Акселерометр в машине: Акселерометр в автомобиле (применение в системе ESP, видеорегистраторе и т.д.)

Акселерометр в автомобиле (применение в системе ESP, видеорегистраторе и т.д.)

 Современные технологии и конструктивные решения сегодня стали настолько сложны и разнообразны, что мы порой даже не представляем, как работает тот или иной «конечный продукт».  Об этом мы говорим не для того, чтобы попытаться ущемить чье-то самолюбие, ведь каждый должен заниматься своим дело, а для того, чтобы «открыть глаза» для тех, кому это интересно.
 В этой статье мы будем «открывать глаза» на акселерометр. Фактически исходя из настоящих реалий акселерометр можно назвать датчиком, который определяет ускорение. Акселерометр активно используется в современных автомобилях, например в системе ESP (система курсовой устойчивости) или в некоторых моделях видеорегистраторов.

Именно поэтому мы считаем необходимым, немного, рассказать вам о нем.

Устройство акселерометра  

 Прежде, чем приступить к описанию конструкции и принципов работы акселерометра, мы скажем пару слов о его наименовании. Так, слово акселерометр происходит от латинского accelero — ускоряю и древнегреческого μετρέω «измеряю».  Исходя из этого, можно с уверенностью сказать, что акселерометр используется для измерения ускорения. Конструкции современных акселерометров могут быть самые различные, ведь и применяются они, как вы уже поняли, в различных устройствах. Тем не менее, основной конструктивной особенностью является «свободная масса» (масса), которая за счет гибкой связи, например пружина, подвержена некому перемещению, при возникающем и влияющем на нее ускорении. 
 Описывая все это более популярно, можно сказать, что масса перемещается при резком ускорении, будь то набор скорости или резкое торможение, при этом изменяется длина пружины, что является характеристикой для измерения. В случае критических ускорений, чтобы прибор не вышел из строя в нем может быть установлен демпфер, которые гасит энергию от ударов массы в крайних ее положениях.  На картинке приведена простейшая схема акселерометра, который способен адекватно измерять ускорение только по одной оси.
 На самом деле, в зависимости от требований систем могут быть использованы акселерометры с измерением ускорения по двум и трем осям. В итоге, в зависимости от количества измеряемых осей акселерометры делятся на  однокомпонентные, двухкомпонентные, трёхкомпонентные.

Применение акселерометра в автомобиле  

 Итак, как мы уже упоминали акселерометр применяется м в автомобиле. Так он используется в системе курсовой устойчивости, для того чтобы собрать информацию в компьютер об ускорении автомобиля. Эта информация необходима для управления тормозными колодками, для того, чтобы ограничить крутящий момент на нужном колесе и предотвратить возможный занос или проскальзывание колеса.  
 Также акселерометры применяются и в автомобильных видеорегистраторах или в системах охраны и сигнализации, для определения «тревожных событий». Такими событиями могут быть: резкое торможение, ускорение и все что с ними связано, например удар, резкий разворот машины и т.д. Именно в этих случаях и срабатывает акселерометр, включая видеорегистратор, если он был выключен. Кроме того, на некоторых видеорегистраторах, подобные «промаркированные» события записываются в отдельную папку, для предотвращения случайного их удаления. Все это сделано для того, чтобы фиксировать чрезвычайные ситуации, с которыми, как правило, и связано резкое ускорение, определяемое акселерометром.  
 Конечно, акселерометры были изобретены не для непосредственного применения в автоиндустрии, а скорее наоборот, они пришли из других сфер применения. Так они широко применяются для работы в навигационных системах,  а соответственно применяются и для других вариаций транспортных систем. (морской флот, авиация). Также акселерометры в настоящий момент активно применяются в электроники, для определения базирования устройства относительно действия сил гравитации. Так, за изменение положения картинки на экране при переворачивании устройства отвечают именно они.
  В общем, как вы поняли, акселерометр очень полезная и нужная вещь, которая может применяться не только для применения в автомобиле, но это уже не относится к тематике нашего сайта.

что это и зачем нужен

Датчик ускорения (другое название – акселерометр) измеряет ускорение или в соответствии со вторым законом Ньютона силу, вызывающую ускорение инерционной массы. В системе курсовой устойчивости датчик ускорения измеряет силы, действующие на автомобиль и стремящиеся изменить заданную водителем траекторию движения. Датчик ускорения используется, как правило, совместно с датчиком угловой скорости.

В зависимости от оцениваемых сил различают датчики поперечного и продольного ускорения. Датчик поперечного ускорения измеряет силы, вызывающие боковой снос автомобиля. Данный датчик является обязательным элементом системы курсовой устойчивости.

Датчик продольного ускорения используется на автомобилях с полным приводом. На переднеприводных автомобилях продольное ускорение оценивается косвенным путем (давление в тормозной системе, частота вращения колес, режим работы двигателя). Конструктивно датчик продольного ускорения аналогичен датчику поперечного ускорения, но устанавливается под прямым углом к последнему.

Кроме системы динамической стабилизации датчик ускорения применяется в других автомобильных системах: системе пассивной безопасности (датчики удара), адаптивной подвеске, системе защиты пешеходов, системе контроля давления в шинах, системе адаптивного освещения, охранной сигнализации. Используемые в системах датчики различаются величиной измеряемого ускорения и способом измерения.

В системе курсовой устойчивости используются датчики ускорения емкостного типа, которые отличает простота конструкции и широкий температурный диапазон работы. Принцип действия емкостного акселерометра основан на изменении емкости чувствительного элемента при перемещении инерционной массы под действием ускорения.

Конструкция датчика ускорения объединяет два параллельных конденсатора, включающих две фиксированные обкладки и одну общую подвижную обкладку, находящуюся между ними. Ускорение, действующее на датчик, изменяет расстояние между обкладками и, тем самым, изменяет емкость конденсаторов. По изменению емкости конденсаторов система распознает направление и величину, действующего на автомобиль ускорения.

