汽车安全性设计-基于ANSYS的保险杠设计

汽车安全性设计课程报告汽车安全性设计-基于ANSYS的保险杠设计专业：车辆工程班级：***姓名：***学号：***2016年1月目录第一章汽车安全性设计概述............................................................................1第一节汽车安全性设计的重要性...................................................................................1第二节汽车主动安全性设计...........................................................................................1I.汽车的操纵性和稳定性..............................................................................................2II.汽车的制动性能.........................................................................................................3第三节汽车被动安全性设计...........................................................................................4第三节汽车安全性试验与安全性模拟分析计...............................................................5第二章汽车保险杠设计....................................................................................7第一节汽车保险杠设计...................................................................................................7第二节基于CATIA的汽车保险杠建模...........................................................................8第三节基于ANSYS的汽车保险杠分析.........................................................................10结语.................................................................................................................15参考文献.............................................................................................................151第一章汽车安全性设计概述第一节汽车安全性设计的重要性汽车给人类创造效益的同时也带来了灾难性的损失。据资料统计目前全世界每年死于行车交通事故的人数达25万至30万,受伤人数约1000万至1500万。汽车交通事故早已引起西方国家和主要汽车厂家的注意。自本世纪中叶以来,各国制订了一系列的汽车安全标准和法规用于指导汽车安全性设计,主要汽车厂家成立了相应的安全性研究机构用于提高安全性设计水平。世界范围的安全性研究取得了巨大成果,随着一些新型保安件不断装车和整车结构完善,当今汽车的安全性较50年代的车型大为改造。近二十年来尽管汽车保有量逐渐增加,但是每年交通伤亡人数几乎没有增长。我国每年死于交通事故的人数与美国相当,但汽车的保有量仅是美国的1/27,可见我国汽车的行车安全性与西方国家水平相差甚远。目前在我国尚没有一个国立或汽车厂家所属的汽车安全性研究机构;在大专院校所用的专业教材中《汽车理论》、《汽车设计》尚没有把汽车安全性列入其中。近几年我国已经陆续制定了一系列有关汽车安全性的国家标准和行业标准,由于没有强制性要求,有些标准没有得到国内汽车厂家的充分贯彻、实施。如何提高汽车安全性,加强安全性设计,使国产汽车能达到国际安全性标准要求,能够参加国际竞争,尚需引起社会的广泛注意。汽车安全性（automobilesafety）：汽车在行驶中避免事故，保障行人和乘员安全的性能，汽车安全性包括被动安全和主动安全，被动安全主要指汽车发生事故时（包括自己撞、对撞与被撞，还包括撞人）的安全性，主要是如何保护好人，减低伤亡程度；主动安全则是如何让汽车减少发生事故的机会，包括防止失控、防止追尾、防止驾驶员疲劳、改善视野和人体工程等。汽车安全性涉及的范围很广,本文就汽车的主动安全性、被动安全性和汽车安全性试验等问题作简要阐述,并将安全性设计在实际产品中的应用作简要说明。第二节汽车主动安全性设计汽车的主动安全性即汽车避免发生交通事故的性能。交通事故与驾驶员,车2辆和环境三方面相关联。安全性设计的主要任务是根据驾驶员的生理和心理特点,车辆行驶的环境条件,在满足其它性能要求的前提下进行车辆设计,以达到避免和减少交通事故的发生。在车型设计中主要表现在以下几个方面。讨论汽车主动安全性时,需要重点考虑的是汽车的可控制能力,即汽车的操纵稳定性和制动性能,这两个性能与汽车的若干系统和总成以及整车总布置有关,下面将对它们分别进行讨论：I.汽车的操纵性和稳定性汽车沿着驾驶员指定的方向行驶的能力即汽车的操纵性。据统计因汽车失控而引起交通事故约占全部交通事故的10%。为了使汽车具有良好的操纵稳定性,应保证汽车具有合适的操纵稳定性指标。