广西大学毕业设计论文 第三章 方向盘角度检测系统的原理介绍
即
n?1440(Vout?1.28) (3-2) 2.56其中，Vout：电位器采集的电压值；
n：方向盘转角值。
因此，只要检测出电位器端的输出电压，即可推算出方向盘的转角所在位置。电位器的输出电压与方向盘角度的对应关系如图3-1所示。
图3-1 电位器输出电压与方向盘角度的对应关系
3.1.2 路面倾角检测原理
路面倾角检测也应用电位器，其检测方法和方向盘角度检测方法基本
相同。路面倾角检测采用单圈电位器，电位器指针的初始位置定在电位器
1电阻的处，规定此时的电位器转角为0°。电位器的最大输出电压同样选
2用2.56V，这时候，电位器的输出电压与路面的倾角关系如公式(3-3)~公式(3-4)所示。
Vout? 即
??360(Vout?1.28) (3-4) 2.56其中，Vout：电位器采集的电压值；
2.56??1.28 (3-3) 360?：路面的倾角值。
12
广西大学毕业设计论文 第三章 方向盘角度检测系统的原理介绍
电位器的输出电压与方向盘角度的对应关系如图3-2所示。
图3-2 电位器输出电压与路面倾角的关系
当然，实际中路面的倾角一般不会超过45°，因此，实际上电位器的输出电压应在0.96V~1.6V之间。
3.1.3 汽车车速检测原理
汽车车速检测采用单路输出增量式光电旋转编码器[6]作为传感器件。光电编码器结构如图3-3所示。
图3-3 单路输出光电编码器结构原理图
编码器的码盘上有许多透光的缝隙，光线透过缝隙，便会被光敏管吸收，光敏管根据光电转换原理输出高电平，若光线被编码盘挡住，光敏管接收不到光信息，便会输出低电平。若编码盘转动，光线便会一会儿穿过编码盘，一会儿被编码盘挡住，这样就会产生一个个脉冲序列，如图3-6
13
广西大学毕业设计论文 第三章 方向盘角度检测系统的原理介绍
所示。
图3-6 单路输出编码器输出脉冲波形
编码盘有多少透光的缝隙，转动一圈，便会产生多少个脉冲。通常称编码器的缝隙数为线数，如果编码盘单圈有1024个缝隙，就称这样的编码器为1024线编码器。由此可知，计算单位时间内脉冲数的多少，就可以知道编码盘转动的圈数。由于编码盘与汽车驱动轮同轴安装，因此汽车车轮转动一圈，编码盘便会转动一圈。这样，知道了汽车车轮单位时间内转动的圈数，车速便自然得知。
汽车车速的计算如公式(3-5)所示。
v?2?rN (3-5) QT其中，v为车速；T为测速周期； N为T时间内的脉冲总数；r为车轮半径； Q为编码器的线数。本设计选用编码器的线数为500，测速周期为0.5ms，一般汽车的车轮半径为0.3m，因此测速公式可改为：
v?7.536N (3-6)
3.2 汽车转弯性能研究
汽车转弯时，不仅要考虑方向盘与车轮的转角关系，还要考虑转弯半径与车速等量的关系，通过综合考虑，才能知道转弯是否安全。
3.2.1 方向盘转角与车轮转角之间的关系
汽车方向盘的转动范围一般为-720°~+720°，汽车车轮的转动范围为-45°~+45°(左转为“-”，右转为“+”)，一般汽车的方向盘转动角度和汽车转向轮的旋转角度存在线性关系。车轮转角与方向盘转角的关系如公式(3-7)所示。
??n (3-7) 1614
广西大学毕业设计论文 第三章 方向盘角度检测系统的原理介绍
其中n为汽车方向盘转动角度；?为转向轮的转动角度。 汽车方向盘转角与车轮转角的对应关系如图3-7所示。
图3-7 汽车转向轮转角与方向盘转角的对应关系
3.2.2 车轮转角与转弯半径之间的关系
汽车在转弯时都有转弯半径，由于转向轮的转角大小不一样，转弯时的转弯半径也不一样。确定转弯半径对确定转弯时的稳定性有非常重要的作用。一般小车的转向轮为前轮，后轮为驱动轮。小车转弯时的模型如图3-8所示。
图3-8 小车转弯模型
图中L为小车前后轮的轴距，R为小车转向时的转弯半径，?为车轮转向角度，虚线圆弧为转弯路径。转弯的圆心为转向轮的垂直线与后轴的延长线的交点O处。一般情况下车轮转向角?比较小，因此当，当汽车转向角为?时，转弯半径可近似由公式(3-8)得出。
15
广西大学毕业设计论文 第三章 方向盘角度检测系统的原理介绍
R?L/sin? (3-8) 其中R为转弯半径；L为前后轮轴距。
3.2.3 汽车转弯模型分析
汽车转弯时，转弯的安全性非常重要，如果弯度过小，车速过高，就可能发生向心力不足，汽车甩出路面，造成事故。因此，在汽车转弯时，应对其进行受力分析，从而设计报警装置。
汽车转弯时的受力情况如图3-9所示。
图3-9 汽车转弯时的力学模型分析
图中G为汽车所受重力；f为汽车与路面的横向摩擦力；N为路面对汽车的支持力；?为路面倾角。
由图可知，转弯时，汽车的向心力由汽车重力沿路面方向的分力和汽车车轮与路面之间的横向摩擦力提供。根据力学原理可知：
s?f (3-9) F?Gco?其中F为汽车转弯时的向心力；G为汽车所受重力；f为汽车车轮与路面的摩擦力；?为路面倾角。
汽车所受重力由公式(3-10)所示。
G?mg (3-10) 其中，m为汽车质量，g为重力加速度。
16