На самом деле чувствительный элемент датчик ускорения более сложный и представляет собой кремниевую микромеханическую систему. Она объединяет две гребневидные структуры, входящие зубьями друг в друга и образующими несколько пар конденсаторов.

Точность измерения требует расположение датчика ускорения как можно ближе к центру тяжести автомобиля. Конкретное место установки датчика различается в зависимости от марки и модели автомобиля (в тоннеле между передними сидениями, под сидением водителя, под рулевой колонкой и др.).

Для сокращения числа компонентов, экономии внутреннего пространства автомобиля используется блочное расположение датчиков. Так, в один сенсорный блок может быть интегрировано два датчика ускорения и датчик угловой скорости.

Если Вы заметили ошибку, неточность или хотите дополнить материал, напишите об этом в комментариях, и мы исправим статью!

Ключевые теги: устройство автомобиля

Работают ли недорогие измерители производительности?

«Что он будет делать?» Это важный вопрос, который звучит снова и снова в ходе инструментальных испытаний C/D примерно 130 автомобилей в год. Хотя тестирование является самой интересной частью нашей работы, мы относимся к нему достаточно серьезно, чтобы несколько лет назад раскошелиться на более чем 30 000 долларов США на три современные системы тестирования VBOX, сделанные Racelogic, которые обеспечивают показатели производительности, необходимые для наши дорожные испытания.

Но, наверное, столько тратить не надо. За последнее десятилетие появилось несколько компаний, которые продают относительно недорогие устройства, которые, как они утверждают, могут точно измерить производительность автомобиля.

Итак, у нас есть семь из этих измерительных приборов. Поскольку они могут быть дорогими, мы ввели ограничение в 1000 долларов; наши семь варьировались от 90 до 960 долларов. Большинство этих счетчиков просто прикрепляются с помощью присосок к внутренней стороне лобового стекла, как радар-детекторы. Нашей задачей было выяснить, работают ли они, и это было непросто. Фактически, мы сделали более 100 проходов на четверть мили на дрэг-стрипе в 1000 милях от нас в Гейнсвилле, Флорида. (Для вас, циников, у нас был внештатный сотрудник, который купил устройства, чтобы убедиться, что мы получили репрезентативные образцы.)

Шесть из семи купленных нами устройств используют внутренние акселерометры и электронный таймер для измерения производительности. Акселерометр — это устройство размером с батарейку для наручных часов, которое генерирует электрический сигнал, изменяющийся при ускорении. Проще говоря, если вы можете отслеживать ускорение по отношению ко времени, вы можете рассчитать скорость и пройденное расстояние.

Однако у акселерометров есть один большой недостаток. Неизбежные движения по тангажу и крену при резком вождении автомобиля могут нарушить показания, поскольку они изменяют плоскость, в которой работает акселерометр. Например, при резком ускорении хвост автомобиля приседает, а нос приподнимается, поэтому акселерометр на лобовом стекле указывает немного вверх, а не горизонтально вниз по дороге в направлении движения автомобиля.

Вы можете игнорировать этот эффект, если просто хотите узнать, сделала ли модификация вашу машину быстрее или медленнее. Однако, если вы хотите определить, работает ли один автомобиль лучше, чем другой, вам лучше выделить некоторое время для калибровки счетчика для каждого автомобиля.

Наша сложная система VBOX не использует акселерометры именно для того, чтобы избежать этой проблемы. Вместо этого VBOX полагается на систему глобального позиционирования (GPS) для измерения движения транспортного средства. Для работы VBOX должен быть на связи как минимум с четырьмя из 24 спутников GPS, вращающихся вокруг Земли. По мере того, как автомобиль движется по месту проведения испытаний, время прихода радиосигналов, которые проходят между спутниками и антенной VBOX, незначительно меняется. Измеряя это смещение, VBOX рассчитывает скорость, ускорение и расстояние. Компания Racelogic, производящая VBOX, утверждает, что точность ее устройств составляет 0,06 мили в час.

Еще один способ измерить производительность — подключиться к бортовому компьютеру автомобиля. Один из семи измерителей производительности, Nology PDA-Dyno, основывался на этом методе. Используя данные о скорости вращения колес с компьютера, PDA-Dyno рассчитывает скорость и расстояние. Проблема в том, что датчики скорости вращения колес на новых автомобилях откалиброваны точно по диаметру оригинальных шин автомобиля. Измените размер шины или установите слишком низкое или слишком высокое давление воздуха, и вы получите неточные показания.

Некоторые из протестированных нами устройств оснащены несколькими акселерометрами, способными проводить измерения как в поперечном, так и в продольном направлении и, следовательно, также могут измерять сцепление на поворотах. Но и там показания акселерометра неточны, когда машина наклоняется в повороте.

Нет двух абсолютно одинаковых счетчиков, хотя все производители утверждают, что каждый счетчик может выполнять множество задач с превосходной точностью. Естественно, есть головокружительный набор функций, не все из которых удобны. Например, после того, как вы закрепите Tazzo за 90 долларов на лобовом стекле и выстроитесь в линию в начале дрэг-стрипа, вам нужно решить, что вы хотите измерить — время от 0 до 60 миль в час или четверть мили. . Но не оба. Tazzo будет записывать только одну задачу за раз. Напротив, Passport G-Timer GT2 за 180 долларов обеспечит диапазон значений ускорения за один заезд.

Мы подсчитали, что если один из этих счетчиков может точно измерить четверть мили, то он, вероятно, сможет дать правильные цифры для всех более коротких дистанций — от 0 до 50, до 60 и так далее. Так что бег на четверть мили стал нашим тестовым параметром. Для целей этой оценки мы могли бы просто использовать VBOX в качестве критерия для сравнения результатов каждого измерителя, но мы решили пойти до конца и сравнить с бесспорным королем систем хронометража — надежными огнями, используемыми на дрэг-стрипах. .

