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基本信息
- 項目名稱：
- 螺紋剪切式汽車碰撞吸能裝置及其電子控制研究
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 螺紋剪切吸能裝置采用以單片機為核心的控制系統(tǒng)，通過接收傳感器獲取的輪速信號，計算碰撞能量大小，據(jù)此調(diào)整吸能裝置的吸能能力，保證吸能裝置可以在不同速度下具有相應(yīng)的吸能能力，即實現(xiàn)吸能能力的自動控制，使對車內(nèi)乘員的安全保護水平始終最優(yōu)。
- 詳細介紹：
- 正常工作狀態(tài)的不同車速下，螺紋剪切吸能裝置中電機帶動沖擊桿進行周向旋轉(zhuǎn)，使沖擊桿產(chǎn)生軸向移動，實現(xiàn)伸縮功能，伸出距離長，可吸收的碰撞能量多，伸出距離少，可吸收的碰撞能量少，當(dāng)車速較慢或停車時，沖擊桿縮短或完全縮回；當(dāng)車速較快時，沖擊桿伸長，以增加沖擊行程，提高吸能能力，從而實現(xiàn)吸能能力的自動適應(yīng)。 當(dāng)發(fā)生碰撞事故時，碰撞力通過沖擊桿與沖擊套的螺旋副，傳遞給固定銷并以較小的沖擊力剪斷固定銷，沖擊套的端面迅速貼向并開始剪切螺紋套管的內(nèi)螺紋，直至將沖擊能量全部消耗掉。從而使乘員的安全保護水平始終最優(yōu)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計、發(fā)明的目的:1、汽車高速碰撞時,會把強大的沖擊力直接傳遞到乘員身上,乘員將受到嚴(yán)重傷害.為防止汽車碰撞時車身發(fā)生很大變形而傷害乘員,將螺紋剪切式汽車碰撞吸能裝置安裝在吸能區(qū)很大的縱梁上,發(fā)生碰撞時, 電子控制裝置接收傳感器獲取輪速信號，計算碰撞能量大小，來控制吸能機構(gòu)的吸能能力。吸能裝置可在不同速度下具有相應(yīng)吸能能力，來達到更好保護乘員的目的。 2、用速度傳感器檢測車速，由于汽車動能與車速平方成正比，螺紋導(dǎo)桿的伸縮量與車速平方成正比，能保證吸能能力與汽車動能相同，從而保護乘員的生命安全。 基本思路：在正常工作狀態(tài)下，電機帶動沖擊桿進行周向旋轉(zhuǎn)，使沖擊桿產(chǎn)生軸向移動，實現(xiàn)伸縮功能，根據(jù)速度的大小調(diào)整螺桿的伸長量，實現(xiàn)吸能能力的自動適應(yīng)。 發(fā)生碰撞事故時，碰撞力通過沖擊桿與沖擊套的螺旋副，傳遞給固定銷并以較小的沖擊力剪斷固定銷，沖擊套的端面迅速貼向并開始剪切螺紋套管的內(nèi)螺紋，直至將沖擊能量全部消耗掉。 創(chuàng)新點：提出了一種新型的吸能方式，即利用螺紋的剪切來吸收巨大的碰撞能量，使對車內(nèi)乘員的安全保護水平始終最優(yōu)。 技術(shù)關(guān)鍵：采用以單片機為核心的控制系統(tǒng)，通過接收傳感器獲取輪速信號，計算碰撞能量大小，據(jù)此調(diào)整吸能裝置的吸能能力，保證吸能裝置可以在不同速度下具有相應(yīng)的吸能能力，對車內(nèi)乘員安全保護水平始終最優(yōu)。 主要技術(shù)指標(biāo)： （1）能量吸收平穩(wěn)且守恒； （2）加速度變化平穩(wěn)且能夠達到吸能效果，滿足汽車碰撞法規(guī)要求； （3）速度變化平穩(wěn)，很好的保護乘員。
科學(xué)性、先進性
- 螺紋剪切吸收裝置是一種全新的、完全與傳統(tǒng)碰撞吸能機理不同的吸能裝置。其特點是：在整個碰撞中，以連續(xù)的過程平穩(wěn)的碰撞進行能量的傳遞、交換、消耗和吸收，由于螺紋的連續(xù)性特點，使得碰撞的過程十分平穩(wěn)且連續(xù)，從而由于碰撞造成的波動很小，降低了乘員在碰撞過程中由于碰撞過程不平穩(wěn)造成的損傷。通過在國際上通用的碰撞仿真軟件VPG和LSDYNA中建立有限元模型并進行計算，對結(jié)果進行分析，通過有限元仿真分析，利用與金屬板材飛剪的相似性，論證了其可行性。 螺紋剪切吸能裝置是利用沖剪金屬的原理開發(fā)出來的新的汽車碰撞吸能元件，打破了以往汽車?yán)脡簼⑹轿軝C理而吸能能量不可調(diào)的缺點。在已有專利技術(shù)中，螺紋剪切式汽車碰撞吸能裝置具有自適應(yīng)吸能的特點，它應(yīng)用螺紋剪切破壞機理來吸能、應(yīng)用螺旋傳動的運動特性來借用車外空間并根據(jù)車速自動調(diào)整吸能能力，為徹底解決三大指標(biāo)之間的矛盾奠定了新的技術(shù)基礎(chǔ)。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 作品還在完善階段，目前還沒通過專家的評審。
作品所處階段
