2 汽车检测装置设计

2.1 载荷检测方法选择
汽车载荷的受力过程为车架作用于悬架接着传到车桥，最后作用到车轮到轮胎作用到地面。在载荷的力和力矩的作用下，车架、悬架、车桥、轮胎都会产生相应的形变[18]，其中悬架和轮胎会产生明显形变[16]。在载荷的作用下悬架所产生的形变量与其簧载质量相互对应；轮胎所产生的形变和压力变化也和其轮上载荷存在对应关系。故目前的车载称重的方法多为，通过检测悬架形变量或轮胎压力实现的。目前可行的称重方法分析如下：
（1） 直接称重检测法：将压力传感器安装在钢板弹簧与车桥之间，使载货汽车载荷的传递方式变为载荷作用到车架并通过悬架作用到压力传感器然后再作用到车桥，此时压力传感器可以直接检测到钢板弹簧的簧载质量。此种方法无需通过二次换算处理即可精确的获得所需车载载荷。但是此种方法存在安装困难、维护繁琐的问题，同时由于压力传感器的安装过大的改变了载货汽车底盘的原本结构，对载货汽车的性能、稳定性带来巨大影响，并对其安全性产生潜在威胁[19]。
（2） 轮胎压力检测方式；将压力传感器安装在轮胎之中，以检测轮胎压力。通过轮胎压力与载荷之间的关系，推算轮载质量。此种方法实现简单、成本低、维护较为方便，但是温度变化以及路况等自然环境因素均会对轮胎气压造成影响[20]，而且每次充气时均需要重新标定。故此种方法的检测精确度受环境影响太大，精确度很难控制。
（3） 电阻应变片方式：把电阻应变传感器粘贴在载货汽车的车架上或者悬架的钢板弹簧上，通过应变传感器检测到的车架形变量推算出载荷质量或通过检测钢板弹簧的表面应变推算悬架压缩量，再间接推算出载荷质量,。应变片检测准确，此种方法较为成熟。但是应变片对安装精度要求过高、耐震动能力差、易被污染无法适应恶劣的车载环境，同时其自身对应变过于敏感，当载货汽车悬架发生过大形变量的时候，容易产生永久变形、弯折进而损坏。故此种检测方式的测量精度和可靠性也很有限。
（4） 拉线位移传感器检测方式：拉线式位移传感器通过拉线记录位移变化，把位移信号转换为旋转运动，并使用电信号进行计量。结构上通常为将一定长度的不锈钢绳缠绕在一个有螺纹的轮毂上，轮毂与一个精密旋转感应器连接在一起。将拉线式位移传感器的两端分别安装在车架和车桥上，并保持垂直，车辆负载时，在载荷作用下悬架产生压缩位移，传感器拉线的拉绳带动轮毂转动一定角度，通过拉线位移传感器采集的车辆悬架位移信号进而推算出载荷。此种方法应用较多，具有一定的实际价值。但是拉线位移传感器是接触式传感器，存在易磨损、分辨力差、测试结果滞后、高频特性差等缺点；而且拉线脱钩或断线后会迅速卷回，故此种方法还存在可靠性差、维修繁琐困难等问题。
分析以上几种方法可以得出，直接称重检测方式和轮胎压力检测方式，两种方式在实际应用中存在难以克服的可靠性低的问题。通过悬架形变量来计算车辆载荷状态的方法较为成熟，也是车载载荷检测未来的研究方向。综合比较电阻应变片方式、拉线位移传感器检测方式、感应传感器检测方式三种方法，可以分析出其中电阻应变片方式和拉线位移传感器检测方式，较容易实现，但精确度和耐久性均达不到实际使用要求，难以大批量应用。
通过结合上述各个装置的优缺点，一类比较创新的感应传感器与这本文的项目十分契合，该传感器是一种非接触、零磨损、精确度高、防污染、高频状态状态好、以维护的特点，主要以同性相斥异性相吸相结合的工作原理与本项目十分契合。
2.2 载荷检测方法原理
载荷检测装置的核心非接触型磁力压电式位移传感器。该传感器采用磁体同极排斥和压电效应相结合的工作原理，实现了位移的非接触、高频次、高精确度测量。