Поскольку трассы в Мичигане закрыты на зиму, мы перетащили все наше дорогое испытательное оборудование и семь метров на гоночную трассу Гейнсвилл во Флориде, чтобы провести два дня сравнительных испытаний. И поскольку мы хотели посмотреть, как движения тела повлияют на точность измерителей, мы проверили их на двух автомобилях: Pontiac G6 и GMC Envoy XUV.

Мы протестировали каждый расходомер, установленный в соответствии с его инструкциями, в восьми проходах по индикаторам хронометража тормозной полосы. Мы разместили каждую машину точно на стартовой линии [см. «Важность развертывания»].

Для первых четырех прогонов мы использовали стандартные настройки (на графиках они показаны как «неоткалиброванные»). Большинство счетчиков можно откалибровать, чтобы компенсировать выигрыш (или потерю) времени из-за наклона транспортного средства. Однако для этого вам потребуются результаты перетаскивания, чтобы обеспечить точную оценку фактической производительности автомобиля.

После первых четырех прогонов мы повозились с доступными настройками, а затем запустили и усреднили еще четыре прохода, показанные как «откалиброванные» на следующих графиках. Если измеритель мог регистрировать торможение или поперечное ускорение, мы просто использовали измеритель в сочетании с нашей обычной процедурой тестирования и сравнивали результаты.

Как отмечалось ранее, мы сделали более 100 проходов на четверть мили и свели в таблицы наборы данных (мы также провели тесты нашего VBOX в сравнении с системой хронометража с перетаскиванием). Мы сделали все возможное, чтобы свести данные к легко усваиваемым графикам. Если вы хотите видеть результаты каждого прогона, мы разместили электронную таблицу. Нумерологи, развлекайтесь.

Мы обнаружили, что счетчики были отклонены на несколько десятых секунды в худшем случае и всего на пару сотых в лучшем случае. Здесь в порядке цен, от низшей к высшей, то, что мы узнали о каждом метре.

Вам может быть интересно, как широко разрекламированный VBOX C/D противостоит индикаторам времени. Мы протестировали его с лобовыми огнями, и он оказался более точным, чем лучший измеритель в этом тесте, AX22. Однако обе эти системы настолько близки к тормозным фонарям, что едва ли стоит упоминать о существовании разницы. Мы говорим о расхождениях, которые составляют менее половины процента.

Однако для нашего тестирования нам необходимо отображение данных об ускорении в режиме реального времени, программное обеспечение для углубленного анализа и внешние входы для триггера тормоза — всего три из многих функций, которые есть у VBOX, которых нет у AX22.

Однако, судя по текущему набору измерителей производительности, мы видим, что преимущества VBOX подвергаются сомнению. Мы не будем тестировать его в ближайшее время, но мы обнаружили, что люди с гораздо меньшей суммой, чем 11 800 долларов (текущая цена VBOX), могут купить измеритель, который дает удивительно хорошие результаты. В качестве измерительного устройства для одного автомобиля большинство измерителей вполне хороши, но если вы хотите окончательно определить, превосходит ли один автомобиль другой, вам лучше выделить некоторое время для калибровки. VBOX не требует калибровки.

Перед тем как взять машину, чтобы попытаться сравняться с нашим временем, помните, что наши результаты скорректированы с учетом погодных условий [см. «Поправка на погоду»]. Мы также усредняем лучшие результаты в двух направлениях, чтобы компенсировать влияние ветра, и используем развертку со скоростью 3 мили в час. И, конечно же, есть вариативность от машины к машине.

Наконец, найдите безопасное место для тестирования, которое позволит вам сосредоточиться на текущей задаче, а не на пробках.

AARON KILEY, MORGAN J. SEGAL

Passport G-Timer выпускается в двух версиях: GT1 за 100 долларов и GT2 за 180 долларов. Мы протестировали GT2 и решили, что он стоит вдвое дороже, чем 9 долларов.0 Таццо. Он отображает все данные сегмента одного прогона (от 0 до 50, 60, 70 и т. д.), имеет память на 10 прогонов и длинный список возможных отображений на экране, он измеряет сцепление на поворотах, а его компоновка простой, а управление интуитивно понятное.

Паспорт имеет регулируемое расстояние выкатывания. Чтобы обеспечить точность, существует фактор шага для калибровки измерителя. В руководстве по эксплуатации приведены рекомендации для разных типов автомобилей, и мы использовали поправочный коэффициент 2,5, когда Passport был установлен на Pontiac G6. Выполнив четыре начальных прогона, мы экспериментировали, чтобы найти число, при котором измерительная линия совпадала с результатами перетаскивания, которое оказалось равным 3,4.

После калибровки Passport оказался чуть менее точным, чем Tazzo, но здесь мы мудрим, потому что разница в точности составляет ничтожную одну десятую процента.

Passport имеет удобную функцию заноса, которая усредняет боковую g за регулируемый период времени от 3 до 16 секунд. Для этой функции также существует калибровочный коэффициент, и мы смогли получить Passport с точностью до 0,01 г от того, что дает наша обычная процедура тестирования.

Тормозные числа Passport были на пять-восемь футов длиннее, чем записал наш VBOX. Однако вполне вероятно, что игра с коэффициентом калибровки уменьшила бы несоответствие, но мы предполагаем, что владельцы этих персональных измерителей, вероятно, не будут тратить чрезмерное количество времени, пытаясь получить идеальные результаты.

Что касается более дешевой модели GT1, то она записывает те же линейные числа, что и GT2, но сохраняет только один прогон, и вы не можете загрузить данные на ПК. Мы бы выбрали GT2. Приобретите дополнительный последовательный кабель и программное обеспечение за 25 долларов США, после чего вы сможете загружать прогоны ускорения на свой ПК.

Escort: Passport G-Timer GT2
800-433-3487
www.escortradar.com

ААРОН КИЛИ, МОРГАН Дж. СЕГАЛ пять карт), которые мы прикрепили к центральной консоли каждого автомобиля с помощью липучки. Он передает данные на портативный компьютер (Palm, Pocket PC или ноутбук). Его ненавязчивый размер привлекателен, и это один из двух устройств в этом тесте, который не займет места на лобовом стекле.

