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摘 要
這篇文章對(duì)東風(fēng)汽車公司出產(chǎn)的J6P重型車進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后利用CATIA三維畫圖軟件對(duì)車架進(jìn)行建模。之后在ANSYS有限元軟件中建立此車車架的有限元模型，一方面對(duì)此車架在典型工況中做靜力分析，另一方面對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析，在靜態(tài)與模態(tài)分析基礎(chǔ)上對(duì)汽車車架結(jié)構(gòu)作出優(yōu)化。
關(guān)鍵詞：車架 ；有限元法；結(jié)構(gòu)分析；優(yōu)化
Abstract
Firstly,the content of this article is the design of J6P heavy duty truck frame structure which produced by DONGFENG company.Then the frame is modeled by CATIA 3D drawing software.After that,the finite element model of the frame is set up in the finite element software ANSYS.Static analysis in typical operating conditions and modal analysis are carried by using the finite element software.On the basis of these analyses,this topic uses ANSYS to make further optimization of the frame structure.
Key words：Frame; Finite element method; Structure analysis;Optimization
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
1緒 論 1
1.1引言 1
1.2選題的背景 1
2車架設(shè)計(jì) 2
2.1設(shè)計(jì)目標(biāo)車輛主要參數(shù) 2
2.2車架結(jié)構(gòu)的確定 2
2.3車架結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì) 2
2.3.1車架寬度的斷定 2
2.3.2車架縱梁方法的斷定 3
2.3.3車架橫梁方法的斷定 3
2.3.4車架縱梁與橫梁銜接型式的斷定 3
2.4車架的受載分析 3
2.4.1靜載荷 4
2.4.2對(duì)稱的垂直動(dòng)載荷 4
2.4.3斜對(duì)稱的動(dòng)載荷 4
2.4.4其它載荷 4
2.5彎曲強(qiáng)度核算時(shí)的基本假定 4
2.6縱梁的剪力和彎矩的計(jì)算 5
2.7車架材料的確定 6
2.8縱梁截面特性的計(jì)算 6
2.9彎曲應(yīng)力計(jì)算與校核 6
2.10臨界彎曲應(yīng)力的計(jì)算和校核 7
2.11橫縱梁尺寸 7
2.11.1縱梁 7
2.11.2橫梁 7
2.11.3連接板 8
2.12 CATIA三維實(shí)體建模 8
2.13本章小結(jié) 8
3車架的靜態(tài)分析 9
3.1車架有限元建模 9
3.2車架材料性能參數(shù) 9
3.3車架網(wǎng)格劃分 10
3.4車架載荷分布 10
3.5滿載彎曲工況下的靜力分析 11
4車架模態(tài)分析 15
4.1車架的有限元模態(tài)分析 15
4.2結(jié)果分析 19
4.3本章小結(jié) 21
5車架縱梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)化 22
5.1優(yōu)化前縱梁的靜力分析 22
5.2優(yōu)化后車架縱梁的靜力分析 25
5.3優(yōu)化小結(jié) 28
6結(jié) 論 29
參考文獻(xiàn) 30
致 謝 32
III
第2章 車架設(shè)計(jì)
1緒 論
1.1引言
汽車行業(yè)的歷史已經(jīng)有一百多年，隨著汽車行業(yè)不斷擴(kuò)大發(fā)展，包括汽車產(chǎn)品現(xiàn)如今的大批量生產(chǎn)，汽車已經(jīng)對(duì)加快現(xiàn)代人類生活以及發(fā)展世界經(jīng)濟(jì)起到了不可估量的重大影響?，F(xiàn)如今，在一些經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的國(guó)家，汽車的普及率已經(jīng)達(dá)到了很高的水平，雖然我國(guó)每個(gè)家庭的汽車普及率比不上一些相對(duì)發(fā)達(dá)的國(guó)家，但是我國(guó)龐大的人口對(duì)汽車行業(yè)的發(fā)展擴(kuò)大了很大市場(chǎng)，根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2015-2020年中國(guó)成品油行業(yè)市場(chǎng)調(diào)研與投資預(yù)測(cè)分析報(bào)告》顯示，自新中國(guó)成立以來(lái)，中國(guó)居民汽車的保有量迅速擴(kuò)大。到2008年底，全國(guó)民用汽車突破五千萬(wàn)輛。其中，載貨汽車就有1126.07萬(wàn)輛，這樣的形勢(shì)對(duì)我國(guó)汽車行業(yè)發(fā)展有著很大的影響。此外我國(guó)汽車行業(yè)在經(jīng)歷了多年的風(fēng)雨歷程之后，已經(jīng)形成了一個(gè)相對(duì)良好的工業(yè)發(fā)展體系。
1.2選題的背景
一切皆有兩面性，有好的一面便有不好的一面。如今汽車行業(yè)的不斷擴(kuò)大與發(fā)展給現(xiàn)代生活帶來(lái)了很多便利，同時(shí)也造成了很多問(wèn)題，例如能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題。在能源方面，每年汽車耗費(fèi)的石油量相當(dāng)龐大，并且有逐年加多的趨勢(shì)，然而能源是有限的，按照這樣的趨勢(shì)下去，地球會(huì)面臨相當(dāng)可怕的能源危機(jī)；此外，在環(huán)境方面，汽車尾氣對(duì)環(huán)境的污染以及人體的危害是相當(dāng)之大的，每年汽車向大氣層排放的有毒氣體占據(jù)了大氣污染物的很大比例，可見(jiàn)其污染之嚴(yán)重，并且汽車尾氣中所排放的氣體尤其是二氧化碳會(huì)加劇溫室效應(yīng)，所以節(jié)能環(huán)保在汽車行業(yè)的發(fā)展中是不可避免的環(huán)節(jié)。為此，對(duì)汽車設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)就顯得尤為重要，而汽車車架作為汽車的載體，對(duì)車架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)便能帶動(dòng)整車的優(yōu)化。
本課題便是以上文所論述的內(nèi)容為背景所展開，在確保不影響汽車自身功用的前提下，對(duì)其車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的靜態(tài)與模態(tài)分析，進(jìn)而在靜態(tài)與模態(tài)分析的基礎(chǔ)之上對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
2車架設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)目標(biāo)車輛主要參數(shù)
參考車型：解放J6P載貨汽車
詳細(xì)參數(shù)：
外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：11980×2470×3350mm
貨箱欄板內(nèi)尺寸：9500×2294×800mm
總質(zhì)量：29400kg 整備裝置：11405 kg
額定載質(zhì)量：17800kg 接近角/離去角：32/20
前懸/后懸：1250/2530 軸距：1900+5000+1300mm
最高車速：90 km/h 軸數(shù)：4
前輪距：1950 mm 后輪距：1860 mm
彈簧片數(shù)：（前/后）9/10
2.2車架結(jié)構(gòu)的確定
本課題以邊梁式車架作為研究對(duì)象。邊梁式車架在載貨車架中是由多根梁組合而成，其中包括兩根開口朝內(nèi)但是相互平行的槽型縱梁和一些開口槽型橫梁，皆是由沖壓制成。一般情況下，縱梁兩端的下表明會(huì)隨著應(yīng)力情況的變化相應(yīng)的減小，然而縱梁的上表面則不然，沿著全長(zhǎng)不變或者有點(diǎn)降低。
車架寬度多為全長(zhǎng)等寬。
挑選的方案的利益：邊梁式車架在大客車、特種車和載重貨車上被廣泛的使用，由兩根縱梁和若干根橫梁組成，這樣的結(jié)構(gòu)有利于設(shè)置駕駛室、車箱以及其它總成。[2]
2.3車架結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)
2.3.1車架寬度的斷定
汽車車架的寬度是指左、右縱梁腹板外旁邊面之間的距離。[2]汽車車架前部寬度的最大值由汽車前輪的最大轉(zhuǎn)角限制，而最小值又由發(fā)動(dòng)機(jī)的外廓寬度所決定。[3]汽車車架后部寬度的最大值則主要根據(jù)鋼板彈簧片寬和汽車車架外側(cè)的輪胎等尺寸來(lái)斷定。一般增大汽車車架的寬度可以提高汽車的橫向穩(wěn)定性。[2]
一般而言，汽車整體安置的參數(shù)可以斷定汽車車架的寬度，并且整車寬度要求要小于等于2.5m。
本課題選取車架的寬度為860mm。
2.3.2車架縱梁方法的斷定
車架縱梁的構(gòu)造，在滿足整車整體安置需求的前提下還要保證汽車車架的自身功用，并且為了簡(jiǎn)化它的制造技術(shù)和成本，應(yīng)該要求其構(gòu)造盡量簡(jiǎn)單。
縱梁的長(zhǎng)度約為汽車輪距的1.4倍至1.7倍，通常約為汽車的長(zhǎng)度。
根據(jù)本課題的要求，考慮到縱梁截面的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)方案的縱梁選用上、下翼面是平直等高的槽形鋼，縱梁總長(zhǎng)為11500mm。優(yōu)點(diǎn)：能被廣泛地運(yùn)用于各種載貨汽車上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便牢靠，便于安裝各個(gè)汽車部件，有很好的的抗彎強(qiáng)度，不僅能夠節(jié)約生產(chǎn)成本，還能簡(jiǎn)化制造工藝，降低工人的作業(yè)強(qiáng)度。
2.3.3車架橫梁方法的斷定
汽車車架的左、右兩根縱梁由若干根橫梁連接在一起，組成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從而使車架有滿意的抗彎剛度。[3]汽車主要總成經(jīng)過(guò)橫梁來(lái)支承。
載貨汽車的橫梁一般由若干根橫梁組成，每一根橫梁的用處均不同。[2]
本設(shè)計(jì)課題是關(guān)于重型車車架構(gòu)造規(guī)劃，選用開口斷面，大小共11根橫梁.
