制动踏板力

制动踏板力（精选四篇）

制动踏板力 篇1

制动感觉较多地影响了人们对汽车制动系统的评估。建立在大量试验数据统计基础上的制动感觉指数评价体系,通过对各阶段的制动踏板行程、制动踏板力及相应的制动减速度的测量,能很好地反映、评估制动感觉。运用实例可知,这种主观评估客观试验化的方法,相对简化、易操作,并在保证正确性的同时,使相关的工程开发改进的人员、时间、成本得以有效降低。

1、研究踏效感的目的和意义

制动系统的操作作为汽车用户日常驾驶中最重要的交互界面之一。制动系统的表现除了我们平时常见的制动距离等硬指标外,制动感觉也是制动系统性能评估中不可或缺的重要组成部分。通常说的刹车“软”、“硬”,其实就是对制动感觉的部分简单描述。就人体感知而言,制动感觉较之制动距离更易被察觉。这也意味着制动感觉较多地影响了人们对于所驾车辆制动系统的评价。

2、制动感觉指数试验评估体系介绍

当下,关于制动感觉,各大厂商、机构通常以主观评估为主,辅之以各类系统特性曲线来作为设计或改进最后审评的依据。这就需要拥有一批专业的评估人员来进行相当数量的评估工作,而且主观评估会受到各种外界因素的干涉,科学、可靠性有所欠缺。有鉴于此,建立一个基于客观的、能正确反映主观感受的试验评估体系是解决问题的有效方法一。自上世纪90年代初以来,通用的研发人员通过对大量试验数据的统计分析后,建立了制动感觉指数(BFI)试验评估体系。期望能正确、可靠地反映制动系统的踏板感觉,且试验过程相对简单易行、具有可重复性。

踏板预置力是指驾驶员在踩制动踏板时,在制动力矩尚未施加于轮边前的踏板力的反应。通过踏板力与行程的关系可知,这个踏板力的初始起跳点就是踏板预置力,如图1所示。通常计算时,我们把踏板力对行程的2次微分值大于6mm/N2时的踏板力作为踏板预置力。这个力的存在,是由于现代轿车大多使用真空助力器作为伺服源。除去踏板机构本身的机械阻尼,踏板预置力的大小主要取决于助力器的输出特性。

驾驶员在实际驾驶中的制动操作一般都是带档制动。随着制动踏板的踩下,在经过初始的踏板运动后,制动总阀(主缸)将制动力施加于制动蹄片和制动盘,由此产生的制动力矩作用于车轮,使得车速降低并伴之制动减速度的产生。在常用的制动操作时,减速度一般小于0.6 g。极限减速度小于1g。通常情况下,若减速度大于0.7 g,ABS就有可能作用。而此时制动效能较之制动踏板感觉将更多被人们关注。有鉴于此,如图2所示,我们将制动前的减速度加上0.05时的A点作为制动的初始点,即正常制动的实际零点位置。设置这样一个零点充分考虑了因车型及制动系统的不同所造成的制动前的行车阻力、制动力的传递迟滞等因素的影响,使得我们对研究真实的制动过程有了相同的参考基点。B点,即在历经制动初始点后0.5 g处作为制动的正常作用点。在这一点前的制动减速度、制动力、行程通常呈线性关系。而之后的制动历程中,如图2所示C点之后,由于ABS的介入,这样的线性关系将不再呈现。

我们还选用了下列6个参数作为评价制动感觉的重要组成部分。

·制动初始点踏板力。

·制动初始点踏板行程。

·正常制动至0.5 g时的踏板力。

·正常制动至0.5 g时的踏板行程。

·踏板力的线性度指数。指在制动初始点到正常制动的区域内,制动踏板力相对于制动减速度的线性度指数。若该值接近于1,则表明踏板的输入与输出的制动减速度是完全的线性关系。这将是一个理想的制动踏板关系状态。

·满载最大制动减速度时之踏板力。这里的最大制动减速度是指ABS尚未起作用的制动阶段所能获得的最大制动减速度,此时的制动效率也最高。这时的踏板力大小直接影响着人们对制动性能表现之安全感的多少。