Правильная установка PocketDYNO имеет решающее значение, поскольку она не имеет регулировки по тангажу или крену. Поэтому чем ближе он будет к уровню и угольнику к автомобилю, тем точнее он будет.

Имея всего три варианта тестирования, работать с PocketDYNO очень просто. Вы можете выбрать бег на скорость, бег на дистанцию ​​или измерение g. Во время скоростного забега PocketDYNO измеряет время от 0 до 60, а затем оценивает время и скорость на четверть мили на основе данных от 0 до 60 миль в час. При беге на дистанцию ​​измеряется четверть мили, а измерение g может хранить до 20 секунд данных и отображать пиковое значение g в четырех направлениях.

Расчеты PocketDYNO оказались медленнее, чем авторитетные данные, для обеих машин: на 0,16 секунды для G6 и на 0,48 секунды для Envoy. Некоторые прогоны проходили в пределах 0,1 секунды от времени перетаскивания, но другие отставали до 0,65 секунды, что делало PocketDYNO наименее надежным таймером. Единственная его корректировка для выкатывания — начальная скорость, но даже с изменениями точность этого измерителя не улучшилась.

Мы подозреваем, что PocketDYNO был менее точен внутри Envoy, потому что высокий центр тяжести этого транспортного средства усугублял неспособность PocketDYNO регулировать угол наклона.

Тем не менее, предполагаемая функция четверти мили является хорошей идеей — водитель с меньшей вероятностью привлечет внимание полицейских, когда разгоняется до 100 км по дорогам общего пользования — и была более точной, чем фактические измерения четверти мили PocketDYNO во время наших тестов. . Расчетное время прохождения четверти мили было на 0,06 секунды меньше для G6 и на 0,19 секунды для Envoy.

Так как PocketDYNO нельзя отрегулировать по крену, его результаты на скидпаде были неточными. В G6 он был на 0,05 г меньше, а в неуклюжем Envoy — на 0,12 г.

PocketDYNO — единственный измеритель из всех, который измеряет четверть мили, но его неточность выделяется в этой группе, а за 250 долларов это не очень выгодно.

Hamilton Performance Electronics: PocketDYNO
866-438-7396
www.pdyno.com

AARON KILEY, MORGAN J. SEGAL

Нам очень понравился G-tech/Pro RR. Во-первых, это единственный блок на основе акселерометра, который измеряет ускорение в вертикальной плоскости. Теоретически это означает, что G-tech может определять, насколько резко автомобиль качает во время разгона, и автоматически корректировать его. Мы обнаружили, что только $960 Race Technology AX22 был заметно ближе к дрэг-лайтам без калибровки. Кроме того, когда он был установлен в Envoy, G-tech зафиксировал тот же тормозной путь 60: 0, что и VBOX.

Существует процедура калибровки, которая предположительно делает показания скорости G-tech на четверть мили более близкими к показаниям тормозных фонарей. Мы выполнили предписанную калибровку, но, что интересно, мы обнаружили, что процедура повысила точность только тогда, когда в Envoy был установлен G-tech.

Не говоря уже об этом, у G-tech есть две уникальные особенности. У него есть индикаторы переключения передач, которые мигают с определенной частотой вращения, сигнализируя о том, что пришло время переключать передачи. Кроме того, есть имитированная система старта с буксировки, которая проверяет ваше время реакции. Вы также можете хранить данные конфигурации для различных транспортных средств, чтобы переключаться с одной машины на другую без необходимости перепрограммирования тахометра или переключения фар.

Как и некоторые другие измерители, G-tech измеряет сцепление на поворотах, но не имеет функции калибровки для этой функции. Во время нашего тестирования мы обнаружили, что значение поперечной перегрузки, отображаемое G-tech, было примерно на 0,05 g выше, чем то, что автомобиль тянул согласно нашему устройству измерения времени.

Однако именно компьютерное программное обеспечение отличало G-tech от других. G-tech имеет внутреннюю память для записи данных, которые можно загрузить на компьютер. С помощью программного обеспечения, установленного на вашем компьютере, вы можете просматривать и сравнивать прогоны перетаскивания. Поскольку устройство также регистрирует число оборотов в минуту, вы можете увидеть, какие точки переключения улучшили ускорение.

Кроме того, вы можете записывать перегрузку во время движения по гоночной трассе, загружать данные и сравнивать свои результаты от круга к кругу. Предоставленная информация недостаточно подробна, чтобы существенно помочь профессиональному водителю, но она определенно может помочь новичку. Он подчеркивает, где водитель толкает машину, а где нет.

Программа интуитивно понятна и проста в использовании. Она автоматически создает новые каталоги и файлы на основе даты и времени записи данных.

Существует менее дорогая версия G-tech, называемая SS, которая продается за 200 долларов и не имеет функций гоночной трассы RR, а также не поставляется с программным обеспечением, позволяющим просматривать и сравнивать пробеги на ПК. . Однако оба G-tech имеют отличные крепления для лобового стекла, простые кнопки для навигации по различным параметрам, а также удобный тахометр и индикаторы переключения передач.

Первый G-tech дебютировал в 1995 году и с тех пор претерпел четыре модификации. Показана обширная разработка, и вам обязательно следует посетить веб-сайт, на котором есть страницы технических статей и форум, на котором вы можете обсудить свои результаты.

Если вы можете увеличить свой бюджет до 300 долларов, вы не будете разочарованы.