2.3.4車架縱梁與橫梁銜接型式的斷定
鉚接、焊接和螺栓銜接等方法皆為橫梁和縱梁的固定辦法。[4]
螺栓銜接的方法在本課題研究中將被大量使用以銜接橫梁與縱梁。
總而言之，汽車車架結(jié)構(gòu)的安排需要充分考慮各方面的因素，不僅要考慮到整車的合理安置，還要參考公司企業(yè)的制造工藝和技術(shù)才能，所以一定要合理選擇橫梁與縱梁的銜接方法以及縱梁截面的高度和橫梁的構(gòu)造方法，[3]這樣才能是汽車車架能夠滿足汽車運(yùn)用的要求，以到達(dá)較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。?
2.4車架的受載分析
實(shí)際情況中，汽車的使用情況十分多樣化，從而導(dǎo)致其受力情況也不同，所以作用在汽車車架上的載荷亦是多樣性的，[3]根據(jù)車架承受的載荷不同可以進(jìn)行不同的分類：
2.4.1靜載荷
汽車靜止時(shí)，懸架彈簧以上的載荷便是汽車車架所承受的靜載荷。也就是指客車或貨品的總質(zhì)量（有效載荷）、隸屬件的質(zhì)量、裝置在車架的各總成、車身質(zhì)量以及車架質(zhì)量的總和。
2.4.2對(duì)稱的垂直動(dòng)載荷
對(duì)稱的垂直動(dòng)載荷作用在汽車車架上容易發(fā)生彎曲變形。這種載荷一般都是在汽車以相對(duì)較高的車速在比較平坦的道路上行駛的時(shí)候會(huì)發(fā)生。作用在汽車車架上的靜載荷、靜載荷的分布以及垂直振動(dòng)加速度與它的大小有關(guān)，路面的作用力使車架承受這樣對(duì)稱的垂直動(dòng)載荷。[5]
2.4.3斜對(duì)稱的動(dòng)載荷
斜對(duì)稱的動(dòng)載荷作用在汽車車架上容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。這種載荷一般是汽車行駛在路面高低起伏的道路上發(fā)生的。汽車的前后輪在這種情況下不在同一個(gè)面上，所以造成汽車車身以及車架一塊傾斜，車身、懸架和車架的剛度以及道路不平整的程度都與這種載荷的大小有關(guān)。[3]
2.4.4其它載荷
汽車車架會(huì)因汽車行進(jìn)過(guò)程中轉(zhuǎn)彎產(chǎn)生的離心力而受到側(cè)向力的作用；[3]會(huì)因行進(jìn)過(guò)程中加速或者制動(dòng)產(chǎn)生的慣性力而重新分配汽車車架前后部載荷；[2]會(huì)因一個(gè)前輪的正面撞在道路面凸起上而在水平方向發(fā)生剪力變形；還有安裝在汽車車架上的各個(gè)部件（如減振器、轉(zhuǎn)向搖臂及發(fā)動(dòng)機(jī)等）運(yùn)作時(shí)而產(chǎn)生的力；縱梁也會(huì)因?yàn)檩d荷的作用線不經(jīng)過(guò)縱梁的截面彎曲中心而另外產(chǎn)生局部轉(zhuǎn)矩。[3]
綜上所述，實(shí)際情況中汽車車架的承受載荷的情況多樣雜亂，一方面是因?yàn)槎喾N多樣的車架縱梁與橫梁的截面形狀以及不同的銜接點(diǎn)，另一方面是因?yàn)槭艿搅艘欢ǖ目臻g力系的作用。
2.5彎曲強(qiáng)度核算時(shí)的基本假定
為了便于彎曲強(qiáng)度的核算，對(duì)車架進(jìn)行以下基本假定：
1、汽車前后軸的簡(jiǎn)支梁由縱梁來(lái)支承。因?yàn)槠囓嚰苡袑?duì)稱的結(jié)構(gòu)，左右縱梁受到相差不大的力。
2、兩根縱梁的全部長(zhǎng)度上均勻分布著空載時(shí)的簧載質(zhì)量，其中包括汽車車架的自重。根據(jù)車底盤構(gòu)造的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其值差不多可以估量出來(lái)。一般輕型和中型載貨汽車上的簧載質(zhì)量差不多是汽車自重的三分之二。[5]
3、汽車車箱全長(zhǎng)上均勻分布有效載荷。
4、所有作用力均經(jīng)過(guò)截面的彎曲中心。
2.6縱梁的剪力和彎矩的計(jì)算
用一個(gè)三跨連續(xù)梁簡(jiǎn)化縱梁，如下圖2.1所示。
圖2.1 縱梁受力簡(jiǎn)化圖
已知L1=1.3m, L2=1.9m, L3=5m,L4=1.3m,L5=2m,汽車滿載時(shí)所受靜載荷mg=（29.4+17.8）*9.8=462.56（KN）,計(jì)算可知：汽車受滿載靜載荷時(shí)，前一軸地面反力F1 = 120.9KN、前二軸地面反力F2 = 120.9KN、后一軸地面反力F3 = 110.38 KN、后二軸地面反力F4 = 110.38 KN。
因此連續(xù)梁的剪力圖和彎矩圖分別由下圖2.2和圖2.3表示。
圖2.2 剪力圖
圖2.3 彎矩圖
因此，汽車受到的最大剪力Qmax為113.09KN，最大彎矩Mmax為81.6 KN·m。然而車架的最大彎矩前要乘一動(dòng)載系數(shù)k，由于重型車滿載行駛時(shí)的路面狀況良好，考慮到實(shí)際行駛過(guò)程中遇到的載荷增值，取 k=2.5。所以動(dòng)載下的Mmax = 204 KN·m。
2.7車架材料的確定
車架材料的選擇應(yīng)充分考慮各方面的需求。一、有良好的冷沖壓功能；二、有良好的焊接功能；三、有低的應(yīng)力集中敏感性；四、有足夠高的疲勞極限和屈服極限。這些需求中碳和低碳合金鋼均能滿足。此外，所選定的制作技術(shù)也是選擇車架材料所考慮的條件之一。沖壓功能好的低碳鋼或低碳合金鋼等鋼板制作適合拉伸尺寸較大或形狀復(fù)雜的沖壓件，強(qiáng)度稍高的鋼板適合拉伸尺寸不大、形狀又不復(fù)雜的沖壓件。[2]然而，在冷沖壓時(shí)，鋼板強(qiáng)度越高越容易開裂，并且沖壓回彈越大，所以不適合選用。所以，這次研究的汽車車架由Q345鋼板來(lái)制造。
