23332字硕士毕业论文汽车气囊拉伸性能测试系统的研究

介绍

1.1研究的背景和意义

随着汽车数量的快速增加和车速的提高，交通事故越来越频繁和严重，用户对汽车安全的要求也越来越高。为了获得市场，汽车制造商根据用户的要求更新气囊，并期望使用新技术来提供更好的性能。安全气囊作为汽车安全的主要组成部分，越来越受到汽车制造商和汽车消费者的重视。对于汽车安全性能的定义，目前有两种含义:主动安全和被动安全。所谓主动安全(active safety)是指汽车在事故发生前预防事故的能力，如倒车雷达、人眼检测系统、esp、防撞预警系统等。另一方面，在事故不可避免地发生后，汽车内部安全设备保护乘客免受伤害的能力被称为被动安全，例如使用安全带和安全气囊。据国际权威部门统计，当汽车以50 Km/h的速度直接与其他物体碰撞时，从运动到静止的时间只有0.1 m左右，在这种情况下，人体因碰撞而受伤的概率高达70%。

因此，为了在发生事故时保护驾驶员和乘客的生命，车辆必须配备安全系统，如三点式安全带、安全气囊保护系统(SRS)等[1]。安全气囊保护乘客安全的原理是在汽车碰撞后迅速展开，在乘客和汽车部件之间形成充满气体的气垫，使乘客在惯性运动时跳到气垫上，从而吸收碰撞能量，降低乘客的受伤程度。因此，在气囊展开过程中测试气囊的性能成为气囊设计和生产过程中的关键。同时，电磁干扰对测试系统的影响也备受关注。

1992年，中国制定了抑制电磁干扰的强制性国家标准。电磁兼容性包括两个要求:一方面，运行中的测试设备不会对环境产生超过限值的电磁干扰；另一方面，测试设备必须对环境中的电磁干扰具有一定的免疫力，即电磁灵敏度[2]。电磁干扰主要通过传导和辐射传播。其中，传导耦合必须通过干扰源和敏感器件之间的完整电路传输，以形成干扰。如果干扰源和敏感器件之间的电路不完整，可以消除导电干扰。感应耦合不需要一个完整的电路来传输能量，但是干扰能量根据电磁场的规律向周围环境空发射电磁波来形成干扰。例如，常见的天线间传输方法属于电感耦合。

对于所研究的测试设备，内部带电部件在运行过程中相互干扰，如工作电源通过电路的分布电容和绝缘电阻产生的干扰，构成内部干扰，而运行过程中测试设备以外的其他因素对测量设备产生的干扰，如外部高压通过高压泄漏对设备的干扰，构成外部干扰[3][4]。基于各种因素，本课题提出了汽车安全气囊展开性能测试方案，并开发了一套安全气囊展开性能测试系统。考虑到安全气囊性能测试系统对可靠性和准确性的要求，本课题还对所开发系统的电磁兼容性进行了研究。气囊性能测试项目包括气囊的启动时间、展开时间、展开反作用力、展开加速度和展开角速度。测试数据用于判断气囊展开性能是否满足要求，同时为汽车气囊、车身骨架、座椅和仪表板的设计提供重要的数据依据。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外汽车安全气囊的研究现状

国外对汽车安全气囊的研究起步较早。1952年，赫里克发明了一种纯机械气囊:压缩空气体储存在压力容器中以膨胀气囊。汽车减速传感装置是与弹簧连接的质量块。当汽车发生事故时，如正面碰撞，质量块因惯性而移位，从而打开气阀并压缩空气体，使气囊充气。这种纯机械安全气囊可以安装在方向盘的中央、副驾驶前面的仪表板和座椅靠背上。20世纪60年代，美国公路交通安全委员会制定了一项法律，鼓励汽车制造商开发汽车安全气囊。20世纪70年代，更多的汽车制造商，如通用汽车、梅赛德斯-奔驰和丰田，都注意到安全气囊对保护人体安全的重要性以及装有安全气囊的汽车广阔的市场前景。为了抢占市场份额，他们在气囊的研发上投入了大量的资金和人力。最大的突破发生在1971年，当时德国的一家研究机构成功地将成熟的火箭推进技术应用到汽车气囊的研发中，这使得气囊技术摆脱了纯粹的机械模式，气囊充气技术成熟了。

