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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 螺紋剪切式汽車碰撞吸能裝置及其電子控制研究
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 螺紋剪切吸能裝置采用以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，通過接收傳感器獲取的輪速信號(hào)，計(jì)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(shí)現(xiàn)吸能能力的自動(dòng)控制，使對(duì)車內(nèi)乘員的安全保護(hù)水平始終最優(yōu)。
- 詳細(xì)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(jī)帶動(dòng)沖擊桿進(jìn)行周向旋轉(zhuǎn)，使沖擊桿產(chǎn)生軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)伸縮功能，伸出距離長(zhǎng)，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(shí)，沖擊桿縮短或完全縮回；當(dāng)車速較快時(shí)，沖擊桿伸長(zhǎng)，以增加沖擊行程，提高吸能能力，從而實(shí)現(xiàn)吸能能力的自動(dòng)適應(yīng)。 當(dāng)發(fā)生碰撞事故時(shí)，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(hù)水平始終最優(yōu)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的:1、汽車高速碰撞時(shí),會(huì)把強(qiáng)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(shí)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(shí), 電子控制裝置接收傳感器獲取輪速信號(hào)，計(jì)算碰撞能量大小，來(lái)控制吸能機(jī)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(lái)達(dá)到更好保護(hù)乘員的目的。 2、用速度傳感器檢測(cè)車速，由于汽車動(dòng)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(dòng)能相同，從而保護(hù)乘員的生命安全。 基本思路：在正常工作狀態(tài)下，電機(jī)帶動(dòng)沖擊桿進(jìn)行周向旋轉(zhuǎn)，使沖擊桿產(chǎn)生軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)伸縮功能，根據(jù)速度的大小調(diào)整螺桿的伸長(zhǎng)量，實(shí)現(xiàn)吸能能力的自動(dòng)適應(yīng)。 發(fā)生碰撞事故時(shí)，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(diǎn)：提出了一種新型的吸能方式，即利用螺紋的剪切來(lái)吸收巨大的碰撞能量，使對(duì)車內(nèi)乘員的安全保護(hù)水平始終最優(yōu)。 技術(shù)關(guān)鍵：采用以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，通過接收傳感器獲取輪速信號(hào)，計(jì)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(duì)車內(nèi)乘員安全保護(hù)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(dá)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(hù)乘員。
科學(xué)性、先進(jìn)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(jī)理不同的吸能裝置。其特點(diǎn)是：在整個(gè)碰撞中，以連續(xù)的過程平穩(wěn)的碰撞進(jìn)行能量的傳遞、交換、消耗和吸收，由于螺紋的連續(xù)性特點(diǎn)，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(dòng)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(guó)際上通用的碰撞仿真軟件VPG和LSDYNA中建立有限元模型并進(jìn)行計(jì)算，對(duì)結(jié)果進(jìn)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(lái)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(jī)理而吸能能量不可調(diào)的缺點(diǎn)。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(diǎn)，它應(yīng)用螺紋剪切破壞機(jī)理來(lái)吸能、應(yīng)用螺旋傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性來(lái)借用車外空間并根據(jù)車速自動(dòng)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(jiǎng)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(píng)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(zhǎng)沙波隆機(jī)械制造有限公司，轉(zhuǎn)讓金額人民幣40萬(wàn)。
作品可展示的形式
- 實(shí)物產(chǎn)品，模型，現(xiàn)場(chǎng)演示，圖片，錄像，樣品。
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 螺紋剪切吸能裝置是利用沖剪金屬的原理開發(fā)出來(lái)的新的汽車碰撞吸能元件，是汽車安全技術(shù)實(shí)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(jī)理而吸能能量不可調(diào)的缺點(diǎn)。螺紋剪切式汽車碰撞吸能裝置具有自適應(yīng)吸能的特點(diǎn)，它應(yīng)用螺紋剪切破壞機(jī)理來(lái)吸能、應(yīng)用螺旋傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性來(lái)借用車外空間并根據(jù)車速自動(dòng)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(jī)理不同的吸能裝置。其特點(diǎn)是：在整個(gè)碰撞中，以連續(xù)的過程平穩(wěn)的碰撞進(jìn)行能量的傳遞、交換、消耗和吸收，由于螺紋的連續(xù)性特點(diǎn)，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(dòng)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(guó)際上通用的碰撞仿真軟件VPG和LSDYNA中建立有限元模型并進(jìn)行計(jì)算，對(duì)結(jié)果進(jìn)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(hù)汽車碰撞過程中乘員生命安全的防護(hù)措施如方形碰撞吸能梁、安全氣囊、安全帶、防撞減震保險(xiǎn)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(hù)乘員生命安全，又能最大限度保護(hù)汽車本身，并使汽車本身具有超強(qiáng)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(guó)內(nèi)外同類課題研究概況：Kitagawa等人利用波紋來(lái)控制邊梁的變形模式，設(shè)計(jì)了三種波紋形式，優(yōu)化設(shè)計(jì)出能量吸收最優(yōu)的排布方式。Hag等人進(jìn)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(jìn)了的Hopkinson桿試驗(yàn)裝置模擬真實(shí)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(jìn)了橫梁的緩撞性能。 清華大學(xué)桂良進(jìn)等對(duì)泡沫填充圓管的動(dòng)態(tài)軸向壓縮吸能特性進(jìn)行了研究；合肥工業(yè)大學(xué)錢立軍等人通過實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了波紋管碰撞性能的試驗(yàn)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(duì)泡沫材料的吸能性能進(jìn)行評(píng)估。 合肥工業(yè)大學(xué)張學(xué)斌等人對(duì)泡沫鋁的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試和分析。 三菱公司采用碳塑纖維強(qiáng)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(shí)現(xiàn)了車身輕量化，而且能有效地吸收沖擊能量，同時(shí)在發(fā)生碰撞時(shí)可提供足夠的生存空間。 國(guó)外研制的充氣保險(xiǎn)杠系統(tǒng)裝置于汽車的前部，展開時(shí)總厚度可達(dá)0.84m，試驗(yàn)表明這種保險(xiǎn)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(dòng)車車身。 目前，汽車碰撞吸能結(jié)構(gòu)機(jī)理和汽車安全電子控制系統(tǒng)的國(guó)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(guó)內(nèi)吸能機(jī)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(jī)理；汽車安全電子控制系統(tǒng)日新月異，ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、EBD電子制動(dòng)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。