2.8縱梁截面特性的計(jì)算
用材料力學(xué)的方法計(jì)算車架縱梁和橫梁截面系數(shù)W。
對(duì)于槽形斷面，斷面系數(shù)W為：
（2-1）
式中 t——縱梁厚度，取20mm；
b——縱梁寬度，取90mm；
h——縱梁高度，取300mm；
由公式2-3可得：W=0.00084 m3
2.9彎曲應(yīng)力計(jì)算與校核
縱梁斷面的最大彎曲應(yīng)力σmax為：
(2-2)
(2-3)
按照公式（2-2）求得的最大彎曲應(yīng)力應(yīng)不大于材料的許用應(yīng)力[σ]，[6]其中許用應(yīng)力可以按照公式（2-3）計(jì)算。
式中 σs——，對(duì)于鋼Q345，；
n——，一般取安全系數(shù)。
：σmax=242.85MPa
許用應(yīng)力為：[σ]=345/1.15=304.35MPa
由于242.85MPa<304.35MPa,那么；
所以選取t=20mm，b=90mm,h=300mm為縱梁槽形斷面的尺寸是滿足要求的。
2.10臨界彎曲應(yīng)力的計(jì)算和校核
當(dāng)彎曲變形發(fā)生在縱梁上時(shí)，可能會(huì)造成翼緣的破裂，是因?yàn)閴嚎s和拉伸分別作用于上下翼緣。因此應(yīng)按薄板理論進(jìn)行校核。對(duì)于槽型截面縱梁來(lái)說(shuō)，其臨界彎曲應(yīng)力σc為：
(2-4)
式中 E——，；
u——，對(duì)于鋼Q345，。
由公式（2-4）可得：b≤16t ，取b=90mm，t=20mm，則有90≤320。
因此，車架滿足臨界彎曲應(yīng)力的要求。
2.11橫縱梁尺寸
2.11.1縱梁
斷面形式：等斷面；
長(zhǎng)度形式：直線式；
料厚：；
縱梁長(zhǎng)度：。
2.11.2橫梁
橫梁形式：等斷面；
厚度 ：12mm；
形狀 ：槽形式橫梁、拱形式橫梁等。
2.11.3連接板
厚度 ：12mm。
連接板用于連接橫梁和縱梁，從而增強(qiáng)縱梁的強(qiáng)度。[7]以壓彎件為主，材料主要為高強(qiáng)度鋼板，要求材料的壓彎回彈小。
2.12 CATIA三維實(shí)體建模
由上述設(shè)計(jì)建立車架三維實(shí)體模型如圖2.4所示。
圖2.4 車架三維實(shí)體模型圖
2.13本章小結(jié)
在很大程度上，決定汽車性能好壞的原因不只是組成汽車的各部件的性能，更多的是由車架的布置以及各部件的配合協(xié)調(diào)所決定的。在滿足汽車功用，使用要求，生產(chǎn)合理以及技術(shù)先進(jìn)性的要求下，合理選擇汽車車架的主要尺寸參數(shù)、質(zhì)量以及性能指標(biāo)等參數(shù)，制定出一套可行的總體設(shè)計(jì)方案，保證汽車主要性能指標(biāo)實(shí)現(xiàn)，在合理的車架布局上更好地安置各個(gè)零部件，從而使整車的可靠性、性能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
32
第3章 車架的靜強(qiáng)度計(jì)算與分析
3車架的靜態(tài)分析
汽車車架是汽車的載體，它不僅要承受車身各個(gè)部件的質(zhì)量，包括牽引貨品、底盤以及發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量，還要承受汽車在行駛過(guò)程中所受到的各種載荷，包括各種力和力矩。[8]對(duì)汽車車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行的靜態(tài)分析，能夠計(jì)算出這些載荷作用于車架后所產(chǎn)生相對(duì)的應(yīng)力和變形。
3.1車架有限元建模
影響有限元分析結(jié)果最重要的因素之一是所建立的有限元模型的準(zhǔn)確性。雖然在CATIA三維建模軟件中已經(jīng)建立了車架的三維模型，但是將模型導(dǎo)入到有限元軟件中容易出現(xiàn)很多問(wèn)題，所以為了后續(xù)處理分析的準(zhǔn)確性本次設(shè)計(jì)采用ANSYS中自帶的三維幾何建模工具來(lái)建立車架的有限元模型，如圖3.1所示。
圖3.1 車架有限元模型圖
3.2車架材料性能參數(shù)
整個(gè)車架材料：Q345鋼，其材料屬性如表3.1所示。
表 3.1 車架材料屬性
彈性模量(GPa)
泊松比
密度(kg/m3)
屈服極限(MPa)
206
0.3
7.85E-6
345
3.3車架網(wǎng)格劃分
采用SOLID186六面體單元對(duì)重型車車架進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元數(shù)19952，節(jié)點(diǎn)數(shù)134178，如圖3.2所示。
圖3.2車架網(wǎng)格劃分圖
3.4車架載荷分布
車架自重、乘員分量、車廂分量、駕駛室分量、汽車載分量、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱分量以及其它附件分量均為車架的載荷的一部分。依據(jù)車載質(zhì)量的空間安置狀況將它們換算成加在其安置方位的粱的節(jié)點(diǎn)上。約束車架與懸架的連接位置節(jié)點(diǎn)進(jìn)行約束以此來(lái)消除車架的剛體位移。?
