基本信息
- 项目名称：
- 螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置及其电子控制研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 螺纹剪切吸能装置采用以单片机为核心的控制系统，通过接收传感器获取的轮速信号，计算碰撞能量大小，据此调整吸能装置的吸能能力，保证吸能装置可以在不同速度下具有相应的吸能能力，即实现吸能能力的自动控制，使对车内乘员的安全保护水平始终最优。
- 详细介绍：
- 正常工作状态的不同车速下，螺纹剪切吸能装置中电机带动冲击杆进行周向旋转，使冲击杆产生轴向移动，实现伸缩功能，伸出距离长，可吸收的碰撞能量多，伸出距离少，可吸收的碰撞能量少，当车速较慢或停车时，冲击杆缩短或完全缩回；当车速较快时，冲击杆伸长，以增加冲击行程，提高吸能能力，从而实现吸能能力的自动适应。 当发生碰撞事故时，碰撞力通过冲击杆与冲击套的螺旋副，传递给固定销并以较小的冲击力剪断固定销，冲击套的端面迅速贴向并开始剪切螺纹套管的内螺纹，直至将冲击能量全部消耗掉。从而使乘员的安全保护水平始终最优。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的:1、汽车高速碰撞时,会把强大的冲击力直接传递到乘员身上,乘员将受到严重伤害.为防止汽车碰撞时车身发生很大变形而伤害乘员,将螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置安装在吸能区很大的纵梁上,发生碰撞时, 电子控制装置接收传感器获取轮速信号，计算碰撞能量大小，来控制吸能机构的吸能能力。吸能装置可在不同速度下具有相应吸能能力，来达到更好保护乘员的目的。 2、用速度传感器检测车速，由于汽车动能与车速平方成正比，螺纹导杆的伸缩量与车速平方成正比，能保证吸能能力与汽车动能相同，从而保护乘员的生命安全。 基本思路：在正常工作状态下，电机带动冲击杆进行周向旋转，使冲击杆产生轴向移动，实现伸缩功能，根据速度的大小调整螺杆的伸长量，实现吸能能力的自动适应。 发生碰撞事故时，碰撞力通过冲击杆与冲击套的螺旋副，传递给固定销并以较小的冲击力剪断固定销，冲击套的端面迅速贴向并开始剪切螺纹套管的内螺纹，直至将冲击能量全部消耗掉。 创新点：提出了一种新型的吸能方式，即利用螺纹的剪切来吸收巨大的碰撞能量，使对车内乘员的安全保护水平始终最优。 技术关键：采用以单片机为核心的控制系统，通过接收传感器获取轮速信号，计算碰撞能量大小，据此调整吸能装置的吸能能力，保证吸能装置可以在不同速度下具有相应的吸能能力，对车内乘员安全保护水平始终最优。 主要技术指标： （1）能量吸收平稳且守恒； （2）加速度变化平稳且能够达到吸能效果，满足汽车碰撞法规要求； （3）速度变化平稳，很好的保护乘员。
科学性、先进性
- 螺纹剪切吸收装置是一种全新的、完全与传统碰撞吸能机理不同的吸能装置。其特点是：在整个碰撞中，以连续的过程平稳的碰撞进行能量的传递、交换、消耗和吸收，由于螺纹的连续性特点，使得碰撞的过程十分平稳且连续，从而由于碰撞造成的波动很小，降低了乘员在碰撞过程中由于碰撞过程不平稳造成的损伤。通过在国际上通用的碰撞仿真软件VPG和LSDYNA中建立有限元模型并进行计算，对结果进行分析，通过有限元仿真分析，利用与金属板材飞剪的相似性，论证了其可行性。 螺纹剪切吸能装置是利用冲剪金属的原理开发出来的新的汽车碰撞吸能元件，打破了以往汽车利用压溃式吸能机理而吸能能量不可调的缺点。在已有专利技术中，螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置具有自适应吸能的特点，它应用螺纹剪切破坏机理来吸能、应用螺旋传动的运动特性来借用车外空间并根据车速自动调整吸能能力，为彻底解决三大指标之间的矛盾奠定了新的技术基础。