图2.1载荷检测装置机械机构
2.3 荷检测装置的工作原理

图2.2载荷检测装置的工作原理

汽车空载时载荷检测装置的两个磁体相距 L，此时由于两磁体的排斥作用较弱，压电元件会输出一个较小的电压，如图 2.2（a）。当载货汽车装载后，悬架在载荷的作用下产生一定的压缩位移S如图2.2（b），导致固定在车架和车桥上的上检测磁体和参考磁体之间的距离减小S,此时为L-S，产生相对应距离L-S的排斥力，参考磁体受到的相对应距离L-S的排斥力作用于压电元件，压电元件输出相对应此时排斥力的电压信号。当悬架位移达到最大动挠度的时候，两磁体的距离达到最小值 Lmin，如图2.2（c）。
通过距离、排斥力、电压之间一一对应的定量关系，实现位移信号到电信号的转换，进而得到载货汽车的载荷信息。
2.4 本章小结
本部分首先结合在第二章中的载货汽车结构特点和承载特点以及载荷的作用路线，分析了直接称重检测法、轮胎压力检测方式、电阻应变片方式、拉线位移传感器检测方式、感应传感器检测方式 4种载荷检测方法的优缺点。确定了采用感应式传感器检测悬架位移的载荷检测方法，研发了一种新型的感应式位移传感器来避免目前感应式位移传感器检测时存在的诸多问题。
基于上文种提出的新型传感器，以图文的形式详细叙述了载荷检测装置的结构组成、部件以及装配关系。并明确了载荷检测装置的工作原理。将检测到的悬架位移转换为磁体之间的排斥力，并利用压电元件将排斥力转换为电压信号。通过距离、排斥力、电压之间一一对应的定量关系，实现位移信号到电信号的转换，进而得到载货汽车的载荷信息。

3 汽车底盘的模型设计

3.1 构件的三维建模
三维建模使用的软件是Soildworks，此软件是十分常用的一种基于Windows开发的交互式CAD系统。能够满足用户对三维建模的需求，已经成为三维设计的一款主流的应用。在这款软件中我们可以通过【建立平面】-【草图绘制】-【智能尺寸】-【拉伸凸台/基体】-【阵列镜像】等等功能将需要的三维模型制作出来。
首先是底盘部件中的中心托架部分，中心托架是汽车底盘中用于固定底盘各个零件的部分，起到连接的作用，首先确定部件各个位置的尺寸比例，然后绘制如图3.1的草图。为接下来的拉伸做准备。

图3.1 托架草图

之后便要利用绘制的草图对其进行拉伸处理，在Soildworks这款软件中草图的作用十分重要，它既能够起到上述操作中的规定轮廓的作用，又能够做到设置中心线、对称位置、以及旋转中心等作用。根据草图完成拉伸后的模型如图3.2所示。
中心部分首先利用【草图】-【拉伸凸台】来制作出来。以设计中心托架部分为例，通过【草图绘制】先绘制好模型的轮廓，并为其约束好对应的角度，然后使用【拉伸】命令完成简单模型的制作，需要注意的是为了防止多次制作重复的草图，可以使用诸如图3.2中的【镜像】等功能实现模型的镜像制作从而提高工作效率。

图3.2 草图拉伸

4 汽车底盘的模型渲染

4.1 主要构件的材质赋予
接下来需要将建模完毕的模型进行渲染，让其更加真实，也更方便观察者进一步地理解模型实际应用于现实的状态。由于Solidworks软件在渲染方面的功能比较少，因此使用更先进的渲染软件对作品的展示更加有利， KeyShot是一款高级渲染和打光的互动性光线渲染程序，值得关注的是这款软件与各个建模软件的兼容性十分优秀，所以这次选用KeyShot渲染软件作为我渲染模型的主要软件。模型在软件中如图4.1所示。

图4.1 KeyShot中的三维软件

首先我们需要做的就是为构件模型赋予材质，KeyShot软件中有丰富的材质种类供我们使用，我们根据其实际的材质进行赋予，当然如果因需赋予的材质十分稀有我也会用相近的材质进行赋予。比如中心托架、以及机车车轴的材质就比较相似，这类零件在汽车运行时需要有较强的硬度来保证自身承受汽车各处传递过来的力。因此其材质以较为坚硬的合金钢为主，在KeyShot软件中虽然没有绝对的金属材质，但是可以找到其质地、光泽比较相近的材质，可以将这两个部件赋予相同的材质，赋予材质后的模型如图4.2、图4.3所示。

5 海报设计

海报的制作主要是利用了Photoshop以及Adobe Illustrator 这两款软件，这两款软件都是目前市面上比较常用的视觉编辑软件，PS和AI相比更注重细节的调整，AI则更注重整体的质量，两者穿插者使用可以更有效率的完成海报的制作。
5.1 素材的选择
制作海报的第一部便是需要选用较为美观且比较符合海报内容的素材，比如海报的背景图便是需要去查找利用的，然后是规定海报的布局，这需要察看一些比较好的样例，但在汲取样例的优点的同时也要保存自己的看法，取长补短。最后设计出自己的布局。选择的参考案例如图5.1所示

图5.1素材的选择

5.4 文字的加入
颜色和布局以及颜色内容已经确认完毕了，接下来就是向海报中加入适当的说明文字，现今海报的风格虽然丰富多样，但比较常用的海报风格以极简风格居多。极简风格主张使用较少的元素表达较多的内容，这样不易让观看者疲劳，因此极简风格的海报当中加入大量文字是不合适的，所以加入文字时应尽量在主次分明的前提下加入少量的文字，最终完成了如图5.6的海报制作。

图5.6海报的成品图

5.5 本章小结
本章通过利用PS、AI等视觉交互软件，对产品的海报进行了制作，制作出了有风格、符合产品内容的海报。

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