圖3.3表示車架的載荷分布圖，表3.2表示重型車車架上各總成的質(zhì)量以及車架坐標(biāo)系中各總成質(zhì)心所在的具體坐標(biāo)。
圖3.3 車架載荷分布圖
表3.2車架載荷分布
總成
質(zhì)量（kg）
車架坐標(biāo)系中各總成質(zhì)心所在的坐標(biāo)
X（mm）
Y（mm）
Z（mm)
動(dòng)力總成
890
430
-20
1650
駕駛室總成
710
430
280
1150
蓄電池
22
860
150
5300
備胎
120
430
20
10777
油箱
60
0
150
6000
貨箱及貨物
17800
860
300
7252
車架上各載荷的方向均為Y軸負(fù)方向。
3.5滿載彎曲工況下的靜力分析
滿載彎曲工況是指汽車在滿載狀態(tài)下，全部車輪與路面接觸，在良好道路上行駛的情況。汽車在實(shí)際行駛過(guò)程中，在載荷作用下，各個(gè)點(diǎn)的位移以及其加速度都是不同的。所以在計(jì)算對(duì)該重型車車架所施加的載荷時(shí)，要對(duì)其本身乘上一個(gè)動(dòng)載系數(shù)，進(jìn)而才能校核汽車車架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。選取動(dòng)載系數(shù)的決定性因素有三個(gè)：第一個(gè)是首先要考慮的是道路條件；第二個(gè)是汽車的行駛狀況，比如車速；第三個(gè)則是汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù)，比如汽車構(gòu)造的剛度、強(qiáng)度等。由于這些因素錯(cuò)綜復(fù)雜，所以不能通過(guò)數(shù)學(xué)分析的方法來(lái)選取合適的動(dòng)載系數(shù)。所以，在進(jìn)行分析時(shí)通常都是選取一些路況良好的道路，然后根據(jù)一些理論研究和實(shí)驗(yàn)來(lái)選取較為合理的數(shù)值。本課題分析中，在滿載彎曲工況下其該重型車車架選取的動(dòng)載系數(shù)是2.5。以下圖3.3至3.6表示彎曲工況下的應(yīng)力圖，圖3.7至圖3.10表示彎曲工況下的變形圖。
圖3.3 X方向應(yīng)力圖
圖3.4 Y方向應(yīng)力圖
圖3.5 Z方向應(yīng)力圖
圖3.6 總應(yīng)力圖
圖3.7 X方向變形圖
圖3.8 Y方向變形圖
圖3.9 Z方向變形圖
圖3.10 總變形圖
由圖中分析數(shù)據(jù)可知，滿載彎曲工況下車架的最大應(yīng)力值為115.79MPa，遠(yuǎn)小于鋼Q345的屈服極限345MPa，所以此重型車車架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度滿足需求；最大變形量為1.9344mm，由相關(guān)文獻(xiàn)可知，載貨車車架的最大豎向位移應(yīng)小于10mm，[1]所以此重型車車架結(jié)構(gòu)亦滿足剛度要求。那么在均滿足強(qiáng)度和剛度要求的情況下，車架存在進(jìn)一步的優(yōu)化空間。
第4章 車架模態(tài)分析
4車架模態(tài)分析
現(xiàn)實(shí)生活中，許多構(gòu)造在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中均體現(xiàn)出了振蕩特性，所以在進(jìn)行構(gòu)造分析中就很有必要加入對(duì)動(dòng)態(tài)特性的考慮。隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，許多產(chǎn)品都在朝著更好的方向發(fā)展，要求更輕、更快以及更加安全可靠，所以對(duì)動(dòng)態(tài)特性的要求越來(lái)越高是個(gè)必然的趨勢(shì)。
汽車車架作為汽車的載體，不僅要承受車身以及其它各個(gè)部件的質(zhì)量，還要通過(guò)懸架將其自身安置于車輪上，通過(guò)車輪來(lái)接受不同路面的各種激勵(lì)。當(dāng)汽車行駛在路面不平坦的路上時(shí)，如果受到的載荷的頻率與某些構(gòu)造的固有頻率挨近時(shí)，構(gòu)造將會(huì)發(fā)生十分激烈的振蕩，然后引起很大的動(dòng)應(yīng)力，形成早期疲勞損壞或者造成一些不允許的變形。[1]所以了解汽車構(gòu)造振蕩的固有頻率及其相應(yīng)的振型是很有必要的，以此來(lái)防止汽車在行駛過(guò)程中發(fā)生共振，還能降低噪音，保證行駛安全性。
4.1車架的有限元模態(tài)分析
在對(duì)該重型車車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行振蕩特性分析時(shí)，模態(tài)分析的有限元模型是依據(jù)靜態(tài)有限元模型為基礎(chǔ)建立的。[1]對(duì)該重型車車架構(gòu)造進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)，可以忽略外部載荷的作用，那是因?yàn)榍蠼獾氖窃撝匦蛙囓嚰芙Y(jié)構(gòu)的固有振型、固有頻率和固有特性，和其所承受的外力沒(méi)有關(guān)系。而且就汽車車架結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性而言，如果汽車車架進(jìn)行有限元模態(tài)分析的時(shí)候選擇自由邊界條件，汽車車架在工作時(shí)的動(dòng)態(tài)功能能夠更準(zhǔn)確的被反映出來(lái)。
車架在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的激振頻率范圍是選擇計(jì)算頻段必須要考慮的因素之一。如果車架與各部件之間的連接點(diǎn)相對(duì)比較多，然而模態(tài)數(shù)又不足夠的時(shí)候，那么就不能繼續(xù)進(jìn)行整體綜合分析?？紤]到實(shí)際的路面條件、運(yùn)轉(zhuǎn)速度以及對(duì)車架的進(jìn)一步分析，該重型車車架的計(jì)算頻段應(yīng)該選擇0-100Hz。[1]
經(jīng)過(guò)核算獲得了該重型車車架的前10階固有振型和前10階頻率，圖4.1至圖4.10表示了具體的固有振型，表4.1表示了具體的固有頻率。
表4.1 車架模態(tài)分析結(jié)果
階次
固有頻率（Hz）
1
27.782
2
43.585
3
48.814
4
53.959
5
54.424
6
68.053
7
85.484
8
98.019
9
101.46
10
105.85
圖4.1 第1階振型
圖4.2 第2階振型
圖4.3 第3階振型
圖4.4 第4階振型
圖4.5 第5階振型
圖4.6 第6階振型
圖4.7 第7階振型
圖4.8 第8階振型
圖4.9 第9階振型
圖4.10 第10階振型
根據(jù)上述圖中的振型可以將該重型車架的固有振型分成兩種類型：第一類就是以車架一個(gè)或幾個(gè)部分振動(dòng)為主的局部振動(dòng)；第二類則是車架整體振動(dòng)。這幾階振型中，第1階振型，車架貨箱部位沿Y軸彎曲振動(dòng)；第2階振型，車架發(fā)動(dòng)機(jī)托架部位及駕駛室安裝梁部位沿X軸彎曲振動(dòng)；第3階振型，車架貨箱部位及靠近尾部部位沿X軸彎曲振動(dòng)；第4階振型，車架發(fā)動(dòng)機(jī)托架部位、駕駛室安裝梁部位及縱梁部位沿X軸彎曲振動(dòng)；第5階振型，車架貨箱部位沿Y軸彎曲振動(dòng)；第6階振型，車架發(fā)動(dòng)機(jī)托架部位及駕駛室安裝梁部位沿Z軸扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；第7階振型，車架油箱及貨箱部位沿X軸彎曲振動(dòng)；第8階振型，車架發(fā)動(dòng)機(jī)托架部位、駕駛室安裝梁部位及橫梁部位沿Z軸彎扭振動(dòng)；第9階振型，車架備胎部位沿Y軸彎曲振動(dòng)；第10階振型，車架備胎部位Y軸彎曲振動(dòng)以及車架整體沿Y軸小幅彎曲振動(dòng)。
4.2結(jié)果分析
有兩種外部激蕩振源是汽車在行駛過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生：一種是因?yàn)槠囆旭偟牡铰凡黄教苟l(fā)的車輪不平衡激振；另一種是簡(jiǎn)諧激勵(lì)，這是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，工作沖程中燃燒爆發(fā)壓力以及活塞往復(fù)慣性力所造成的，其頻率范圍很寬。[1]根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)汽車車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元模態(tài)分析的原則如下：
（1）該車的扭轉(zhuǎn)低階頻率也就是指一階回旋及彎曲頻率結(jié)構(gòu)響應(yīng)要比懸架布局的固有頻率高，并且要比發(fā)動(dòng)機(jī)怠速整體頻率低，才能防止共振的發(fā)生；[9]
（2）該車的彈性模態(tài)頻率應(yīng)該盡量避開發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常工作的頻率范圍；[1]
（3）該車為了防止有突變振型應(yīng)該盡量保持光滑。[9]
根據(jù)上述原則得知，在對(duì)汽車車架結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能的分析過(guò)程中，應(yīng)該查明在實(shí)際運(yùn)用環(huán)境中該車所承受激蕩力的實(shí)際結(jié)構(gòu)頻率。以下是對(duì)該重型車在運(yùn)用環(huán)境中的實(shí)際結(jié)構(gòu)頻率的分析：
（1）因?yàn)槠囆旭傊械穆访娌黄教梗沟闷囘\(yùn)動(dòng)引起的激勵(lì)大多是低于20Hz的筆直振動(dòng)；
（2）發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速頻率。該牽引車使用的是，發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸個(gè)數(shù)以及發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速能夠決定發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速激振頻率，它的計(jì)算公式為：
(4-1)
式中：N——發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速，對(duì)此其一般是；
M——發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)的一半，對(duì)此而言；????