3、某轻卡制动踏板感分析

3.1 问题现象描述

制动踏板感觉初始阶段‘重’。

3.2 试验数据输入(同一总阀,不同行程踏板)

通过数据与曲线可以直观的看出,初始阶段,短行程制动踏板力增加较快。当人体适应初始阶段后,后续感觉就不明显,表现出来的主观感觉就是初始时期制动踏板‘硬’。

3.3 问题原因分析

由于气压制动系统踏效感评价零部件主要参考制动总阀及踏板参数,因此我们这里针对制动总阀特性曲线及制动踏板杠杆比进行分析。在一款车型选定制动总阀的条件下,制动总阀的输出气压值与制动总阀推杆的行程及推力就已经根据制动总阀特性曲线确定下来了。制动总阀通过制动踏板再反馈至驾驶员,驾驶员从制动踏板获取直观感受。

制动踏板行程由制动总阀推杆行程以及各零部件间空行程等组成,制动踏板力由制动总阀推杆力以及各零部件间阻尼力等组成。最终总行程及总的力通过杠杆比反馈至驾驶员。

与同系列车型对比:在采用同一制动总阀条件下,在相同减速度时,踏板行程短的,踏板力偏大。

综上,我们暂总结造成制动踏板偏重的原因有以下几个:

(1)该车型踏板杠杆比偏小;

(2)该车型力的传递效率偏低;

针对以上分析的原因,我们查找两种不同制动踏板的图纸,如下图所示。

两种制动踏板尽管结构不相同,但是杠杆比分别为6.8与6.7,极为接近,对制动力的影响可以忽略。

短行程制动踏板的力传递效率较差是产生该问题的主要原因。

4、总结

尽管驾驶者应该是汽车系统品质的最终评价者,但是通过试验及其后数据的分析,觉得这种结合了主观评估理念的客观试验方法,在正确反映系统表现时,又能做到评估过程相对简化、易操作,具有可重复再现性。相对于依赖昂贵的试车员来做主观评估,这种方法无疑是一种进步。在工程开发周期日益缩短的当下,这种方法或理念也越来越多得到重视,具有良好的应用价值。

摘要：针对制动踏板力问题进行研究,并结合实际车型制动踏板力大的问题进行分析解决,提高制动舒适性。

关键词：制动踏板感,制动踏板力,制动踏板行程,制动减速度

参考文献

[1]王霄锋.汽车底盘设计.北京:清华大学出版社.2010.

[2]江淮汽车集团研发中心.江淮轻型卡车设计规范.第一版,合肥:江淮汽车股份有限公司,2006年6月.

制动踏板力 篇2

本文设计了一种基于C8051F340单片机的汽车制动踏板操纵力与行程分析系统,利用单片机系统完成实验数据的采集、处理;使用USB总线进行数据从采集系统到PC的传输,成本低廉、安全可靠、扩展性强、便于编程和操作。由于实际硬件体积由PCB电路板大小决定,以及所选用的传感器可以安装于汽车机构内,不影响安全驾驶,可以在真实驾驶情况下使用;同时该系统既可脱离PC机工作,并将数据保存在SD卡中,又可以采取使用USB总线与笔记本电脑连接同步工作,方式灵活多样,适用于各种车辆的制动踏板力与行程值的实时采集与分析。