Tesla Electronics: G-tech/Pro RR
800-483-2477
www.gtechpro.com

ААРОН КИЛИ, МОРГАН Дж. СЕГАЛ

Подразделение Nology — чудак в группе. У всех остальных есть акселерометры, у этого нет. Он получает питание и расшифровывает всю информацию от разъема OBD II (бортовая диагностика, второе поколение), который обычно находится под приборной панелью со стороны водителя. Обязательное условие OBD II означает, что PDA-Dyno не будет работать ни с одним автомобилем модельного года до 19.96. Но из-за того, что он подключен к электронике автомобиля, PDA-Dyno может отображать выходные данные различных датчиков: обороты двигателя, расход топлива, состояние датчика кислорода и любые коды неисправностей, хранящиеся в компьютере автомобиля.

Эти дополнительные функции, безусловно, являются преимуществом для PDA-Dyno, но связь с электроникой автомобиля часто может быть непростой задачей, а цена в 370 долларов (не считая необходимого карманного компьютера) стоит недешево. Поскольку мы скептики, мы убедились, что PDA-Dyno работает на всех автомобилях из нашего тестового парка в Мичигане, но когда мы добрались до Флориды, он не смог связаться с Pontiac G6. Это как раз и является недостатком системы такого типа — вы всегда задаетесь вопросом, будет ли она работать, и задаетесь вопросом, когда автопроизводители изменят свои стандарты, требуя от вас покупки нового устройства.

В наших тестах с Envoy, которые состояли из заездов на четверть мили, PDA-Dyno показал отсутствие возможности регулировки. Этот блок не имеет компенсации за развертывание и вместо этого измеряет время от 0 до четверти мили. Из-за этого мы обнаружили, что время PDA-Dyno примерно на 0,4 секунды медленнее по сравнению с цифрами полоски сопротивления. Примерно 0,3 секунды из этой разницы можно отнести к развертыванию, что означает, что PDA-Dyno по-прежнему медленнее на 0,1 секунды и, следовательно, не может сравниться с топовыми устройствами. Скорость ловушки постоянно увеличивалась примерно на 0,4 мили в час, потому что измерение скорости ловушки PDA-Dyno немного отличается от скорости полоски сопротивления. Тем не менее, от запуска к запуску PDA-Dyno точен по времени и скорости, что делает его полезным для сравнения до и после.

Nology Engineering: PDA-Dyno
800-665-6491
www.nology.com

AARON KILEY, MORGAN J. SEGAL

В этом тесте VC3000 как минимум в два раза больше любого другого измерителя. Но с добавленной массой появляется больше возможностей. Это единственное устройство с перезаряжаемой батареей, поэтому вам не нужна розетка в автомобиле. Он также имеет пузырьковую систему, похожую на систему уровня плотника, которая упрощает правильную установку на лобовом стекле. Меню VC3000 хорошо организовано, что сокращает время исследования перед измерением ускорения, торможения или сцепления с дорогой. Все прогоны можно сохранить во встроенной памяти VC3000 для последующего просмотра или прокрутки после завершения прогона.

При настройках по умолчанию VC3000 всегда регистрировался немного медленнее, чем индикаторы времени, тогда как скорость ловушки была высокой у Pontiac, но низкой у Envoy. Время было достаточно точным в G6 — медленнее на 0,07 секунды — но менее точно в Envoy, где оно было отставание почти на 0,2 секунды. Опять же, это связано с большим тангажом Envoy при разгоне. После набора VC3000 с использованием коэффициентов высоты тона, он отклонился на 0,05 секунды в G6 и на 0,03 секунды в Envoy, что сделало его вторым лучшим в этом тесте. Скорость ловушки была высокой на 0,3 мили в час в обеих машинах после регулировки угла наклона.

Аналогичным образом, на противоскользящем коврике VC3000 изначально отклонялся более чем на 0,10 г, но после набора коэффициента компенсации крена оставался в пределах 0,01 г.

Измерения торможения с помощью VC3000 были вторыми в этой группе. Тормозные пробеги от 60 миль в час были в пределах впечатляющих двух футов от чисел VBOX — только G-tech был ближе. Начальная скорость регулируется, и, в отличие от любого другого здесь, VC3000 вычисляет, на какой скорости вы начали торможение, и соответствующим образом корректирует тормозной путь, точно так же, как мы делаем это при тестировании тормозов.

Несколько замечаний в табеле успеваемости VC3000 — это его цена 898 долларов и отсутствие каких-либо объяснений процедуры калибровки в руководстве пользователя. С этим мы разобрались, но так как точность счетчика императивна, то следует пояснить.

Vericom Computers: VC3000
800-533-5547
www.vericomcomputers.com

AARON KILEY, MORGAN J. SEGAL

AX22 — самое дорогое устройство в этом тесте. Тем не менее, это единственная система, которая использует GPS для помощи в своих расчетах, что делает ее более похожей на систему VBOX, чем на любую другую. AX22 использует как акселерометры, так и информацию GPS для шифрования времени ускорения и тормозного пути. С помощью GPS-входа AX22 водитель может определить наилучшую линию на гоночной трассе, используя прилагаемое программное обеспечение, время круга и сравнение измеряемых переменных, таких как скорость или ускорение, от круга к кругу.

Установка AX22 упрощается благодаря большой присоске и фиксирующему устройству, которое обеспечивает надежную установку устройства с первого раза — слюна не требуется.

Точное измерение времени на четверть мили — сильная сторона AX22. С самого начала это было всего на 0,04 секунды медленнее на Pontiac и на 0,02 секунды медленнее на GMC. Мы повозились с питч-фактором, но на результат это никак не повлияло. Однако скорость ловушки всегда была высокой — на 0,3 мили в час у G6 и на 0,4 мили в час у Envoy.

AX22 сохранял точность во время обхода площадки, где его результаты были абсолютно точными для обеих машин. Однако мы получили смешанные результаты при измерении остановок на скорости 60 миль в час. AX22 отставал от Pontiac на пять футов (второе место в тесте), но совершенно верно для Envoy. Мы не можем объяснить эту странную вариацию результатов, и нет специальной калибровки торможения.