由于许多国家的联合研发和研发结构以及技术成果的共享，气囊的研发得到了快速发展。1984年，NHTSA在联邦汽车安全标准中增加了安装安全气囊的要求，使汽车安全气囊的配置成为强制性要求。其他安全气囊发展的重要里程碑是FMVSS208的制定和欧洲ECER94法规的颁布。随后，其他具有国际竞争力的汽车企业也不想落后。他们一个接一个地制定自己的气囊标准，并使气囊成为他们生产的汽车的标准配置。20世纪90年代末，双气囊成为气囊研发的主流。双气囊技术的成熟及其在保护乘客方面的绝对优势使双气囊成为主流汽车制造商的标准配件。

第二章气囊展开性能测试系统的机械结构设计……7

2.1汽车气囊展开速度和加速度测试模块……7

2.2汽车安全气囊反作用力测试模块...................10

2.3汽车安全气囊静态展开提升模块……17

第三章气囊展开性能测试电气结构和软件结构设计...................23

3.1气囊展开性能测试电气结构设计……23

3.2气囊展开性能测试系统控制软件的设计……27

3.3数值转换和信号降噪……32

第四章安全气囊测试系统的电磁兼容性测试……37

4.1电磁干扰传输方法和解决方案……37

4.2有限元法和电磁仿真软件ANSYS简介..............................41

4.3基于ANSYS的电磁场数值模拟……44

摘要

近年来，汽车数量的快速增长和车速的提高导致了频繁而严重的交通事故，乘客对汽车的安全要求也有所提高。对于汽车制造商来说，汽车安全气囊是提高产品安全性能的主要途径之一。由于气囊在汽车碰撞等事故中的重要作用，对其展开性能的测试尤为突出。此外，由于测试系统中存在电磁干扰，不仅影响测试系统的准确性和可靠性，还可能使测试设备无法满足国家相关电磁兼容标准。在前人开发的测试方法和相关安全气囊测试标准的基础上，开发了汽车安全气囊展开性能测试系统，并提出了系统电磁兼容性测试和电磁兼容性改进方法。本文的主要研究内容和成果如下:

(1)设计测试汽车安全气囊展开速度和加速度的缓冲模块，介绍其设计原理。测量气囊展开的初始角速度和初始加速度，测试结果评价气囊的折叠方式和气体发生器对气囊展开的影响。汽车安全气囊的机械结构以及车身骨架、座椅、仪表板等重要参数。都是设计好的。

(2)设计汽车气囊展开反作用力测试模块。反作用力测试模块的设计原则是，考虑到汽车安全气囊的静态展开，通过其向后动作的影响来反映向前充气特性。汽车安全气囊静态展开的反作用力由力传感器直接测量，以评估汽车安全气囊的各种性能。分析了压力传感器分布的动态特性。

(3)设计汽车安全气囊展开提升模块及设计原则。升降模块是一种特殊的汽车安全气囊静态展开升降装置，能够实现汽车安全气囊展开速度和加速度测试模块的升降，并在汽车安全气囊展开过程中产生的冲击振动下保持稳定。

参考

李灵菊。汽车安全气囊和机械安全气囊概述[。汽车电子，1997，6

[2]国标18268-2000。[测量、控制和实验室用电气设备的电磁兼容性要求。

徐洲。电磁兼容性的基础和工程应用[。中国电力出版社。

[4]菅润田。电磁兼容性测试技术[。人民邮电出版社，2009.12。

[5]国标19949.2-2005。道路车辆气囊组件(第二部分:气囊模块测试)[。

[6]国标19949.3-2005。道路车辆安全气囊部件(第三部分:气体发生器装配试验)[。

杨志邦、程序、徐洲、田政。汽车安全气囊控制器测试验证平台的设计与实现[。《计算机工程与应用》，2011，47(27)。

胡华宋会。现代汽车安全气囊系统(ⅰ)[。汽车电子，1999，1。

尚伊恩、李波、陈晓东。基于气体发生器反作用力的静态展开及压力容器实验研究[。研发。2010年12月。

王福江、蔡骏、乔高伟。《驾驶员安全气囊的仿真与优化》，[。轻型车辆技术，2011.260(4)。