1 系统概述

本系统由三部分构成,其中数据采集模块带有传感器和放大电路,采用的是KYOWA公司的LP-100KB踏板力传感器和DTP-D-500S行程传感器,该传感器针对车辆实验设计,安装简单。车辆在使用该传感器时完全可以正常行驶且不影响驾驶安全性;同时KYOWA公司为该传感器配备有专门的放大模块,并提供接口函数便于进行二次开发,传感器采集到的模拟信号经过预处理电路后传到C8051F340的ADC端口,并在单片机内部进行处理,在单片机模块上面连接有LCD显示屏幕和按键,通过按键选择工作方式,通过LCD显示屏能实时查看某一通道的数据采集瞬时值。该系单片机模块带有SD插槽,使用该插槽可以通过C8051F340的硬件SPI总线向SD卡读写保存数据。方便以后在不同场合对数据进行分析,同时该系统也可以通过USB接口连接上位计算机,在上位机中安装有使用C#.NET编写的数据分析软件,通过该软件可以实时显示力和行程的二维曲线。通过对这些曲线的拟合和分析得到汽车制动踏板的操纵舒适性评价值,然后将其嵌入到生产过程质量反馈环节,通过生产过程的结构优化和机械调整可使汽车制动踏板力和行程值达到一个平衡点,从而提高制动踏板的舒适性和安全性。

2 系统的硬件结构

该采集分析系统基于SOC型单片机C8051F340和USB接口技术,其核心部件C8051F340是Silicon Laboratories公司推出的一款具有全速USB功能的混合信号微控制器芯片,它具有与MCS-51完全兼容的指令集,具有48 MIPS的高速运行速率;它提供64 KB的芯片内建闪存以及4352字节的RAM,此单片机具有流水线的指令结构;70%指令的执行时间为1或2个系统时钟[1],片内调试电路提供全速、非侵入式的在线系统调试;带有模拟多路器的10位200KS/s的单端/差分ADC;精确校准的12MHz内部振荡器和4倍时钟乘法器,提供40个可控制的I/O引脚;此外,C8051F340内置USB接口兼容USB2.0,支持全速(12MBPS)和低速(1.5MBPS)两种运行速度,内置的1k B的USB缓冲存储器,集成的收发器,无需外部电阻,可方便实现与计算机的通信,片内稳压器旁路支持USB自供电。此外,Silicon Laboratories公司还为C8051F340的USB驱动程序开发提供了USBXpress开发套件,大大节省了开发时间[2]。

2.1 系统主要器件

系统采用车载供电方式或者电池供电方式,单片机供电电压为5V,由于C8051F340内部有10位精度的高速模数转换器,所以无需外加模数转换器件。本系统采用P1.1和P2.2接口接收两路传感器传来的模拟信号,C8051F340有48个引脚,所以使用P1.3~P1.6口单独连接4个按键,作为选择通道以及其他功能按键;该系统使用外部20.00MHZ的晶振作为激励;为了能连接串口设备,系统提供串口方便将来与串行设备进行连接,通过交叉开关把C8051F340的P0.4和P0.5设置为TXD和RXD。由于RS232逻辑电平对地是对称的,与TTL、CMOS逻辑电平完全不同,必须使用电平转换芯片才能将串口和单片机连接,系统中使用一片MAX232芯片作为串口连接芯片,与单片机的TXD和RXD相连;为了实时监视采集及工作情况,使用一块1602液晶显示器来监视行程和力的实时数据,1602LCD采用并行连接方式,使用P3.0~P3.7作为地址总线对LCD进行指令/数据发送;该系统同样包括一个复位按键和一个JTAG在线调试接口,方便在线进行程序调试,电路结构如图2所示。

2.2 USB接口连接

设计中USB接口主要实单片机系统与PC机之间的数据通信。当数据需要在上位机上进行处理时,可使用C8051F340集成的USB功能控制器,来连接上位机的USB接口。该系统中D+、D-是一对差模信号,与USB电缆的D+、D-连接;REGIN是片内电压调节器的5V输入端,与VBUS引线联接;VBUS引线与C8051F340的引脚VBUS相连接,VBUS引线是USB电缆VBUS引线的感应输入端,当该引脚出现5V高电平信号时,表示设备和主机连接好[3]。

2.3 SD卡的连接

SD卡对外提供两种访问模式:SD模式和SPI模式。由于C8051F340具有硬SPI接口,所以该系统利用SPI总线来读写SD卡,在SPI总线模式下SCLK为主控制器向SD卡发送的时钟信号,Data In为主控制器向SD卡发送的单向数据信号,Data Out为SD卡向主控制器发送的单向数据信号[4]。系统中,主控制器并不直接访问存储器,而是通过卡的接口控制器来访问存储器。卡内存储单元的读、擦、写由接口控制器根据主控制器的命令自动处理完成,而主控制器无须知道卡内是如何操作、管理存储单元的,这将大大减轻主控制器对存储器操作的负担,提高系统运行效率。