Хотя AX22 обеспечивает очень точные данные, в нашем тесте с ним было сложнее всего работать. Требуется некоторое время на изучение, чтобы использовать три кнопки AX22 для успешной навигации по меню. Кроме того, если вы прокрутите результаты в конце теста ускорения, вы не сможете прокрутить снова. Единственный способ получить доступ к числам во второй раз — это загрузить их на компьютер — достаточно просто, поскольку AX22 — единственное устройство, использующее карту памяти CompactFlash, — но даже в этом случае соответствующие данные о времени прохождения четверти мили нелегко извлечь. А результатов торможения вообще не видно, пока информация не загружена. Таким образом, AX22 является наиболее точным, но при этом наименее удобным и самым дорогим. Однако, если для тестирования требуется сменить транспортное средство без времени на калибровку, AX22 вас не подведет.

Race Technology: AX22
44-115-9061111
www.race-technology.com

Этот контент импортирован из OpenWeb. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Как работают акселерометры | Типы акселерометров

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 1 февраля 2022 г.

Хотите знать, как быстро едет ваша машина? Это просто — просто взгляните на спидометр! Скорость
удобное измерение, которое говорит вам, как быстро вы можете получить
из одного места в другое. Максимальная скорость автомобиля, как правило, является хорошим показателем того, насколько мощным
двигатель это
есть, но при условии, что все соблюдают ограничение скорости, максимум
скорости — это просто цифры на бумаге — мало или вообще бесполезные.

Ускорение гораздо интереснее скорости и полезнее, если вам нужно уйти от опасности за рулем: это
насколько быстро что-то может ускориться или замедлиться. Измерение ускорения немного
сложнее, чем измерение скорости, потому что оно включает в себя выяснение того, как
скорость меняется с течением времени. Как вы измеряете
ускорение? Неудивительно, что с устройством под названием
акселерометр . Когда-то вы бы нашли такие гаджеты
только в космических ракетах или реактивных самолетах; теперь они есть практически в каждом
автомобиль, множество портативных компьютеров и всевозможные гаджеты, такие как
iPod, iPhone и Nintendo Wii. Рассмотрим подробнее, что они из себя представляют, что
они делают, и как они работают!

Фото: Сюда наверх! Как ваш мобильный телефон узнает, в какую сторону поворачивать дисплей? Все это делается с помощью акселерометров, спрятанных внутри корпуса.

Содержание

1. Для чего используются акселерометры?
2. Что такое ускорение?
3. Как работают акселерометры?
4. Типы акселерометров
5. Как работает микросхема акселерометра MEMS?
6. Узнать больше

Для чего используются акселерометры?

Фото: Прибор ракетостроения? Акселерометр, разработанный Honeywell в 1980-х годах для использования на космических кораблях. Фото предоставлено Космическим центром Джонсона НАСА (НАСА-АО).

Акселерометры — это материал ракетостроения, в буквальном смысле! Установленный в космическом корабле,
это удобный способ измерить не только изменения скорости ракеты, но и
также апогей (когда корабль находится на максимальном удалении от Земли или
другую массу, так что его ускорение под действием силы тяжести минимально) и ориентацию (поскольку наклон чего-либо меняет способ воздействия на него гравитации и силу, которую оно ощущает). Акселерометры
также широко используется в инерциальная навигация и системы наведения
в таких вещах, как автопилоты самолетов и кораблей.
Еще одно очень распространенное применение на транспорте — автомобильные подушки безопасности: когда акселерометр обнаруживает внезапное изменение скорости автомобиля, сигнализируя о неизбежном столкновении, он запускает электрическую цепь, которая заставляет подушки безопасности раскрываться.

Фото: Набор акселерометров, используемых для тестирования ветряных турбин.
Фото Дэвида Парсонса предоставлено Министерством энергетики США/Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (US DOE/NREL).

Если у вас современный мобильный телефон,
MP3-плеер или портативный
игровая приставка, в нее, вероятно, встроен акселерометр, так что
чувствуется, когда вы наклоняете его из стороны в сторону. Вот как iPhone или iPod
Touch автоматически определяет, когда следует переключить макет экрана с портретного на альбомный.
Многие игры и «приложения», разработанные для таких гаджетов, как iPhone, работают, определяя, насколько интенсивно или быстро
вы перемещаете или трясете корпус, используя крошечные чипы акселерометра внутри.

Вы будете удивлены тем, для чего используются акселерометры.
Знаете ли вы, например, что хай-тек
стиральные машины для одежды
иметь акселерометры, которые могут определить, когда нагрузка не сбалансирована
и выключить электродвигатель, чтобы они не разлетелись на куски?
Или что нагревательные приборы, такие как электронные утюги и тепловентиляторы, имеют внутри акселерометры, которые обнаруживают, когда они падают, и отключают их, чтобы они не вызывали возгорания?
Удивительно, а? Разве ракетостроение не полезно!

Что такое ускорение?

Прежде чем вы сможете понять акселерометры, вам действительно нужно понять
ускорение — так что давайте кратко подведем итоги. Если у вас есть машина, которая
разгоняется с места до скорости (или, строго говоря,
скорость) 100 км/ч за 5 секунд, ускорение равно изменению
скорость или скорость, деленная на время, то есть 100/5 или 20 км/ч за
второй. Другими словами, каждую секунду движения автомобиля добавляется
еще 20 км/ч до его скорости. Если вы сидите в этой машине, вы
можно измерить ускорение с помощью секундомера и автомобиля
спидометр. Просто прочитайте показания спидометра через 5 секунд, разделите
чтение на 5, и вы получите ускорение.

Но что, если вы хотите узнать ускорение момент за моментом, не дожидаясь
определенное время должно пройти? Если вы знаете о законах движения, вы
известно, что гениальный английский ученый Исаак Ньютон определил
ускорение по-другому, связав его с массой и силой. Если
у вас есть определенная сила (скажем, сила в вашей ноге, когда вы бьете по ней
наружу) и применить его к массе (футбольному мячу), вы
ускорьте массу — мяч взлетит в воздух.