通过对许多车型的测试和请有经验的驾驶员实车操纵评价。,找出了操纵稳定性的满意范围。1）汽车的不足转向特性要求。汽车的不足转向特性是汽车操纵稳定性的基础特性.它对行车安全、机动、灵活和准确操纵,减轻驾驶员的疲劳与紧张等都有重要意义。汽车的不足转向特性应满足:当侧向加速度较小时.前后桥车轮的侧偏角之差与侧向加速度隽应大致成线性关系,转向特性曲线斜率之理想范围是2⁰~5⁰/g,它不应超出1.5⁰~8⁰/g范围。当侧向加速度继续增加时,转向响应特性应呈非线性变化,随着侧向加速度加大,不足转向量也加大。在某些情况下.随着侧向加速度加大,特性曲线的斜率会减小,甚至变为负值,为了使汽车处于稳定可控状态,应保证汽车在可能达到的最大侧向加速度情况下，此斜率不应小于-L/V^2〔L:汽车的轴距(m),:V车速(m/s)〕。2）汽车的侧倾角度要求。汽车的侧倾特性应保持在6⁰~10⁰/g。如果侧倾刚度太小,即汽车的侧倾角太大,容易使乘员感到不舒适和不安全,乘车如乘船一样,车上的货物容易左右摇晃而导致损坏.如果侧倾刚度太大,即汽车的侧倾角太小,汽车在不平路面上行驶时,会产生较大的冲击振动,使乘员感到不舒适和货物的破损。33）汽车的转向较便性要求。评价汽车转向轻便性的指标较多,一般用转向盘上的作用力与侧向加速度之间的关系来反映。从转向轻便性要求考虑,产生单位侧向加速度所需的力应保持在7~l0kg/g范围内。对于大型车辆为了满足转向轻便性要求,应采取转向助力方式。转向力也并不是越小越好,转向力过小将导致驾驶员失去路感,对汽车难予控制。4）汽车瞬态响应特性要求。希望汽车受到转向盘的转向力之后,汽车能快速反应;当转向盘上没有输入力时,汽车能快速回正。汽车操纵稳定性是由汽车上的有关总成以及这些总成的协调布置来实现的。与之有关的主要结构因素有转向系统的结构和特性,汽车的轴距、轮距、重心位置、轮胎的侧向刚度和轮胎花纹,悬架的导向装置以及汽车的轴转向,变形转向,转向与悬架运动协调等。只有合理选择这些结构因素才能使汽车具有良好的操纵稳定性。II.汽车的制动性能汽车的制动性能是影响行车安全的主要因素。据统计因轮胎抱死而产生跑偏和侧滑引起交通事故约占全部交通事故的11%,因整车制动性能不好以及制动系统产生故障而导致的交通事故所占的比例更多。为了减小因制动系统的故障而影响行车安全性,汽车应具有完善、可靠的制动系统和良好的制动效能。1）汽车应具有完善的制动系统。汽车必须具备主制动、紧急制动和停车制动三种基本功能。主制动必须使驾驶员能安全地、迅速地和有效地控制车辆的运动速度,且制动系统是可以控制调节的。紧急制动的作用是当主制动部分失效或完全失效的情况下能在适当的距离内将车辆停下来。停车制动必须能使车辆既使在没有驾驶员的情况下通过完全是机械方式的装置把工作部件锁住,能使车辆停在一定的坡道上。这三种制动方式都应满足驾驶在其位置上无须手离开方向盘就能实现制动作用。主制动、紧急制动和停车制动的制动强度应满足有关国家标准要求。对于大型柴油车,一般应设有排气辅助制动,当排气制动与其它制动同时作4用时,可以使制动效能得到提高,排气制动也可单独使用,它可以使摩擦衬片寿命大大提高,尤其在山区和繁忙的都市里行驶,效果相当明显。2）对制动系统的机械强度要求：在制动系统中影响制动效能的零件,必须采用金属或者具有相当特性的材料制成。对于制动钢管或制动软管应在各种试验环境和条件下进行性能考核。对于贮气筒,它应能承受空气压缩机切断压力的5倍压力,在此试验条件下其焊缝不应有泄漏,整个贮气筒不应发生爆破。类似这些零件应具有足够的强度储备。在总布置中应使这类零件在行车过程中不易受拟。3）对制动器结构的要求：(a)制动器应有足够的制动效能因素和热负荷容量。(b)摩擦材料应具有良好的抗衰退能力。(c)制动器间隙的可调整性。制动器在使用过程中摩擦材料不断磨损,制动器的间隙增大,为了减小制动器的促动时间,制动器的间隙应能通过手动或自动来调整。第三节汽车被动安全性设计汽车的纵向和横向都应具有吸能特性。汽车的保险杠、仪表板、座椅靠背、扶手等部位应采用吸能材料和吸能结构。转向传动装置应具有吸能和可伸缩性,保证碰撞事故发生时驾驶员有足够的生存空间。1）吸能材料和结构的应用。汽车的纵向和横向都应具有吸能特性.汽车的保险杠、仪表板、座椅靠背、扶手等部位应采用吸能材料和吸能结构。转向传动装置应具有吸能和可伸缩性,保证碰撞事故发生时驾驶员有足够的生存空间。2）安全玻璃的应用。汽车的风挡玻璃应采用强化的叠层安全玻璃,其它窗玻璃可用钢化玻璃或区域钢化玻璃,以减轻碰撞发生时因玻璃飞溅对驾驶员和乘客的伤害。在结构上应避免发动罩(对于长头车而言)在撞车过程中从风挡玻璃处浸入伤人。3）对内部实出物的限制。为了减轻车内乘员在二次碰撞中所造成的伤亡,车内部突出物应符合国家标准。54）车项的耐压强度、刚度要求。汽车的车顶应具有足够的强度和刚度以减轻汽车发生倾翻时乘员的伤害程度。5）侧门、车门锁及其合页结构强度要求。汽车的测门应具有一定的强度,尽量降低因侧向碰撞发生时,外界物撞入乘客舱所引起的伤害,为防止事故发生时乘员从车门处被抛出车外,这些部件应具有足够强度。6）乘员的约束与保护系统。安全带、乘员头枕和空气囊是汽车上常用的三种约束保护装置。国外汽车上乘员座椅头枕和安全带已成为必装项目,它们对乘员的约束保护已经被汽车制造商和汽车用户所接受。空气囊是国外近几年发展起来的一种乘员约束保护装置,其使用效果已经被试验和实车考核所证实,由于成本因素,目前它主要用于高级轿车上,即将被汽车制造商和使用者接受。在我国,乘员头枕正逐步在汽车上采用。1989年我国颁布了汽车安全带性能要求和试验方法的国家标准,在不久的将来也会被国产车采用。7）客车传动轴的防护要求。任何客车的传动轴在客厢地板的下面沿纵向布置时,应在滑动连接花键或其它类似装置的轴末端装一个防护罩或一支架,以防止传动轴或其它零件发生故障时引起摔打。8）对货车车箱的要求。货车车箱应具有足够的承载强度