电磁组 湖北汽车工业学院-电磁二队-技术报告(5)

3.2 电磁感应线圈在磁场中的特性

为了讨论方便，我们作以下约定：

(1)小车车体坐标系中，定义小车前进的方向为Y轴正向，顺着Y轴的右手边为X轴的正向，Z轴指向小车正上方，如图3.2.1所示；

(2)水平线圈是指轴线平行于Z轴的电感线圈，垂直线圈是指轴线平行于X轴的线圈，轴线平行于Y轴的线圈所感应到的电动势远小于上述两类线圈，但该类摆放线圈在回环路检测中将可以用到。

(3)BX是指向载流导线右手边的电磁感应强度，BZ是指向载流导向正上方的电磁感应强度。显然，垂直线圈感应的是BX变化率，水平线圈感应的是BZ的变化率。

图3.2.1 假定车体坐标系

直道附近的磁场分布，可以近似为无限长的直导线上的磁场分布，容易算得距离长直导线距离为r的点的磁感应强度如（公式2）：

B??0I2?r （公式2）

进而可以推出：

BX??0Ih?22?x?h2 （公式3）

BZ??0Ix?22?x?h2 （公式4）

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其中h是电感线圈距离地面的垂直距离。为了讨论的方便，记

'BX?hx2?h2 （公式5） xx2?h2 （公式6）

'BZ?则从（公式3）、（公式4）、（公式5）、（公式6）可以得出B'X、B'Z分别和BX、BZ有相同的变化趋势。图3.2.2和图3.2.3显示了当分别取h为5、8、10时B'X和B'Z的变化趋势。由图可知：

(1)B'X是x的偶函数，在Y轴两侧单调；B'Z是x的奇函数，在Y轴两侧没有单调关系；

(2)在相同的高度下，B'X幅值是B'Z的两倍，但是在x=20的时候，B'X只有B'Z的一半左右了，因此B'X的衰减较B'Z快很多。综上可推知，水平线圈比较适合做x的正负判别，垂直线圈比较适合用来解算x的具体数值，B'Z较B'X衰减慢得多，说明水平线圈对远处道路状况相对比较敏感，可以用来预测前方的弯道。

图 3.2.2 B'X的曲线图

图 3.2.3 B'Z的曲线图

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3.3 传感器布局

根据电感的摆放方向不同，采集的信息也不同。一般可规范为4类方向： 以跑道所在的平面为水平面，车前进的方向为x方向，在水平面上与x垂直的为y方向，垂直于水平面的为z方向

1、 水平摆放，如图所示：

图 3.3.1 传感器摆放图1

这是最简单的摆放方式，但却拥有了其它摆放方式所没有的稳定性，具有单调性，对于稳定求快的队伍采用水平摆放是比较好的选择

如官方文档所示:

图 3.3.2 磁场坐标图

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图 3.3.3 B'Z的曲线图

实际使用过程中，当水平两个电感之间的距离越远，得到的赛道信息也越丰富，一般都采用接近小车限定的宽带，如24CM左右。一般水平摆放的电感离跑道距离在12CM左右线性比较好。

该摆放的优点是稳定性好，不管是十字交叉弯还是上下坡道都可以顺利完成，谐振电压还算比较大。缺点是只能检测到电感垂直下去所在的线上，没有提前预判的作用。

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向前摆放，如图所示

图 3.3.4 传感器摆放图2

向前摆放的电感一般会有5~10或者更大的前瞻，谐振回来的电压较小。缺点是在十字弯不是垂直入或者不是垂直出弯时会在十字交叉弯里面兜圈。

2、 垂直摆放，如图所示

图 3.3.5 传感器摆放图3

垂直摆放的谐振电压算最大，但是往往会在十字交叉弯时忽略了十字弯直接转向另一边，前瞻性虽然比较大，但没有前向摆放的好，还有的缺点是在水平偏离导线是并非呈现线性。

3、 有一定角度的摆放

由于没有多余的时间实践，好处是检测到更丰富的信息。缺点是需要滤掉更多的干扰。

我们小车的传感器实图：

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