Фото: Ускорение возникает, когда вы прикладываете силу к объекту — например, удар ногой по футбольному мячу. Ускорение — это мера того, насколько изменится скорость мяча за определенное время. Менее очевидно, что это также мера того, сколько силы вы прикладываете к каждому килограмму массы, содержащейся в объекте. Фото RJ Stratchko предоставлено
ВМС США и
Викисклад.

Второй закон движения Ньютона связывает силу, массу и ускорение с помощью этого очень простого уравнения:

Сила = масса x ускорение

или…

F = m a

или…

a = F/m

единица массы. Глядя на это уравнение, вы можете понять, почему футбольные мячи работают
как они это делают: чем сильнее вы бьете (чем больше сила) или чем легче мяч (чем меньше масса), тем
большее ускорение вы произведете — и тем быстрее мяч полетит по небу.

Вы также можете видеть, что теперь у нас есть второй способ расчета
ускорение, не связанное с расстоянием, скоростью или временем. Если мы можем
измерить силу, действующую на что-то, а также его массу, мы
можно вычислить его ускорение, просто разделив силу на
масса. Нет необходимости измерять скорость или время вообще!

Как работают акселерометры?

Фото: Электрик запаивает оборванные провода, подключенные к акселерометру в вертолете Seahawk. Фото принца А. Хьюза III предоставлено ВМС США и
Викисклад.

Это уравнение лежит в основе теории акселерометров: они измеряют
ускорение не путем расчета того, как скорость изменяется с течением времени, а путем
измерение силы. Как они это делают?
Вообще говоря, чувствуя, насколько масса давит на что-то, когда
на него действует сила.

Это то, с чем мы все очень хорошо знакомы, когда находимся в машине. Представьте, что вы сидите в
заднее сиденье автомобиля, радостно занимаясь своими делами, а водитель ускоряется
внезапно обгонять медленно движущийся грузовик. Вы чувствуете, что бьетесь в ответ
в сиденье. Почему? Потому что ускорение автомобиля заставляет его двигаться
вперед внезапно. Вы можете подумать, что двигаетесь назад, когда машина
ускоряется вперед, но это иллюзия: на самом деле то, что вы испытываете,
машина пытается тронуться без тебя и твоего сиденья, догоняющего тебя сзади!

Законы движения говорят нам, что ваше тело пытается
продолжать движение с постоянной скоростью, но сиденье постоянно
толкая в вас с силой и вместо этого заставляя вас ускоряться.
чем больше разгоняется автомобиль, тем больше силы вы чувствуете со своего места — и
вы действительно это чувствуете! Ваш мозг и тело работают вместе, чтобы создать
достаточно эффективный акселерометр: чем сильнее ваше тело
опыта, тем большее ускорение ваш мозг регистрирует от
разница между движениями вашего тела и автомобиля. (И это
получает полезные подсказки от других ощущений, в том числе от скорости
какие движущиеся объекты проходят мимо окна, изменение звука
двигатель автомобиля, шум проносящегося мимо воздуха и т. д.) Момент за
В этот момент вы чувствуете изменения в ускорении из-за изменений в ощущениях.
на вашем теле, а не путем подсчета того, как далеко вы путешествовали и как
долго это заняло.

И акселерометры работают примерно так же.

Типы акселерометров

Существует множество различных типов акселерометров. Механические немного похожи
уменьшенные версии пассажиров, сидящих в машинах, сдвигаются назад и
по мере действия на них сил. У них есть что-то вроде массы, прикрепленной к пружине.
подвешен внутри внешнего кожуха. Когда они ускоряются, корпус
трогается сразу, но масса отстает и пружина
растягивается с силой, соответствующей ускорению.
расстояние, на которое растягивается пружина (которое пропорционально
сила растяжения) можно использовать для измерения силы и
ускорение различными способами. Сейсмометры (используются для
измерения землетрясений) работают примерно таким образом, используя перья на тяжелых
массы, прикрепленные к пружинам, для регистрации силы землетрясения. Когда
землетрясение, сотрясает корпус сейсмометра, но перо
(прикрепленный к массе) требует больше времени для перемещения, поэтому он оставляет отрывистый след
на бумажной схеме.

Иллюстрация: Основная концепция механического акселерометра: когда серая коробка акселерометра перемещается из стороны в сторону, масса (красная капля) ненадолго остается позади. Но пружина, соединяющая его с коробкой (красный зигзаг), вскоре возвращает его на место и при движении оставляет на бумаге след (синяя линия).

Альтернативные конструкции акселерометров измеряют силу не путем нанесения пера на бумагу, а
генерируя электрические или магнитные
сигналы. В пьезорезистивных акселерометрах масса присоединена к потенциометру (переменный резистор), немного похожему на регулятор громкости, который поворачивает
электрический ток вверх или вниз в зависимости от размера силы
воздействуя на него. Конденсаторы также можно использовать в акселерометрах для измерения силы аналогичным образом: если движущийся
масса изменяет расстояние между двумя металлическими пластинами, измерение изменения их емкости дает измерение действующей силы.

Изображение: Общая концепция емкостного акселерометра: по мере того, как серая коробка акселерометра перемещается вправо, красная масса остается позади и прижимает синие металлические пластины ближе друг к другу, изменяя их емкость измеримым образом.

В некоторых акселерометрах умную работу выполняют пьезоэлектрические кристаллы, такие как кварц. У вас есть кристалл, прикрепленный к массе, поэтому, когда акселерометр движется, масса сжимает кристалл и генерирует крошечное электрическое напряжение.

Рисунок: Основная концепция пьезоэлектрического акселерометра: когда серая коробка акселерометра движется вправо, масса сжимает синий пьезоэлектрический кристалл (на этом рисунке он сильно преувеличен), который генерирует напряжение. Чем больше ускорение, тем больше сила и тем больше протекающий ток (синие стрелки).

В акселерометрах на эффекте Холла сила и ускорение измеряются путем обнаружения крошечных изменений в магнитном поле.