SD卡内部有6个信息寄存器,用来设置和保存操作卡的关键信息,同时具有两个状态寄存器,用来记录操作卡的当前状态。所以本系统将SCLK和MISO以及MOSI I/O接口和SD卡相连接,通过指令将采集到的数据保存进SD卡中。

3 系统软件设计及工作原理

软件系统分为两个部分:即单片机内部程序和上位机分析程序,单片机内部程序采用C语言编写,使用Keil C作为开发工具,程序设计采用模块化的设计方式,整个上位机程序使用C#.NET开发,使用SQL数据库技术对数据进行存储,界面友好,便于人机交互。单片机内程序包括:主程序、初始化、按键响应、A/D转换功能、显示屏初始并显示、SD卡读写、串口通讯以及USB传输程序等。当连接上位机使用USB接口同步处理时,可使用专门为C8051F340提供的USB_Clo-ck_Start()、USB_Init()函数,系统软件流程图如图3所示。

3.1 A/D转换原理

系统开始时首先初始化单片机,包括设置定时/计数器的工作方式,装入初值,设置模数转换寄存器初值等,C8051F340的ADC0子系统集成了两个通道模拟多路选择器(合称AMUX0),和一个逐次逼近寄存器型ADC,ADC中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器。ADC0的最高转换速度为200ksps,ADC0的转换时钟由系统时钟分频得到,分频系数由ADC0CF寄存器的AD0SC位决定,配置寄存器ADCCF的格式如下:

其中各位含义如下:

位7~3(AD0SC4~AD0SC0):ADC0SAR转换时钟周期控制位。SAR转换时钟来源于系统时钟,由下面方程给出:

其中AD0SC表示AD0SC4~AD0SC0中保持的数值,CLKSAR表示所需要的ADC0SAR时钟;位2~0(AMP0GN2~AMP0GN0):ADC0内部放大器增益(PGA)[5]。

系统得到的转换好的数据存储在数据字寄存器ADC0H和ADC0L中,并通过LCD的地址总线发送到1602LCD,同步显示所得值。

3.2 SPI总线读写

该系统通过SPI口往SD卡内写入数据,写入前要先初始化SD卡,SD卡上电后默认为SD卡模式,通过发送指令CMD0来设置SD卡的SPI通信模式,如果设置成功则返回值0;SD卡的读写是以数据块为单位,数据块的长度最大可设置为5l2字节,为避免对SD卡过于频繁访问,被测信号采样后的采样值一般不能直接存储到SD卡中.等采样数据凑足设定的块数据后.再集中存入SD卡[6]。

对SPI的访问和控制是通过系统控制器中的4个特殊功能寄存器来实现的:SPI0CN-SPI控制寄存器、SPI0CFG-SPI配置寄存器、SPI0CKR-SPI时钟速率寄存器、SPI0DAT-SPI数据寄存器。

SPI0时钟速率寄存器的格式如下:

当SPI0工作在主方式时SPI0CKR寄存器中的值决定SCK输出频率。SCK时钟频率是从系统时钟频率得到的,由下面的方程给出:

其中:SYSCLK是系统时钟频率,SPI0CKR是SPICKR寄存器中的值[7]。

3.3 PC机端程序

上位机的程序部分主要完成两个功能:通过USB接口从单片机系统接收采集到的数据;使用曲线图显示得到的踏板力和行程的二维关系,并使用算法对曲线进行拟合和分析,最后得到一个理想的二维曲线图,再根据该曲线的力变率、相关度分析,并综合利用人因工程学理论对汽车制动踏板进行舒适性评价;同时该程序也可以通过读取SD卡内的数据,对存档数据进行分析。程序从USB口读取数据时,同样可以使用包含在USBX_F34X.LIB中的各种API函数[8],包括Block_Write()、Block_Read()等,使用这些函数可以对下层的USB器件进行访问,大大节省开发时间,PC上位机程序界面如下。

