 ，不 停 地 来 回 做径向运动或者震荡 ，与 此 对 应 的 科 里 奥 利 力 就 是 不 停 地 在 横 向 来 回 变 化 ，并 有 可 能 使 物

17、体在横向作微小震荡 ，相 位正 好 与 驱 动 力 差度 。 陀 螺 仪 通 常 有 两个方向的可移动电容板 。 径 向 的电容板加震荡电压迫使 物体作径向运动 ，横 向 的 电 容 板 测 量 由 于 横 向 科 里奥利运动带来的电容变化 。 因 为 科里奥利力正比于角速度 ，所以由电容的变 化 可 以 计 算 出 角 速 度 。 绝 大 多 数 微机械陀螺仪依赖于由相互正交 的 振 动 和 转 动 引 起 的交变科里奥利力 。 振 动 物 体 被 柔 软 的 弹 性 结 构 悬 挂 在 基 底 之 上 。 整体动力学系统是二 维弹性阻尼系统 ，在 这 个 系 统中振动和转动 诱 导 的 科 里 奥利力把正比于角速度的能量转移到传感模式 。结 束 语 ：陀螺仪作为水平 、垂 直 、俯 仰 、航 向和角速度传感器 被 广 泛 应 用 航 空 航 天 领 域 ，在汽车领域应用相对较少 。 如果能将其发展应用于汽 车底盘电控悬架 系 统 ，那 么 将 会使该系统更加紧凑更加 稳 定 可 靠 ，笔 者 认 为 这 将 是 陀 螺仪在汽车上的下一个应用空间 。参 考 文 献 ：谢 剑 汽 车 底 盘 电 控 技 术 国防科技大学出版社 ，（）： 效果 积极向上 反省和改变自 己乐于助人 团队协助 喜欢程度 人 次