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技術讓應變迅於剎那--車輪速度感測器的重要性
 

【作者: 達梭系統】   2020年07月13日 星期一

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車輪速度感測器監控每一個車輪的速度,以便讓防鎖死制動系統(ABS)可以連續不斷地施加最佳的制動壓力,能在停車時始終處於控制狀態。


【路上的小動物】

某個與家人開車外出踏青的早晨,車內播放音樂,心情放鬆,美好一天就此開始!

正當不疾不徐在山路穿梭時,眼角突然看見有隻幼貓從路邊躍出準備奔過馬路,緊急踩煞車的結果,卻失去了對汽車的控制,悲劇因而產生。

汽車煞車功能完美,完全符合設計要求。那麼到底是哪裡出錯?突然踩下行駛中的汽車煞車時,壓力會鎖住車輪,並導致輪胎失去牽引力,這種牽引力的損失使汽車難以轉向,進而使駕駛者無法控制車輛。

讓STOP更果決

為解決這個問題,1950年代初設計一種防鎖死制動系統(ABS),但最初僅在飛機上使用。後來則被引入汽車產業。如今,所有車輛都將其作為標準功能。ABS主要組成元件是車輪速度感測器,該感測器可即時向ABS提供數位車輪速度資料。因此,車輪速度感測器也被稱為ABS感測器。



圖一 : 防鎖死制動系統(ABS)主要組成元件是車輪速度感測器
圖一 : 防鎖死制動系統(ABS)主要組成元件是車輪速度感測器

但是不要將這些感測器與傳統的時速表混淆,傳統的時速表使用模擬指示器在儀錶板上顯示整個車輛的速度。車輪速度感測器監控每一個車輪的速度,以便ABS可以連續不斷地施加最佳的制動壓力,使您在停車時,始終處於控制狀態。


達梭系統SIMULIA能透過3DEXPERIENCE平台上的設計和模擬功能來開發這種救生技術。


技術 讓救生不再容錯


圖二 : 車輪速度感測器的3D模型
圖二 : 車輪速度感測器的3D模型

首先,讓我們了解如何設置模型。一個磁性感測器固定在制動輪轂上,一個帶齒金屬轉輪固定在車輪上。感測器與轉輪的齒直接對齊,因此當車輛開始移動時,車輪和轉輪開始旋轉,這使得感測器看到輪齒和間隙的交替模式。然後,感測器產生與該交替模式的頻率成比例的電壓。該頻率又與車輪速度成正比。


這個波動頻率訊號具有與車輪速度成比例的振幅即電壓。如果此電壓太低,則ABS的控制系統就無法確定車輪速度。



圖三 : 設置車輪感測器的模型
圖三 : 設置車輪感測器的模型

除設計車輪感測器外,團隊還對模型進行參數化處理,以便研究改變轉輪上的齒輪數、改變感測器與轉輪間的間隙等因素的影響。我們的目標是設計一種對車輪足夠敏感的感測器,以使ABS能夠有效發揮作用。為此,我們進行了參數化研究,以了解感測器電壓與上述因素之間的關係。



圖四 : 轉輪上不同齒的感測器電壓梯度
圖四 : 轉輪上不同齒的感測器電壓梯度

由於這種ABS以高於20公里/小時(~200轉/分鐘)的速度啟動,因此我們監控感測器電壓的速度範圍為200轉/分鐘至1000轉/分鐘。如圖四所示,齒的數量是變化的,我們發現轉輪最多可以有36個齒數,因此感測器可以在整個速度範圍內產生大於最小閾值電壓2毫伏的電壓。



圖五 : 感測器和轉輪之間變化間隙的感測器電壓
圖五 : 感測器和轉輪之間變化間隙的感測器電壓

同樣,圖五顯示了感測器和轉輪之間的間隙是如何變化的。我們推斷出,間隙尺寸應不超過1毫米,才能使感測器有效運行。


綜合所述,根據以上資訊能夠選擇所需的最佳參數組,以建構在所有速度皆可平穩運行的ABS感測器。


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