4 结语

根据实验验证,本文设计的汽车制动踏板操纵力与行程分析系统,可以稳定地应用于汽车的制动踏板人因工程学分析实验,利用SD的存储灵活性和USB接口的方便性,可以完成实验的实时数据采集与分析的要求,和传统的采集分析方法相比,该系统性能稳定、体积小、功能强可适用于科学实验和工业生产中。

参考文献

[1]倪陈强,陈贇.基于C8051F340单片机的USB HID类设备设计[J].嵌入式技术,2007(18):63-64.

[2]1SiliconLab.USBXpressProgrammer′sGuide[EB/OL].http://www.silabs.com.com/tgwWebApp/public/web_content/products/Micro-controllers/USB/USBXpress.htm,2007.

[3]鲍可进.C8051F单片机原理及应用[M].北京:中国电力出版社,2006:190-196.

[4]李长友,武学东.基于C8051F020的SD卡主控制器设计[J].微计算机信息,2007,(23):120-121.

[5]张迎新,雷文,姚静波.C8051F系列SOC单片机原理及应用[M].北京:国防工业出版社,2005:280-284.

[6]朱磊.基于C8051F340的低成本数据采集器设计[J].国外电子元器件,2008,(4):6-7.

[7]陈金忠,林立.基于双SOC单片机井下数据采集/存储系统[J].仪表技术与传感器,2008,(2):50-52.

汽车防误踩加速踏板强制制动装置 篇3

随着我国汽车工业的发展和人民生活水平的不断提高, 汽车正在快速进入普通家庭, 越来越多人正在走向汽车驾驶的行列。在行车过程中, 特别是初学驾车者, 遇到紧急情况时错把加速踏板当作制动踏板而引发的交通事故时有发生, 而目前汽车的结构设计, 无法防止此类误操作所带来的不良后果。

为此, 研究设计一种安全可靠、工作稳定、在误踩加速踏板时能实施强制制动的装置, 对有效化解紧急情况时驾驶员误踩加速踏板所带来的危害、防止交通事故的发生、保护人民生命和财产安全具有极为重要的现实意义。

1、国内外研究现状

在国内, 华东交通大学李骏研究的“汽车防误踩油门紧急制动装置” (2004年) , 主要由加速踏板拉杆、单向离合器等组成。加速踏板拉杆与加速踏板转轴固连, 加速踏板转轴与另一转轴间设有啮合齿轮, 另一转轴通过单向离合器与连接块相连, 连接块上设有制动拉杆, 制动拉杆与制动拉索相连。当出现紧急情况驾驶员误踩加速踏板时, 踏板拉杆带动加速踏板转轴、啮合齿轮使另一转轴快速转动, 当达到一定转速时, 转轴上的单向离合器就使连接块与转轴固连而带动制动拉杆转动, 使汽车停车。正常情况下, 驾驶员慢踩加速踏板, 单向离合器不工作。[1]但“当达到一定转速时, 转轴上的单向离合器就使连接块与转轴固连”, 在实际应用中较难实现。

郑州轻型汽车制造厂贾佳鹏研究的“防误踩油门装置的设计构想” (2006年) , 核心元件是加装加速踏板承接力度传感器。在加速踏板的力度 (或速度、或加速度) 达到设定值后, 触发传感器产生动作信号, 以驱动执行元件实现制动。[2]该装置如何将电动机的旋转运动转变为踩踏踏板运动, 仍是个需要研究的问题。而且可以想象, 在需要紧急制动时, 用直流串激电动机来驱动制动踏板, 可能比较慢, 很难达不到迅速制动、避免危险的目的。