所以30Hz是這個(gè)型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速鼓勵(lì)頻率；在汽車車速是時(shí)，是相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)頻率；
???（3）非簧載質(zhì)量的固有頻率一般是6~15Hz；
通過(guò)以上的分析可以看出，第1階振型是一階彎曲，頻率是27.782Hz，比發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速鼓勵(lì)頻率低，比非簧載質(zhì)量的固有頻率高，能夠避開路面汽車的鼓勵(lì)頻率范圍；在第3階振型中車架發(fā)動(dòng)機(jī)安裝梁部位及駕駛室安裝梁部位兩處發(fā)生局部彎曲，而且在第6階振型中該兩處發(fā)生局部扭轉(zhuǎn)，那么說(shuō)明車架發(fā)動(dòng)機(jī)安裝梁部位及駕駛室安裝梁部位兩處發(fā)生疲勞損害的可能性很大；前幾階的固有頻率都在發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)頻率之內(nèi)，由于牽引車和車架不直接相連，發(fā)生共振的概率很小。
計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，該重型車車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全能夠避開現(xiàn)實(shí)運(yùn)用環(huán)境中所受激振力的實(shí)際激勵(lì)頻率，所以能夠防止共振現(xiàn)象的發(fā)生。其中該重型車車架上的發(fā)動(dòng)機(jī)托架部位和駕駛室安裝梁部?jī)商幍膭偠容^為薄弱，容易發(fā)生疲勞損害。
4.3本章小結(jié)
在有限元模態(tài)分析的方法和基本理論的基礎(chǔ)之下。選擇有限元軟件ANSYS對(duì)該重型車車架進(jìn)行有限元模態(tài)分析，從而獲得該重型車車架前十階的固有振型以及前十階的固有頻率，為今后汽車振動(dòng)控制的研究打下基礎(chǔ)，為優(yōu)化車架結(jié)構(gòu)提供了依據(jù)。
第5章 車架縱梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)化
5車架縱梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)化
通過(guò)以上對(duì)車架的靜態(tài)和模態(tài)分析可知，該重型車車架的結(jié)構(gòu)性能滿足需求，在此基礎(chǔ)上可以對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。其中，縱梁作為該車架的主要承重部件，為了簡(jiǎn)化優(yōu)化過(guò)程，可以直接對(duì)車架縱梁進(jìn)行優(yōu)化。
5.1優(yōu)化前縱梁的靜力分析
在有限元軟件ANSYS中建立縱梁的三維模型，如圖5.1所示。對(duì)該車架縱梁進(jìn)行靜力分析，載荷處理同彎曲工況。
圖5.1車架縱梁三維模型圖
對(duì)該車架縱梁進(jìn)行靜力分析，載荷處理同彎曲工況。圖5.2至5.5表示優(yōu)化前車架縱梁的應(yīng)力圖，圖5.6至圖5.9表示優(yōu)化前車架縱梁的變形圖。
圖5.2 優(yōu)化前X方向應(yīng)力圖
圖5.3 優(yōu)化前Y方向應(yīng)力圖
圖5.4 優(yōu)化前Z方向應(yīng)力圖
圖5.5 優(yōu)化前總應(yīng)力圖
圖5.6 優(yōu)化前X方向變形圖
圖5.7 優(yōu)化前Y方向變形圖
圖5.8 優(yōu)化前Z方向變形圖
圖5.9 優(yōu)化前總變形圖
5.2優(yōu)化后車架縱梁的靜力分析
現(xiàn)將車架縱梁厚度由原來(lái)的20mm減為現(xiàn)在的16mm進(jìn)行靜力分析，載荷處理同彎曲工況。圖5.10至5.13表示優(yōu)化前車架縱梁的應(yīng)力圖，圖5.14至圖5.17表示優(yōu)化前車架縱梁的變形圖。
圖5.10 優(yōu)化后X方向應(yīng)力圖
圖5.11 優(yōu)化后Y方向應(yīng)力圖
圖5.12 優(yōu)化后Z方向應(yīng)力圖
圖5.13 優(yōu)化后總應(yīng)力圖
圖5.14 優(yōu)化后X方向變形圖
圖5.15 優(yōu)化后Y方向變形圖
圖5.16 優(yōu)化后Z方向變形圖
圖5.17 優(yōu)化后總變形圖
5.3優(yōu)化小結(jié)
優(yōu)化前后車架縱梁的最大應(yīng)力值和最大變形量分別如下表5.1和表5.2所示。
表5.1優(yōu)化前后最大應(yīng)力值
優(yōu)化前(MPa)
優(yōu)化后(MPa)
X方向應(yīng)力
24.742
20.912
Y方向應(yīng)力
21.896
8.7597
Z方向應(yīng)力
10.508
22.009
總應(yīng)力
36.426
45.597
表5.2優(yōu)化前后最大變形量
優(yōu)化前(mm)
優(yōu)化后(mm)
X方向變形
0.55806
0.75574
Y方向變形
0.01878
0.56399
Z方向變形
0.071442
0.096626
總變形
1.1379
2.1318
由表中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)化后應(yīng)力和變形值均有所增加，但是最大應(yīng)力值45.597MPa依然小于鋼Q345的屈服極限345MPa,最大變形量2.1318mm也小于載貨車車架的最大豎向位移10mm，說(shuō)明優(yōu)化后的車架縱梁依舊滿足強(qiáng)度和剛度需求，那么此次結(jié)構(gòu)優(yōu)化是合理的。
對(duì)于很多時(shí)候，在沒(méi)有可參考的情況下，要設(shè)計(jì)出最省料的結(jié)構(gòu)是比較難的。通過(guò)有限元分析，可以提供參考，在設(shè)計(jì)初期就避免浪費(fèi)材料，設(shè)計(jì)出優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)。
第6章 結(jié)論
6結(jié) 論
本課題以東風(fēng)汽車公司規(guī)劃出產(chǎn)的J6P重型車為例，對(duì)該車車架進(jìn)行合理的有限元分析，從而進(jìn)行其結(jié)構(gòu)優(yōu)化的項(xiàng)目研究。以下是課題研究成果：
1.車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建模
參照J(rèn)6P載重汽車的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)重型車車架結(jié)構(gòu)，利用了CATIA三維畫圖軟件對(duì)該重型車的車架建立模型。
2.典型工況下車架的靜態(tài)分析
在ANSYS中建立了有限元模型，在典型工況下根據(jù)該重型車的實(shí)際受力情況對(duì)其車架進(jìn)行了靜力分析，分析了該車架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度要求；
3.車架模態(tài)分析
利用了有限元軟件ANSYS對(duì)該重型車車架進(jìn)行模態(tài)分析，列出了其前十階固有頻率和固有振型。
4. 車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化
在車架靜態(tài)與模態(tài)分析的基礎(chǔ)之上，對(duì)該重型車車架縱梁進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，縱梁厚度由20mm減少為了16mm。
參考文獻(xiàn)
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致謝
致 謝
本課題的完成離不開我的指導(dǎo)老師凌秀軍老師給我的幫助。在撰寫本課題的期間，凌老師給了我許多意見(jiàn)和指導(dǎo)方向，為我開拓了寫作思路，并指出設(shè)計(jì)過(guò)程中誤區(qū)，為我指點(diǎn)迷津，這讓我在這個(gè)過(guò)程中受益匪淺！此外，凌老師認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度也給我留下了深刻的印象，并且不斷地感染著我，讓我不拋棄不放棄，同樣以著認(rèn)真的態(tài)度去完成每一步要做的事！不但如此，工作上，凌老師也是給予了許多有用的意見(jiàn)，教會(huì)了我許多做人處事的道理，這將會(huì)讓我在今后的工作中受益良多！在此我衷心的感謝凌老師，并祝福凌老師！
此外，我還要感謝所有曾經(jīng)幫助過(guò)我同學(xué)、老師、家人以及朋友，這篇論文的完成離不開他們每一個(gè)人的幫助，并且感謝審核老師能在百忙之中抽出時(shí)間來(lái)參加審核，再次由衷表示感謝！
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）外 文 參 考 資 料 及 譯 文
譯文題目： 基于ANSYS的汽車車架結(jié)構(gòu)有限元分析
學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)：
專 業(yè)：
所在學(xué)院：
指導(dǎo)教師：
職 稱：
20xx年 2月 27日
說(shuō)明：
要求學(xué)生結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題參閱一篇以上的外文資料，并翻譯至少一萬(wàn)印刷符（或譯出3千漢字）以上的譯文。譯文原則上要求打?。ㄈ缡謱懀宦捎?00字方格稿紙書寫），連同學(xué)校提供的統(tǒng)一封面及英文原文裝訂，于畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作開始后2周內(nèi)完成，作為成績(jī)考核的一部分。
Automotive safety systems and technology
research and analysis
Auto parts of good and bad will directly affect the safety of the car, are directly related to the people's life safety and security in wealth. This article mainly from the car's active safety technology and passive safety technology two aspects elaborated the importance of car parts, and how to improve the safety of the car.
