电磁式汽车碰撞缓冲装置的设计与分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com电磁式汽车碰撞缓冲装置的设计与分析口韩天学上海思博职业技术学院上海201300摘要：依据能量守恒、电磁感应理论和两磁体“同性相斥，异性相吸”的特性，设计了“电磁式汽车碰撞缓冲装置”。当汽车发生正面碰撞时．行程开关被接通，电磁铁形成与永久磁铁相同极性的磁场，产生“排斥力”阻止联接永久磁铁的活塞运动。以此来消耗和转化汽车碰撞的动能，缓解碰撞带来的破坏。对碰撞力、电磁力等进行了理论分析，提供了相关参数的计算和设计思路。关键词：动能电磁力同性相斥缓冲中图分类号：TH122；U463．65+5文献标识码：B文章编号：1000—4998(2013)10—0045

2、—03随着家庭小汽车的普及和高速公路的发展，小汽车碰撞的事故不断地增加，人车受损的程度也在不断加剧为了保护人身安全，汽车设计师们采用了许多安全技术，如橡胶等弹性材料缓冲装置、气囊储能缓冲装置、液压缓冲装置等。这些介质不同的缓冲装置各有不同的缺点，如：液压或气压式缓冲装置存在密封问题难以解决，要求加工精度高，结构复杂，制造成本高；采用橡胶材料的缓冲器存在橡胶材料容易产生疲劳破坏，出现永久变形和老化等问题。电磁式汽车碰撞缓冲装置(以下简称缓冲器)是依据能量守恒、电磁感应理论，利用两磁体“同性相斥，异性相吸”特性进行综合设计的用于汽车碰撞保护的安1．2电磁缓冲器的缓冲原理全装置。此种装置克服

3、了以上各类缓冲器的缺点，有效图1所示是缓冲器汽车碰撞前的保险杠外伸待碰地提供了汽车碰撞时吸能缓冲保护。状态。当汽车正面碰撞固定物时，保险杠受到碰撞冲击力F的作用，通过连杆推动活塞和永久磁铁迅速向里1电磁汽车碰撞缓冲装置的组成与工作原理滑动，并触动行程开关，接通触点7和8。此时，电路被1．1电磁缓冲器的组成接通，螺旋线圈使铁芯产生磁场。根据线圈内的电流方电磁缓冲器由碰撞移动、固定阻挡、电路控制3个向．设计成铁芯的极性与永久磁铁相对的一端极性相部分构成(见图1)。同(如都是S极)。根据磁场“同性相斥”的特性可知，铁①碰撞移动部分。由连杆、活塞、活塞缸、永久磁芯对永久磁铁产生了排斥力．阻碍活

4、塞继续向里滑动，铁组成，其中连杆一端与汽车保险杠固定连接，另一端而且磁铁与铁芯越靠近其排斥力就越大。排斥力降低与活塞固定连接，活塞的另一端与永久磁铁固定连接，了碰撞时活塞的滑动速度．缓和了碰撞冲击力对汽车活塞缸与固定机架连接．使活塞能够在缸内沿轴线方的破坏和车上人员的伤害。向滑动。1．3电磁缓冲器伸缩控制原理②固定阻挡部分。由铁芯和螺旋线圈组成，其中对应汽车行驶和静止两种不同的缓冲器状态，设铁芯的轴线与碰撞移动部分的活塞轴线相重合，一端置了电路控制装置，使缓冲器在汽车行驶中可以外伸与永久磁铁相对，另一端固定在机架上。以备碰撞，在停车前则回缩以便保持汽车整体的美观③电路控制部分。由行程开

5、关、按键开关K：、双刀和减少停车所占的空间。双掷开关K、直流电源、导线组成。主要用来控制螺旋①保险杠回缩。假设汽车行驶中，缓冲器处于图线圈电路的通、断和电流方向。2所示的外伸状态。当驾驶员准备停车时，可以将双刀开关K推到“回缩”位，这时触点1和5、3和6分别接收稿日期：2013年4月机械制造51卷第590期2013／10学兔兔www.xuetutu.com通．这一操作是为了改变直流电流的方向，此时再按下碰撞加速度也可以减小。因此，缓冲器设计时要选择好常开开关K使线路接通，螺旋线圈得电后将使磁铁产保险杠能够前伸的最大距离5一。缓冲器以100krn／h生与原来极性相反的磁场，与永久磁铁相对

6、一端的极作为汽车最大设计速度，以50g(g=10m／s)作为人体性相反(如磁铁为S极，铁芯为N极)。根据磁场“异性最大安全加速度，则由式(4)可以计算出S=O．77m。相吸”的原理可知，铁芯与永久磁铁产生吸引力，使活由W=FS可知，碰撞力作用的距离越大，所承受的碰塞向铁芯滑动，完成“回缩”。此时断开常开开关K：，电撞力就越小，对车和人更安全。但从实用性看，保险杠路断开．铁芯的磁性消除，但由于有永久磁铁，它与铁前伸太长时，会影响汽车的美观和视觉上的不习惯，更芯之间仍有足够的吸引力，使活塞保持回缩状态并固重要的是．容易在非正面碰撞时因横向分力过大造成定。避免自动滑出。活塞“卡死”而不能正常

7、移动，失去缓冲作用。通过试②保险杠外伸。当开车出行时，保险杠外伸(即缓验，确定前伸距离5～一0．6-0．8m。冲器)预防碰撞．驾驶员可以将双刀开关K1推到“外2_3汽车碰撞力的计算伸”位(见图2)，这时触点2和5、4和6分别接通。由小汽车的自重一般为1200～1600kg，取平均值于活塞处于“回缩”状为1400kg，加上5个人的重量400kg(80kgx5)，共态，行程开关是闭合的，计总质量m=l800kg，取安全加速度。=50g，根据牛所以整