国外有关防误踩加速踏板装置的研究开展较早, 实现的方式与国内的相近, 但技术也都不太成熟, 因此均没有得到推广应用。

3、本装置研发情况

3.1 设计的目的

为了防止现有汽车在紧急制动时驾驶员误踩加速踏板可能引发的交通事故, 本装置在正常踩踏加速踏板 (即慢踩加速踏板) 时不起强制制动作用, 汽车正常行驶;而在快速踩踏加速踏板 (即遇紧急情况驾驶员误将加速踏板当作制动踏板踩踏) 时则可使汽车强制制动并停车。在放松加速踏板后, 该装置能够自动解除制动, 使汽车迅速恢复到制动前的状态。

3.2 本装置的结构与工作原理

如图1所示, 本装置主要由加速踏板1、加速踏板油缸2、浮动阀3、储液室4、重阀5、单向阀弹簧6、单向阀7、重阀弹簧8、制动踏板油缸9、制动踏板10、制动踏板油缸11、杠杆、加速踏板油缸杠杆12等组成。

图中, 加速踏板1的下方和制动踏板10的上方分别通过加速踏板油缸杠杆12和制动踏板油缸杠杆11铰接一加速踏板油缸2和制动踏板油缸9, 加速踏板油缸2一路通过浮动阀3与储液室4相通, 另一路通过重阀5和单向阀7总成与制动踏板油缸9相通。浮动阀3左侧压力低时处于浮动状态, 即开启状态, 使油液与储液室4相通, 压力高时浮动阀3则处于关闭状态。重阀5上端设有使其落座关闭的重阀弹簧8, 重阀5内部设有单向阀7及单向阀弹簧6, 重阀5上端内侧为单向阀7的阀座。重阀5下端压力低时将在重阀弹簧8和重阀自重的作用下处于关闭状态, 压力高时则打开使油液进入制动踏板油缸9。单向阀7在单向阀弹簧6的作用下通常处于关闭状态, 当制动踏板油缸9的压力高时则打开使油液流回加速踏板油缸2。

正常行驶时, 踩踏加速踏板较慢。当慢踩加速踏板1时, 由于加速踏板油缸2的液压力上升慢, 浮动阀3不能关严, 油液便进入储液室4, 而重阀5在其重力和重阀弹簧8的作用下关闭, 油液不能进入制动踏板油缸9, 因此制动踏板不动作, 即慢踩加速踏板时, 此装置不起作用, 汽车正常行驶。

当遇紧急情况, 驾驶员快速误踩加速踏板1时, 加速踏板油缸2的液压力迅速上升, 浮动阀3在液压力作用下关闭, 同时单向阀7在液压力和单向阀弹簧6弹簧力的作用下关闭, 重阀5便在液压力的作用下克服重阀弹簧8而打开, 油液便进入制动踏板油缸9推动制动踏板10实施强制制动, 使汽车减速停车, 达到防误踩加速踏板强制制动的目的。

当危险解除, 放松加速踏板1时, 加速踏板将在其回位弹簧属汽车固有部件, 图中未画出的作用下回位。重阀5在制动踏板油缸9的液压力和重阀自重的作用下落座关闭, 与此同时, 单向阀7在液压力的作用下打开, 使制动踏板油缸9中的压力降低, 解除制动, 恢复常态。

3.3 关键技术

⑴在加速踏板的下方和制动踏板的上方分别设置加速踏板油缸和制动踏板油缸, 加速踏板油缸一路通过浮动阀与储液室相通, 另一路通过重阀和单向阀总成与制动踏板油缸相通。其核心技术是:慢踩加速踏板时浮动阀处于浮动状态, 即开启状态, 快踩加速踏板时浮动阀处于关闭状态。

⑵重阀上端设有使其落座关闭的重阀弹簧, 重阀内部设有单向阀及单向阀弹簧, 重阀上端内侧为单向阀的阀座。

⑶加速踏板油缸和制动踏板油缸分别通过杠杆与加速踏板和制动踏板铰接, 制动踏板油缸直径小于加速踏板油缸直径。

4、本装置评述

4.1 设计的科学性先进性

目前, 国内外汽车均没有设置防误踩加速踏板强制制动装置。就目前的相关研究来看, 大多存在误踩加速踏板时装置反应不灵敏、强制制动后不能迅速解除制动、工作不可靠等弊端;且结构较复杂, 不适合中、低档轿车及货车装用。