One．Automobile active security technology
1. ABS braking system
Anti-lock Braking System (Anti-lock Braking System, referred to as ABS) consists of ABS computers, hydraulic device, the wheel speed sensors, brake hydraulic pipeline and electrical wiring etc. Their structures are shown below.
ABS tasseled for the car in various driving conditions braking performance and brake safety particularly important, especially is emergency braking, can make full use of the peak between tire and road surface adhesion properties, improve performance and reduce automobile fight side slip braking distance, give full play to the braking performance, but also increase the automobile braking process control. So as to reduce the possibility of car accidents.
2．the ASR drive torque control system
ABS are used to prevent car braking process wheel lock, will wheel sliding rate control in ideal range, so as to shorten the braking distance, improve automobile braking direction stability and steering control, so as to improve the safety of the car. Along with the increase of vehicle performance requirements, not only in braking process required to prevent wheel lock, and asked the driver to prevent drive roller skating turn in the process, making cars in the direction stability, driving process steering control ability and acceleration performance, so are improved by the car drive torque steering system ASR (Accelerations Slip Regulation) . ASR is the perfect complement and ABS ASR, but most alone is set with ABS combined together, commonly used ABS/ASR says, called anti-skid control system.
ASR is mainly used to prevent car in the beginning, accelerate the wheels, guarantee slip in the car accelerated rate and improve the stability in bad pavement drive attached conditions. It makes no difference speed in the car lock ice roads and muddy road started and to improve its capacity, also can prevent high in speed by turning cars gliding pavement and rear lateral spreads phenomenon.
Anyhow, prevent the wheel because ASR slip, can maximize the engine driving moment of cars ，had enough ensured the longitudinal force, lateral force and manipulation of power, make cars in starting, steering and accelerate the process, in gliding and muddy road, in a mountain area downhill process can steadily driving, guarantees the safety, reducing tire wear and fuel consumption, and improves the car driving capability.
3．VDC system
VDC of steering control system is mainly by driving for each wheel brake control and engine power output control to realize. For example, if the car turn left front wheel for steering the inadequate capacity tend to slip out of the corner, VDC system can measure imminent, just know lateral spreads left rear brake adopt appropriate measures. If at the same corner, because rear wheel tend to slip out of favor of lateral overmuch, VDC system is proper braking to front-right wheel failure, maintain the stability of the vehicle driving. In extreme cases, VDC system can also take reduce engine to reduce the power output, and to reduce the speed of the demand side adhesion ability to maintain the stability of the vehicle driving. Adopt VDC system, automobile in folio pavement or corner of pavement braking distance still can further reduce.
4． CCS cars cruise control system
Auto cruise Control System (Cruiser Control System, abbreviation for CCS) is can make automobile work in engine favorable speed range, reduce driver's driving manipulate labor intensity, improve the driving comfort the automatic driving device.
Car cruising system (CCS) role is required by the driver: after a normally-closed switch, no speed on the accelerator pedal can automatically keep the speed, make the vehicle with the fixed speed. Using this device, when on the highway after a long time, the driver driving not have to control the accelerator pedal, reduce fatigue, while reducing unnecessary speed change, can reduce save fuel.
Two. Automobile passive safety technology
1. Seat belt
Car seat belt is a safety device, it can in car collision or sharp turn, make crew to keep its original position as possible without mobile and rotation, avoid collision with in-car hard parts caused damage. Seat belts and airbags, as modern cars are safety devices, but the long history of the former, popularize the scope.
The seemingly simple seat belt actually not "simple". Attention has been at the forefront of traffic safety, through the analysis of general motors after a car accident found: seat belt not only makes people protect the lives, can be in more than half of the accident to reduce or even eliminate drivers, motorists are the chance of injury. Car collision or unexpected emergency braking force generated great inertia, will allow the driver and passenger and car windscreen, steering wheel, seat, collision happened objects such as secondary to drive is caused extremely easily crew serious damage, even drive occupant seats or threw the apex, seat belts can will ride in the seat. Bondage personnel When has the accident, which can effectively prevent the collision, and its buffer role can absorbs a great deal of kinetic energy, reduce rides personnel extent of the injuries.
2. The airbag
Under the condition of seat belt used in the crew, airbag helps reduce chest, head and facial injuries in the seriousness of the collision. When car collision happened before, the first is the car to stop motion, car under the action of inertial force crews to go forward with the original speed still sport. Not wearing a seat belt crews will and steering dish, front windscreen together, so it can be severely hurt; Wearing a seat belt as car stop the crew can stop moving forward movement and gradually. If collision violent, crew forward movement of the seat belts, even faster in the complete stop before motion, still collide with in-car things together. If this fashion in steering the disk or within the pop up balloon inflated dash, it can protect the occupant reduce the possibility of car together with things, more uniform dispersion head, chest, absorb the impact energy of movement, thus crew has added effect of seat belts.
Three. Automobile active safety new technology
1. Eye Car skills
Eye Car technology can make each driver eyes in the same relative height, guarantee of pavement and the surrounding a six-lane unimpeded sight and best visibility. This technology can also offer a specific driving environment.
2. Cam Car technology
Cam Car technology aims to help improve the driver of perception.
Four. Automobile passive safety new technology
1. Future airbags
(1) It cans inflatable screen system. This is a new safety design; its basic principle is to protect in-car occupant's head, when that happens it will carry on the air, air after the tent shape is swelling.