获奖情况及鉴定结果
- 作品还在完善阶段，目前还没通过专家的评审。
作品所处阶段
- 目前螺纹剪切吸能装置已成功安装在众泰2008汽车的纵梁处，已调试好电子控制系统，可投入使用。
技术转让方式
- 此新型汽车碰撞吸能装置已转让给长沙波隆机械制造有限公司，转让金额人民币40万。
作品可展示的形式
- 实物产品，模型，现场演示，图片，录像，样品。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 螺纹剪切吸能装置是利用冲剪金属的原理开发出来的新的汽车碰撞吸能元件，是汽车安全技术实现第三次飞跃的理论基础，打破了以往汽车利用压溃式吸能机理而吸能能量不可调的缺点。螺纹剪切式汽车碰撞吸能装置具有自适应吸能的特点，它应用螺纹剪切破坏机理来吸能、应用螺旋传动的运动特性来借用车外空间并根据车速自动调整吸能能力，为彻底解决三大指标之间的矛盾奠定了新的技术基础。 本文研究的能量吸收装置是一种全新的、完全与传统碰撞吸能机理不同的吸能装置。其特点是：在整个碰撞中，以连续的过程平稳的碰撞进行能量的传递、交换、消耗和吸收，由于螺纹的连续性特点，使得碰撞的过程十分平稳且连续，从而由于碰撞造成的波动很小，降低了乘员在碰撞过程中由于碰撞过程不平稳造成的损伤。通过在国际上通用的碰撞仿真软件VPG和LSDYNA中建立有限元模型并进行计算，对结果进行分析，通过有限元仿真分析，利用与金属板材飞剪的相似性，论证了其可行性。
同类课题研究水平概述
- 目前，用于保护汽车碰撞过程中乘员生命安全的防护措施如方形碰撞吸能梁、安全气囊、安全带、防撞减震保险杠、ABS防抱死系统、侧防撞横梁、侧气囊等已趋成熟，但既能保护乘员生命安全，又能最大限度保护汽车本身，并使汽车本身具有超强再生能力的安全技术仍在研究之中，本创新装置正是这一研究领域的最新成果。 国内外同类课题研究概况：Kitagawa等人利用波纹来控制边梁的变形模式，设计了三种波纹形式，优化设计出能量吸收最优的排布方式。Hag等人进行了Carbon-Kevlar-Agamid混杂复合材料薄壁梁的碰撞仿真研究。 Outrushing利用非线性有限元研究了金属薄壁方管的碰撞性能。Albertan等人利用改进了的Hopkinson杆试验装置模拟真实汽车碰撞，研究了短结构薄壁吸能结构的冲击特性。 刘瑞同研究了复合材料板、肋、筋典型组合的截面为“+”、“T”、“L”等构型的结构及碳纤维波纹板的轴（纵）向吸能性能。 付锐等人用筒系吸能结构改进了横梁的缓撞性能。 清华大学桂良进等对泡沫填充圆管的动态轴向压缩吸能特性进行了研究；合肥工业大学钱立军等人通过实验和数值模拟开展了具有诱导结构的汽车薄壁杆件的耐撞性研究；江苏理工大学王晓等人进行了波纹管碰撞性能的试验研究。 J. Milts 等提出吸能效率曲线和理想吸能效率曲线可以对泡沫材料的吸能性能进行评估。 合肥工业大学张学斌等人对泡沫铝的动态力学性能进行了测试和分析。 三菱公司采用碳塑纤维强化塑料(CFRP)与钢混合的车架大梁，该大梁结构中有泡沫填充物和其它新材料，这不仅实现了车身轻量化，而且能有效地吸收冲击能量，同时在发生碰撞时可提供足够的生存空间。 国外研制的充气保险杠系统装置于汽车的前部，展开时总厚度可达0.84m，试验表明这种保险杠可吸收约19%碰撞能量，使汽车前部和乘客受到的伤害明显降低;大宇公司还开发了全铝安全电动车车身。 目前，汽车碰撞吸能结构机理和汽车安全电子控制系统的国内外研究现状如下：吸能结构正朝着轻质复合材料的方向发展，且国内吸能机理多为薄壁构件受压后由局部屈曲与弹塑性变形构成的压溃式吸能机理；汽车安全电子控制系统日新月异，ABS防抱死制动系统、EBD电子制动力分配系统、ESP电子稳定装置、TCS牵引力控制系统、EBA电控辅助制煞车系统、预缩式安全带、安全气囊等被逐步应用在汽车中。