与现有的研究相比, 本装置具有结构简单, 操作方便、工作可靠、能从根本上消除误踩加速踏板引发的不良后果, 且成本低廉, 便于所有汽车装用。

4.2 技术特点和优势

该装置具有以下特点:

⑴该装置在正常慢踩踏加速踏板时不起强制制动作用;而在误将加速踏板当作制动踏板快踩时则可使汽车强制制动并停车。在放松加速踏板后, 该装置能够自动解除制动。

⑵以液压的方式设计防误踩加速踏板强制装置, 方法新颖。

⑶采用液压元件判断和区分快踩和慢踩加速踏板, 结构简单, 工作可靠。

⑷强制制动放松加速踏板后, 采用组合阀实现自动解除制动, 结构独特。 (下转第137页)

⑸该装置安全可靠、工作稳定、成本低廉、装用方便, 对有效化解紧急情况时驾驶员误踩加速踏板所带来的危害、防止交通事故的发生、保护人民生命和财产安全具有极为重要的现实意义。

4.3 符合相关标准和法规情况

本装置符合GB7258-2012《机动车运行安全技术条件》的制动系“7.1基本要求”、“7.2行车制动”以及“7.3应急制动”的相关规定。同时, 由于本装置在正常踩踏加速踏板时不起作用, 因此符合“7.13路试检验制动性能”的相关要求, 并符合《中华人民共和国道路交通安全法》的相关规定。

5、经济、社会效益与推广应用前景

5.1 经济效益与社会效益

目前, 我国汽车保有量过亿, 如果所有汽车加装该装置, 则具有极为可观的经济效益和广阔的发展前景。若汽车加装一套本装置增价为800元, 每套利润为300元, 如果1/10的在用汽车装用本装置, 则本项目产值为80亿元, 利润为30亿元。

安全是最大的节约。该装置的推广应用, 预计能减少1%-1.5%左右的交通事故, 能有效保护人民生命与财产安全。同时由于可在一定程度上减少交通事故, 因而可减少交通堵塞概率, 减轻交警、保险等系统的人力投入, 因此, 社会效益明显。

5.2 推广应用前景

随着我国机动车保有量的日益增长, 交通运输安全也愈来愈成为人们关注的焦点, 人们对交通运输安全广泛重视为本装置的推广应用奠定了基础;我国数以亿计的汽车为本系统的推广应用提供了契机;结构简单、改装容易、适用于所有车型, 为本装置的推广应用创造了条件。

参考文献

[1]李骏.汽车防误踩油门紧急制动装置.http://www.patent-cn.com/B60R/CN2625214.shtml, 2004, 12.

制动踏板力 篇4

作为零部件装配质量评价的一个重要方面,零件装配尺寸偏差直接影响产品多方面使用性能,如密封性、噪声及外观等。典型机械产品一般由多个零部件通过多个装配工序分级装配而成,每一个工序的装配偏差都会随着装配流程向下游的装配工序传递,最终对总装配体的装配质量产生影响。因此控制整个装配过程的尺寸工程是最终产品装配质量的重要保证。

本文以某车型在前期小批量试制阶段出现的制动踏板安装孔与车身安装过孔干涉为例,利用尺寸工程仿真软件3DCS进行公差分析,找出了影响制动踏板安装的影响因素并对贡献因子的灵敏度进行了排序,为解决此类问题提供了方向和思路。

2 问题现状

某SUV车型在试制阶段时,试制人员向车身钣金上安装制动踏板总成时发现主副定位孔固定后,制动踏板总成安装孔Y向出现遮孔现象,且遮孔方向不固定,试制人员需对车身安装孔进行返修后才能进行装配,降低了生产效率及整车质量,不满足量产车生产条件,影响项目节点及销售计划。对制动踏板总成、真空助力泵及车身相关安装孔通过检具进行抽样检测,相关位置度、面轮廓度及孔径均在给定公差范围内。