(2) Tubular inflatable structure head air sac. This system for supplement current side protection system, still stopover in protecting the chest ,and abdomen, arm, to head protection were insufficient. It with rigid body structure, the door body protective just beams, side air sac, can form a complete side safe defend net, this will be the future security protection trend.
(3) Head support system. Head support system generally called the headrest, vehicles which the headrest, with seats, not just for comfortable fact is more important to safety. Vehicle if in an emergency brake, the body will have strong to and fro, because the principle of inertia occupant body swinging, especially neck must follow. If no head support buffer headrest, neck injury caused by damage is very surprising.
(4) The external airbags.
2. Adaptive constraint technology system (ARTS)
New adaptive constraint technology system (ARTS) use a series of sensors to monitor the driver seat, seat belt use, in front of the occupant take quality and location and intensity of the collision of the collisions and collision force direction, then according to the specific information such as the collision of each front airbag characteristics of the crew on regulated. The system can further reduce due to improper airbag for crew on the damage, especially for smaller front row figure crew.
3. Automobile energy-absorbing direction column
Automobile energy-absorbing direction column through collisions of redistribution to steering wheel wallop, would wallop path to deliver shunt quickly, making the minimum of load on the steering wheel. The steering column by hollow tubes and steering bearings form. Traditional hollow tubes and the steering column steering bearings is integral, steering shaft top and steering connections, the connecting with direction below. And suck can direction string of characteristic is will the steering column in two, divided into unblock steering column and the steering column under two parts; Inside of the steering shaft also divided into two sections, with outgoing quarter agencies between them connected. Once a collision make direction, outgoing quarter mechanism has displacement bottom tailor-made steering shaft will fold, under the steering column move on the steering column, to achieve "indented within" and thus expand space reduce damage.
Five. The tire pressure monitoring system
How to prevent a blowout has become an important task of safe driving. According to the national quality supervise center of rubber tires in the expert analysis, maintain the standard tire pressure driving and the timely discovery tire is the key to prevent puncture. Tire Pressure and Monitoring System (TPMS) - car Tire Pressure Monitoring System will no doubt is the ideal tool. The system is mainly used in automobile driving to tire pressure real-time automatic monitoring; to a flat tire and depression are the police, in order to ensure safety.
Drivers from the monitors can know each tire pressure value, when tire pressure below the club set pressure limit, monitor will automatically alarm.
Anyhow, car active safety technology and passive safety technology for the safety of automobile driving is very important, and besides, such as environmental factor, artificial factor of the vehicle safety is also very important. Therefore, we must be prepared to all aspects of requirements and technology, to ensure the safety of vehicle driving.
汽車安全系統(tǒng)技術(shù)研究與分析
汽車零部件的好壞將直接影響到汽車的安全，直接關(guān)系到人民群眾的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。本文主要從汽車的主動(dòng)安全技術(shù)和被動(dòng)安全技術(shù)兩個(gè)方面闡述了汽車零部件的重要性，以及如何提高汽車的安全性。
一、汽車主動(dòng)安全技術(shù)
1．ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)
防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(防抱死制動(dòng)系統(tǒng),簡(jiǎn)稱ABS)由制動(dòng)系統(tǒng)、液壓裝置、車輪速度傳感器、制動(dòng)液壓管路及電氣接線等組成。其結(jié)構(gòu)如下。
ABS系統(tǒng)的汽車在各種行駛條件下的制動(dòng)性能和制動(dòng)安全尤為重要，特別是緊急制動(dòng)，能充分利用輪胎表面和道路之間的峰值粘附性能，提高汽車抗側(cè)滑性能并縮短制動(dòng)距離，充分發(fā)揮制動(dòng)性能，同時(shí)也增加了汽車制動(dòng)過(guò)程的控制。從而減少汽車事故的可能性。
2. ASR驅(qū)動(dòng)扭矩控制系統(tǒng)
汽車制動(dòng)系統(tǒng)是防止汽車制動(dòng)過(guò)程車輪鎖死，將車輪的滑動(dòng)速度控制在理想的范圍內(nèi)，從而縮短制動(dòng)距離，提高汽車制動(dòng)方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向操縱性，從而提高汽車的安全性。隨著對(duì)汽車性能要求的提高，不僅要求在制動(dòng)過(guò)程中防止車輪鎖死，并且要求司機(jī)在駕駛過(guò)程中防止驅(qū)動(dòng)輪滑轉(zhuǎn)，使汽車在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中的方向穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)向控制能力和加速性能都得到提高，所以都是通過(guò)汽車驅(qū)動(dòng)扭矩轉(zhuǎn)向系統(tǒng)ASR（加速度滑差調(diào)節(jié)）改進(jìn)的。ASR是ABS的完善和補(bǔ)充，但大多數(shù)單獨(dú)設(shè)置的ASR與ABS結(jié)合在一起，常用ABS/ASR表示，稱為防滑控制系統(tǒng)。
ASR主要用來(lái)防止汽車在起步、加速時(shí)的車輪滑轉(zhuǎn)，保證汽車在滑加速率的穩(wěn)定性并改善在不良路面附著條件驅(qū)動(dòng)。它能使得汽車在冰雪道路和泥濘道路上以無(wú)差異速度開始并且提高其承載能力，也能防止高速行駛的車輛通過(guò)滑動(dòng)路面時(shí)時(shí)汽車后部的側(cè)滑現(xiàn)象。
