电子油门踏板臂的力学仿真分析论文2007

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1、电子油门踏板臂的力学仿真分析肖沛宏[1]邓家红[2]程潮[3]东风襄樊仪表系统有限公司dongfengxiangfaninstrumentsystemco,ltd[摘要]：欧Ⅲ排放的汽车都需要使用电子油门踏板，随着欧Ⅲ排放标准的实施，电子油门将取代传统的机械式油门，目前市场上的电子油门多是金属结构，成本比较高。本文阐述使用有限元分析方法，对采用塑料结构油门踏板的踏板臂，进行力学分析，验证塑料结构完全代替目前金属结构油门踏板的踏板臂的可行性。[关键词]：电子油门塑料踏板臂有限元建模网格应力位移emulationalmechanics

2、analysisofarmofectronicacceleratorpedalAbstractGenerallyallthevehiclesmeetingtheEuroIIIexhaustgasstandardneedtouseelectronicacceleratorpedals.AlongwithChina’simplementationofthestandard,theelectronicacceleratorpedalscertainlywillreplacethetraditionalmechanicalones.Tra

3、ditionallypeopleusemetalpedalarmintheelectronicaccelerators,whicharemoreexpensive.Thisarticleintroduceshowtousethelimitedelementanalysistocarryoutthemechanicsanalysistoaplasticpedalarm,andverifythefeasibilityofreplacingthemetalpedalarmswithplasticones.KeywordElectroni

4、caccelerographplasticarmofpedalfinitemodelinggriddingstressdisplacement一、引言电子油门控制系统是当前清洁汽车广泛采用的燃油控制系统，主要由油门踏板、踏板位移传感器、ECU（电控单元）、数据总线、伺服电动机和节气门执行机构组成。位移传感器安装在油门踏板内部，随时监测油门踏板的位置。当监测到油门踏板高度位置有变化，会瞬间将此信息送往ECU，ECU对该信息和其它系统传来的数据信息进行运算处理，计算出一个控制信号，来调整节气门开度，从而实现油门控制和废气排放（图1）。

5、电子油门系统可以设置各种功能来改善驾驶的安全性和舒适性。图1二、电子油门的功能简介电子油门踏板的功能及设计参数来自传统的机械电子油门，是对司机驾驶习惯一种继承。如下图所示，油门踏板的运动角度为18°，踏板位置初始力24.5N,当踏板下降达到18°时，踏板力为32N。当踏板从18°返回时，踏板力为25N，返回到踏板初始位置时，踏板力为16N。即当司机脚踏下的力和脚松开时踏板给脚的反作用力是有差别的，这是人机工程学的设计，对司机脚长期踩油门踏板的一种保护设计。电子油门要求必须进行最大压力的测试，条件为：最高施加力为1112N,最大变形

6、量不得超过8mm,会不会出现断裂情况或塑性变形。这也是油门踏板塑料踏板臂的设计的一大难点，必须确保安全性和设计可靠性。图2图3三、踏板臂的有限元分析目前国内多数电子油门还是金属结构，面对钢材价格不断上涨和整车厂家不断降价的压力下，产品竞争力不断下降。我们设计这款电子油门踏板总成采用全塑料结构，并采用有限元技术对踏板臂在最大压力的情况下的变形进行分析，确保产品的安全性和可靠性。1、踏板臂的材料特性（见表1）表1名称数值单位弹性模量1.42e+010N/㎡泊松比0.37密度1510kg/m3屈服强度2.15e+008N/m2质量0.1

7、34641kg体积8.91663e-005m3材料模型类型线性弹性同向性2、三维模型的建立和力学模型的建立(a)三维模型（b）受力模型图4如图4所示，当踏板臂绕转动轴转动时，压缩弹簧，带动弹簧座在踏板臂的导向槽里面向前微量滑动，弹簧座的微量滑动将摩擦块紧紧的贴在底座的内壁上运动。其中采用双弹簧设计的目的有两个：1、冗余设计，当一个弹簧疲劳断裂的时候，可保证还有一个弹簧能支持工作；2、弹簧力补偿设计，减少只用一个弹簧时对弹簧压缩力的精度要求，降低弹簧的制造难度。海绵垫的作用主要是减震和降噪音，即减少两个弹簧压缩和恢复时产生的震动和降

8、低两个弹簧压缩和恢复时碰撞产生的声音。力的分析简图（图5）如下：图5受力分析图根据杠杆原理：1、当踏板向下运动时，踏板力F1为：F1XL1＝F弹XL弹＋f摩XL摩2、当踏板返回时，踏板力F1为：F1XL1＝F弹XL弹－f摩XL摩从上面的分析可得出：