Узнайте больше

На этом сайте

• Подушки безопасности
• Тормоза
• Инструменты, приборы и средства измерения
• Законы движения

Книги

Книги по проектам

• Марка: Датчики: практическое руководство по мониторингу реального мира с помощью Arduino и Raspberry Pi Теро Карвинен, Киммо Карвинен и Вилле Валтокари. Maker Media, 2014. Опираясь на книгу выше, вы узнаете немного больше об акселерометрах в этом заголовке, особенно в «Главе 8: Ускорение и угловой момент».
• Марка: боты и гаджеты Arduino от Киммо и Теро Карвинен. O’Reilly, 2011. Один из шести представленных проектов — робот, играющий в футбол, управляемый акселерометром мобильного телефона.
• 125 проектов по физике для злого гения Джерри Сильвера. McGraw Hill Professional, 2009. Разнообразные домашние эксперименты по физике, в том числе ряд хитрых способов проверить силу и ускорение. Здесь много интересных идей, как сделать основные законы физики менее абстрактными и сухими.

Справочники

• Акселерометры MEMS Махмуд Расрас, Ибрагим (Абе) М. Эльфадель, Ха Дуонг Нго. MDPI, 2019. Практическое руководство по выбору и использованию датчиков.
• Справочник по современным датчикам: физика, конструкция и применение Джейкоба Фредена. Springer, 2016. Обширный технический справочник по всем видам датчиков, включая акселерометры (которые подробно рассматриваются в главе 9 «Скорость и ускорение»).
• Справочник по сенсорным технологиям Джона С. Уилсона. Newnes, 2005. Практическое руководство по выбору и использованию датчиков.

Статьи

• Создание текста из воздуха Мишель Хэмпсон. IEEE Spectrum, 22 декабря 2021 г. Как акселерометры и другие датчики смартфонов могут обнаруживать, что вы пишете в воздухе по движениям запястья.
• Как добавление акселерометров к ключам помешает угонщикам, Tekla S. Perry. IEEE Spectrum, 8 ноября 2017 г. Акселерометры могут сделать автомобильные ключи более безопасными, отключая их связь, когда они неактивны.
• Акселерометры смартфонов можно обмануть звуковыми волнами Эми Нордрам. IEEE Spectrum, 17 марта 2017 г. Звуковые волны, создающие давление и силу, могут обманывать акселерометры MEMS, заставляя их давать ложные показания.
• Носимая техника может помочь отслеживать насилие с применением огнестрельного оружия, Ян Чант. IEEE Spectrum, 9 сентября 2014 г. Как акселерометры могут помочь определить, когда преступники, освобожденные условно-досрочно или условно, пытаются стрелять из оружия.
• Что видит и не видит ваш трекер активности, Альберт Сан и Аластер Дант. The New York Times, 11 марта 2014 г. Небольшое введение в трекеры активности на основе акселерометров. Что они измеряют и что пропускают?
• Велосипедная куртка получает награду за дизайн: BBC Newsbeat, 10 апреля 2008 г. В этой статье рассказывается об инновационной велосипедной куртке со встроенными акселерометрами, которые приводят в действие светодиодные стоп-сигналы.

Видео

• Как смартфон отличит верх от низа: Engineer Guy, 22 мая 2012 г. Простое объяснение акселерометров iPhone от Bill Hammack, Engineer Guy. Билл объясняет, что такое чипы акселерометра и как их химическим способом вытравливают из кремния.
• Прогноз землетрясений с использованием акселерометров в ноутбуках: BBC News, 12 апреля 2010 г. Короткое видео, описывающее, как сеть добровольцев использует акселерометры в ноутбуках для мониторинга землетрясений.
• Практическое руководство, вторник: Arduino 101 Accelerometers: Make Magazine, 7 апреля 2008 г. В этом более длинном и сложном 7,5-минутном видеоролике показано, как выглядит типичный чип акселерометра (Memsic), и показано, насколько легко его использовать с Плата электроники Ардуино.

Занятия

• [PDF] Акселерометры. Создайте свой собственный детектор микрогравитации с помощью этого пошагового руководства для учителей от НАСА.
• Изучаем ускорение с помощью Android: короткое задание для 11-го класса (9–12 лет), в котором рассказывается, как измерить ускорение с помощью телефона.
• Exploring Acceleration with the Science Journal App Эми Коуэн, Science Buddies, 9 июля 2018 г. Хорошее введение в измерение направленного ускорения с помощью смартфона.
• Измерьте высоту здания с помощью… акселерометра?: Wired, 27 июня 2017 г. Можете ли вы действительно определить высоту здания с помощью смартфона и лифта?
• Где находится акселерометр в iPhone? Ретт Аллен. Wired, 22 октября 2013 г. Используя науку, чтобы выяснить, где находится ваш чип акселерометра!

Патенты

Более подробную техническую информацию см. в следующих патентах на акселерометры:

• Патент США: № 5,243,861: Полупроводниковый акселерометр емкостного типа, автор Benjamin Kloeck et al, Hitachi Ltd. Выдан 14 сентября 1993. Современный акселерометр на основе чипа, который измеряет ускорение за счет изменений емкости, вызванных движущейся консольной балкой. Это гораздо более подробное описание типа чипа акселерометра, описанного и проиллюстрированного в рамке вверху, охватывающего как его работу, так и то, как он сделан.
• Патент США: № 4,378,510: Миниатюрный акселерометр с пьезоэлектрическим полевым транзистором Чарльза Э. Беннета, Motorola Inc. Выдан 29 марта 1983 г. Описывает миниатюрный пьезоэлектрический акселерометр на основе полевого транзистора.
• Патент США: № 982,336: Измерительный прибор Рэймонда Т. Пирса, Westinghouse. Выпущен 1 ноября 1921 года. Частично механический, частично электрический акселерометр с механизмом, который работает аналогично центробежному регулятору.
• Патент США: № 1,096,942: Индикатор ускорения Роберта Оуэнса, General Electric.