3 仿真分析

由于干涉位置波动,初步怀疑是由于公差不合理或公差累计导致,若是简单提高尺寸链中每个链环公差要求会增加生产成本。因此希望通过优化定位、采用简易工装或先进制造工艺等方法缩短尺寸链环、减少公差累积。上述方法对最终结果的影响需要进行一系列验证后才能确定。所以对此位置使用3DCS软件进行分析。

3DCS软件是一款基于蒙特卡罗法采样的三维尺寸公差分析软件,主要用于解决汽车工业、航空航天等制造领域的尺寸质量问题。3DCS具有三大模块,Analyst模块可对三维零件进行模拟装配,并定义零件的尺寸公差信息,主要用于刚体装配公差分析;Geofactor模块通过分析不同公差因素对装配质量的影响,用于评估各偏差因素对零件装配偏差的贡献度;FEA模块以有限元理论为基础,用于分析柔性零件装配过程中的弹塑性变形。3DCS一般分析流程如图1所示。

本文采用3DCS中的Analyst模块进行分析,对于每一次试验,采用蒙特卡罗法对偏差源进行采样,通过建立误差概率模型来模拟产品装配过程,实现灵活、精准的公差分析。

3.1 相关数据输入

零件及产品尺寸和公差如表1所列。

3.2 定位及装配关系

真空助力泵的4个定位销穿过车身上的两个过孔、1个主定位孔和1个副定位孔,与制动踏板总成上对应的主副定位孔和过孔通过4个M8螺母固定,其中,制动踏板总成的主副定位孔呈对角线分布,另外两个过孔与车身上的过孔单边距离>1.5 mm,对定位精度无影响。真空助力泵与制动踏板总成通过以上方式固定后,再用M8螺栓从车身前部穿过孔径为8.5 mm的制动踏板安装孔与车身进行固定,相关结构如2所示。

3.3 模型定义

本次偏差分析根据以上公差、工艺输入条件,运用蒙特卡罗算法模拟真实装配,进行3DCS偏差仿真分析。本次分析只考虑了以下条件的模拟。

a.取样次数为5 000次;

b.所有零件作为刚体考虑;

c.不考虑装配力、热膨胀、重力、弯曲或回弹(根据具体要求,变形量可以采用近似公差模拟方式输入);

d.计算符合正态分布的±3西格玛公差和中心正态分布。

3.4 计算结果

Y向偏差正态分布及贡献率统计如图3所示。

灵敏度分析是确定偏差仿真分析装配模型中对某一特定测量贡献率最大的公差。通过图3可知,制动踏板总成安装孔Y向干涉概率为24.54%,车身制动踏板安装孔位置度的大小对此处干涉影响最大,贡献率达63.5%。

4 改善方案及效果确认

通过偏差分析可知,减小车身制动踏板安装孔位置度对消除干涉最有效,但由于制造能力限制,且涉及到更改模具费用及周期等实际问题,经决定在满足车身技术条件的情况下,结合现场经验,将车身制动踏板安装孔孔径变大(由8.5 mm增至10 mm),经分析偏差结果如图4所示。

通过图4可知,车身制动踏板安装孔孔径更改后干涉状态得到了有效改善,干涉概率降至0.32%。

5 结束语

在整车装配过程中,受装配工艺、定位偏差、环境等因素影响,零件的装配偏差无法避免。通过改进装配工艺、提高定位销孔制造精度等方法可以有效减少零件偏差。但提高定位销孔制造精度意味着更高的制造成本,因此通过设计有效的装配工艺,可减少定位偏差对装配偏差的影响。通过以上问题的整改可知,三维分析软件为问题整改提供了方向,提高了效率,是解决此类尺寸问题的有效手段。

参考文献

[1]王静贤,转向管柱调节支架与限位支架干涉问题分析[J].汽车工艺与材料,2015.54-62.

[2]韦文杰,基于尺寸工程的某MPV前轮外倾角偏差分析[J].科技与创新,2015.109-113.

[3]张帆,三维单工序装配成功率建模及工艺参数稳健设计与优化[D].湖南:湖南科技大学,2015.