總之，由于ASR防止了車輪的滑轉(zhuǎn)，可以最大限度地提高汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩，充分保證了汽車的縱向力、側(cè)向力和操縱力，使汽車在起動(dòng)、轉(zhuǎn)向和加速過(guò)程中，在滑動(dòng)和泥濘的道路，在山區(qū)下坡過(guò)程中都能穩(wěn)定地行駛，保證安全，減少輪胎磨損和燃料消耗，提高汽車駕駛能力。
3． VDC系統(tǒng)
VDC轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)主要是通過(guò)驅(qū)動(dòng)每個(gè)車輪的制動(dòng)控制和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。例如，如果汽車轉(zhuǎn)動(dòng)左前輪由于轉(zhuǎn)向能力不足而容易滑出彎道，VDC系統(tǒng)便可測(cè)出側(cè)滑即將發(fā)生，可以僅僅憑借知道側(cè)滑左后制動(dòng)就采取適當(dāng)措施。如果在同一個(gè)彎道，因?yàn)楹筝嗂呌趥?cè)向滑出過(guò)多，VDC系統(tǒng)就會(huì)采取適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)右前輪的辦法，維持穩(wěn)定的車輛駕駛。在極端的情況下，VDC系統(tǒng)還可采取降低發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率來(lái)降低行駛車速，并降低速度的側(cè)向附著能力的需求保持穩(wěn)定的車輛駕駛。采用VDC系統(tǒng)，汽車在對(duì)開路面或彎道路面上的制動(dòng)距離還可以進(jìn)一步減短。
4. CCS汽車巡航控制系統(tǒng)
汽車巡航控制系統(tǒng)（巡航控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱CCS）是可以使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作在發(fā)動(dòng)機(jī)良好的速度范圍內(nèi)，減少駕駛員操縱疲勞強(qiáng)度，提高駕駛舒適性的自動(dòng)駕駛裝置。
汽車巡航系統(tǒng)（CCS）的作用是：按司機(jī)所要求的常閉開關(guān)之后，不用踩油門踏板就可以自動(dòng)保持汽車行駛車速，使車輛以固定的速度行駛。在高速公路上長(zhǎng)時(shí)間使用該裝置后，駕駛者不必控制油門踏板，減少疲勞，同時(shí)減少不必要的速度變化，可減少燃油消耗。
二、汽車被動(dòng)安全技術(shù)
1．安全帶
汽車安全帶是一種安全裝置，它能在汽車碰撞或急轉(zhuǎn)彎時(shí)，使機(jī)組保持其原有的位置，盡可能不移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，避免在汽車碰撞時(shí)造成損壞。座椅安全帶和安全氣囊，同是作為現(xiàn)代汽車的安全裝置，但是前者的歷史悠久，普及范圍廣。
看似簡(jiǎn)單的安全帶其實(shí)并非“簡(jiǎn)單”。注意力在交通安全的最前沿，通過(guò)對(duì)通用汽車再一次事故中的調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)：安全帶不僅能保護(hù)人們的生命，而且能在一半以上的事故中減少甚至消除駕駛者，乘車者受傷的機(jī)會(huì)。汽車碰撞或突發(fā)緊急制動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的慣性作用力，將會(huì)使司機(jī)、乘客、汽車擋風(fēng)玻璃、轉(zhuǎn)向盤、座椅之間發(fā)生二次碰撞，這是極其容易造成很嚴(yán)重的傷害，甚至將駕乘員拋離座位或拋出車外，而安全帶能將駕乘人員束縛在座位上。當(dāng)有事故發(fā)生時(shí)，可以有效地防止碰撞，而且它的緩沖作用能吸收大量動(dòng)能，減少乘坐人員受傷的程度。
2．安全氣囊
在乘員使用座椅安全帶的情況下，氣囊有助于在嚴(yán)重性的碰撞中減少胸部，頭部和面部的傷害。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞的時(shí)候，首先是汽車停止運(yùn)動(dòng)，汽車在慣性力的作用下迫使乘員以原來(lái)的速度向前運(yùn)動(dòng)。不系安全帶的乘員將與轉(zhuǎn)向盤、前擋風(fēng)玻璃發(fā)生碰撞，因此它可以造成嚴(yán)重傷害；系安全帶的乘員將隨著汽車停止運(yùn)動(dòng)而逐漸停止向前運(yùn)動(dòng)。如果碰撞劇烈，系著安全帶的乘員向前運(yùn)動(dòng)的速度更快，在運(yùn)動(dòng)停止之前仍然毀于車內(nèi)的東西發(fā)生碰撞。如果此時(shí)裝在轉(zhuǎn)向盤或儀表板內(nèi)的充氣氣囊彈出，它就可以保護(hù)乘員并減少乘員與汽車碰撞的可能性，更均勻的分散頭、胸的沖擊力，吸收乘員的沖擊能量，因此給乘員安全帶起到增值效應(yīng)。
三、汽車主動(dòng)安全新技術(shù)
1．Eye Car技術(shù)
Eye Car技術(shù)可以使每一個(gè)司機(jī)眼睛處于同樣的相對(duì)高度，保證提供一個(gè)對(duì)路面和周圍車道的無(wú)阻礙視線和最佳能見(jiàn)度。這項(xiàng)技術(shù)還可以提供特定的駕駛環(huán)境。和最好的能見(jiàn)度。
2． Cam Car技術(shù)
Cam Car技術(shù)旨在幫助提高駕駛員的感知能力。
四、汽車被動(dòng)安全新技術(shù)
1．未來(lái)安全氣囊
（1）充氣式屏幕系統(tǒng)。這是一種新的安全設(shè)計(jì)，它的基本原理是在汽車乘員的頭部保護(hù)，當(dāng)碰撞發(fā)生時(shí)，它就會(huì)進(jìn)行充氣，充氣后的形狀呈帳篷狀。
（2）管狀充氣結(jié)構(gòu)頭部空氣囊。本系統(tǒng)為補(bǔ)充現(xiàn)有的側(cè)面保護(hù)系統(tǒng)，仍停留在保護(hù)胸部、腹部、臂部，但是對(duì)于頭部的保護(hù)比較不足。它采用車身剛體結(jié)構(gòu)，門體防護(hù)梁、側(cè)氣囊，可形成完整的側(cè)邊安全防護(hù)網(wǎng)，這將是未來(lái)的安全保護(hù)趨勢(shì)。
（3）頭部支撐系統(tǒng)。頭部支撐系統(tǒng)一般稱為頭枕，汽車座椅的頭枕不僅僅是為了乘員的舒適實(shí)際上更重要的是為了乘員的安全。車輛如果在緊急制動(dòng)情況，車身會(huì)有很強(qiáng)烈的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)閼T性原理乘員的身體會(huì)跟隨車身擺動(dòng)，尤其是對(duì)于脖子來(lái)說(shuō)。如果沒(méi)有緩沖頭枕對(duì)頭部的支撐，頸部受傷所引起的傷害是非常令人驚訝的。
（4）外部安全氣囊。
2．自適應(yīng)約束技術(shù)系統(tǒng)（ARTS）
全新的自適應(yīng)約束技術(shù)系統(tǒng)（ARTS）使用了一系列的傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)駕駛員座椅位置、安全帶的使用情況，以及前排乘員的乘坐質(zhì)量和乘坐位置以及發(fā)生碰撞時(shí)的碰撞強(qiáng)度和碰撞力的方向等，然后根據(jù)這些具體的信息，例如各前氣囊的特點(diǎn)，對(duì)乘員的安全。該系統(tǒng)可以進(jìn)一步減少由于不適當(dāng)?shù)陌踩珰饽覍?duì)乘員的傷害，特別是對(duì)于身材較小的乘員。
3．汽車吸能方向管柱
汽車吸能方向管柱通過(guò)碰撞再分配傳到方向盤上的沖擊力，沖擊力路徑提供分流快，使得方向盤上的負(fù)載最小。轉(zhuǎn)向柱由空心管和轉(zhuǎn)向軸承組成。傳統(tǒng)的空心管和轉(zhuǎn)向柱導(dǎo)向軸承是整體式的，轉(zhuǎn)向軸頂部與方向盤連接，下端與方向器連接。吸能方向管柱的特點(diǎn)是將整體式轉(zhuǎn)向柱，分為上轉(zhuǎn)向柱和下轉(zhuǎn)向柱兩部分；里面的轉(zhuǎn)向軸也分為兩部分，用萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)之連接。一旦發(fā)生碰撞使方向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生位移，外向節(jié)下端特制的轉(zhuǎn)向軸會(huì)折疊，上轉(zhuǎn)向管柱移入下轉(zhuǎn)向管柱內(nèi)，達(dá)到“縮進(jìn)”，從而擴(kuò)大空間，減少損失。
五、胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)
如何防止爆胎已經(jīng)成為安全駕駛的重要任務(wù)。據(jù)國(guó)家橡膠輪胎質(zhì)量監(jiān)督中心的專家分析，保持標(biāo)準(zhǔn)的輪胎壓力驅(qū)動(dòng)和及時(shí)發(fā)現(xiàn)輪胎漏氣是防止爆胎的關(guān)鍵。輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS)----汽車輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)疑是理想的工具。該系統(tǒng)主要用于在汽車行駛時(shí)對(duì)輪胎壓力的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)；對(duì)輪胎漏氣和低氣壓進(jìn)行警報(bào)，以保證行車安全。
駕駛?cè)丝梢詮谋O(jiān)視器上知道每一個(gè)輪胎壓力值，當(dāng)輪胎壓力低于該規(guī)定的氣壓下限時(shí)，顯示器會(huì)自動(dòng)報(bào)警。
總之，汽車主動(dòng)安全技術(shù)和被動(dòng)安全技術(shù)對(duì)汽車駕駛的安全性是非常重要的，此外，如環(huán)境因素、人為因素對(duì)汽車行駛的安全性也很重要。因此，我們必須準(zhǔn)備好各方面的要求和技術(shù)，以保證車輛行駛的安全性。