- 目前螺紋剪切吸能裝置已成功安裝在眾泰2008汽車的縱梁處，已調(diào)試好電子控制系統(tǒng)，可投入使用。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 此新型汽車碰撞吸能裝置已轉(zhuǎn)讓給長沙波隆機械制造有限公司，轉(zhuǎn)讓金額人民幣40萬。
作品可展示的形式
- 實物產(chǎn)品，模型，現(xiàn)場演示，圖片，錄像，樣品。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 螺紋剪切吸能裝置是利用沖剪金屬的原理開發(fā)出來的新的汽車碰撞吸能元件，是汽車安全技術(shù)實現(xiàn)第三次飛躍的理論基礎(chǔ)，打破了以往汽車?yán)脡簼⑹轿軝C理而吸能能量不可調(diào)的缺點。螺紋剪切式汽車碰撞吸能裝置具有自適應(yīng)吸能的特點，它應(yīng)用螺紋剪切破壞機理來吸能、應(yīng)用螺旋傳動的運動特性來借用車外空間并根據(jù)車速自動調(diào)整吸能能力，為徹底解決三大指標(biāo)之間的矛盾奠定了新的技術(shù)基礎(chǔ)。 本文研究的能量吸收裝置是一種全新的、完全與傳統(tǒng)碰撞吸能機理不同的吸能裝置。其特點是：在整個碰撞中，以連續(xù)的過程平穩(wěn)的碰撞進行能量的傳遞、交換、消耗和吸收，由于螺紋的連續(xù)性特點，使得碰撞的過程十分平穩(wěn)且連續(xù)，從而由于碰撞造成的波動很小，降低了乘員在碰撞過程中由于碰撞過程不平穩(wěn)造成的損傷。通過在國際上通用的碰撞仿真軟件VPG和LSDYNA中建立有限元模型并進行計算，對結(jié)果進行分析，通過有限元仿真分析，利用與金屬板材飛剪的相似性，論證了其可行性。
同類課題研究水平概述
- 目前，用于保護汽車碰撞過程中乘員生命安全的防護措施如方形碰撞吸能梁、安全氣囊、安全帶、防撞減震保險杠、ABS防抱死系統(tǒng)、側(cè)防撞橫梁、側(cè)氣囊等已趨成熟，但既能保護乘員生命安全，又能最大限度保護汽車本身，并使汽車本身具有超強再生能力的安全技術(shù)仍在研究之中，本創(chuàng)新裝置正是這一研究領(lǐng)域的最新成果。 國內(nèi)外同類課題研究概況：Kitagawa等人利用波紋來控制邊梁的變形模式，設(shè)計了三種波紋形式，優(yōu)化設(shè)計出能量吸收最優(yōu)的排布方式。Hag等人進行了Carbon-Kevlar-Agamid混雜復(fù)合材料薄壁梁的碰撞仿真研究。 Outrushing利用非線性有限元研究了金屬薄壁方管的碰撞性能。Albertan等人利用改進了的Hopkinson桿試驗裝置模擬真實汽車碰撞，研究了短結(jié)構(gòu)薄壁吸能結(jié)構(gòu)的沖擊特性。 劉瑞同研究了復(fù)合材料板、肋、筋典型組合的截面為“+”、“T”、“L”等構(gòu)型的結(jié)構(gòu)及碳纖維波紋板的軸（縱）向吸能性能。 付銳等人用筒系吸能結(jié)構(gòu)改進了橫梁的緩撞性能。 清華大學(xué)桂良進等對泡沫填充圓管的動態(tài)軸向壓縮吸能特性進行了研究；合肥工業(yè)大學(xué)錢立軍等人通過實驗和數(shù)值模擬開展了具有誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)的汽車薄壁桿件的耐撞性研究；江蘇理工大學(xué)王曉等人進行了波紋管碰撞性能的試驗研究。 J. Milts 等提出吸能效率曲線和理想吸能效率曲線可以對泡沫材料的吸能性能進行評估。 合肥工業(yè)大學(xué)張學(xué)斌等人對泡沫鋁的動態(tài)力學(xué)性能進行了測試和分析。 三菱公司采用碳塑纖維強化塑料(CFRP)與鋼混合的車架大梁，該大梁結(jié)構(gòu)中有泡沫填充物和其它新材料，這不僅實現(xiàn)了車身輕量化，而且能有效地吸收沖擊能量，同時在發(fā)生碰撞時可提供足夠的生存空間。 國外研制的充氣保險杠系統(tǒng)裝置于汽車的前部，展開時總厚度可達0.84m，試驗表明這種保險杠可吸收約19%碰撞能量，使汽車前部和乘客受到的傷害明顯降低;大宇公司還開發(fā)了全鋁安全電動車車身。 目前，汽車碰撞吸能結(jié)構(gòu)機理和汽車安全電子控制系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀如下：吸能結(jié)構(gòu)正朝著輕質(zhì)復(fù)合材料的方向發(fā)展，且國內(nèi)吸能機理多為薄壁構(gòu)件受壓后由局部屈曲與彈塑性變形構(gòu)成的壓潰式吸能機理；汽車安全電子控制系統(tǒng)日新月異，ABS防抱死制動系統(tǒng)、EBD電子制動力分配系統(tǒng)、ESP電子穩(wěn)定裝置、TCS牽引力控制系統(tǒng)、EBA電控輔助制煞車系統(tǒng)、預(yù)縮式安全帶、安全氣囊等被逐步應(yīng)用在汽車中。
