机械创新设计方法方案

目录1研制背景及意义12设计方案221汽车油门装置设计222油门踏板加速度测定传感器设计2221电阻应变式2222压阻式2223压电式2224电感式2225差动变压器式23创新点24设计说明21研制背景及意义根据国家统计局的统计，2003年全国民用汽车保有量达到2400多万辆，其中私人汽车1219万辆。私人汽车中，373万辆是载货汽车，这些货车是百分之百的生产工具。846万辆私人客车中，50万辆是大中型客车，主要用于客运。小型客车保有量587万辆，微型客车209万辆，两者加起来总计796万辆。随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，汽车的消费量快速增长。与之相伴，交通事故也在上升。特别是对于一些驾车新手，遇到紧急情况时，心慌意乱，错把油门踏板当成制动踏板猛踩下去，如此酿成车毁人亡的交通事故时有发生。现在汽车油门踏板结构遇到这种驾车误操作时，没有紧急避险的的安全保障功能，即没有经济避险的安全保障方法及装置。油门儿踏板的驾驶应以右脚后跟踏放在操纵室地板上作为支点，脚底板轻踏在加速踏板上，用踝关节的伸屈动作，踏下或放松。踏放油门儿踏板时，用力气要温和，做到轻踏缓抬交通工具上坡时不能踏死油门儿踏板，用低速挡时，油门儿普通应踏下二分之一为宜。交通工具冲坡时，也不能将油门儿踏板踏到尽头。交通工具行走中若油门儿踏板踏下四分之三而引擎发动机仍不可以相应增加转速时，应换入低一级挡位，再踩下油门儿踏板施行加速。交通工具停驶、熄火前，应先松油门儿踏板，不能猛轰空油门儿。起动引擎发动机时，油门儿踏板不要踩到尽头，略高于怠速油门儿为好。开始走时，加油应略在分离器联动点之前为妥，油门儿开度取中小程度为佳。放松分离器要与踩油门儿关系近合适，动作快捷。运行中，应依据道路事情状况和实际需求增大或减小油门儿。挑选的挡位要合适，使引擎发动机大多时间运行在中常转速和较大节气门，以节约燃烧材料。排挡时加空油、踩分离器与踩油门儿踏板的合适要协调。自动挡车由于没有离合器，理论上似乎可以将刹车、油门分别用左右脚来控制，但如果形成这样不良的驾驶习惯，一旦驾驶手动挡车时，驾驶者极易“精神错乱“，把油门当刹车或刹车当油门的可能性反而倍增。“油门当刹车“，导致其他交通参与者无辜伤亡。近年来究竟“谋杀“了多少人的生命健康安全据调查研究发现竟出现了近20万条记录。油门当刹车踩往往会在什么情况下出现这个错误到底如何避免因此我们开始致力于研究压力的传感器，在油门上置一压力传感器，通过分析在踩油门时力的变化率来判断是否该次踩油门有效，将事故防范于未然，避免该问题的发生。2设计方案在油门踏板下面安装油门踏板加速度测定传感器，驾车者紧急刹车时，误踩油门踏板的力气大，而且加速度大，传感器接收到的传感信号值小于等于正常驾车踏踩油门的传感信号阀值时，则该次踏踩油门有效，执行该此踏踩油门的指示，汽车加速度改变；若是该此踏踩油门的传感信号值大于正常驾车踏踩油门的传感信号阀值时，通过电脑芯片控制及执行元件，使该次踏踩油门失效，汽车行驶的加速度不改变，必须重新施力，如此循环；若是传感器接受到的传感信号值大大高于正常驾车踏踩油门的阀值时，通过电脑芯片控制及执行元件，同时使汽车点火线圈熄火、制动总泵制动以及节气门关闭，通过多种手段及装置，使汽车立即制动，可有效保障驾车者及汽车的安全。21汽车油门装置设计图11节气门2电控开关3传感器4CPU5继电器6点火线圈7电磁铁8制动总泵9常闭触头图1中，3处为油门踏板，下面安装油门踏板加速度测定传感器，在本次设计方案中，可采用电阻应变式、压阻式、压电式、电感式和差动变压器式等多种传感器形式。传感器的信号输入端与油门踏板连接，传感器的信号输出端与CPU装置的输入端连接，通过控制电路连接继电器5的输入端，继电器5输出端的一对常闭触头9与汽车点火线圈6的点火开关SW汽车启动钥匙串联连接，构成汽车点火线圈6的总点火开关。继电器5输出端的一对常开触头连接与牵引电磁铁7的电磁线圈的供电电路中，牵引电磁铁7的输出端与汽车制动总泵（ZD）8的控制端连接。当误踩汽车油门踏板时的传感信号值远远大于正常汽车踩踏油门的阀值时，在图1的计算机芯片（CPU）及与其连接的继电器5的控制下，常闭触头9断开，对点火线圈6停止供电，使汽车点火电路熄火。与此同时，牵引电磁线圈供电电路中的继电器5输出端的一对常开触头闭合，牵引电磁铁牵引控制端使制动总泵8对汽车制动。当传感信号值小于等于正常汽车踩踏油门的阀值时，在图1的计算机芯片（CPU）判断该次踏踩油门为正常加速度改变踏踩，继电器等装置不工作。当传感信号大于正常汽车踩踏油门的阀值时，在图1的计算机芯片（CPU）及与其连接的继电器5的控制下，判断该次踩踏油门为无效，需重新施加力在行判断。图222油门踏板加速度测定传感器设计221电阻应变式采用以厚度为00020008MM的金属箔片作为敏感栅材料，箔栅宽度为00030008MM。丝式应变片是由一根具有高电阻系数的电阻丝直径0015005MM，平行地排成栅形一般240条，电阻值60200，通常为120，牢贴在薄纸片上，电阻纸两端焊有引出线，表面覆一层薄纸，即制成了纸基的电阻丝式应变片。测量时，用特制的胶水将金属电阻应变片粘贴于待测的弹性敏感元件表面上，弹性敏感元件随着动态压力而产生变形时，电阻片也跟随变形。如下图所示。B为栅宽，L为基长。A）丝式应变片B）箔式应变片材料的电阻变化率由下式决定（1）DRA式中；材料电阻由材料力学知识得；212DRCKK金属电阻应变片的敏感度系数式中K对于确定购金属材料在一定的范围内为一常数，将微分DR、DL改写成材料电阻率增量R、L,可得3RLK由式2可知，当弹性敏感元件受到动态压力作用后随之产生相应的变形,而形应变值可由丝式应变片或箔式应变片测出，从而得到了R的变化，也就得到了动态压力的变化，基于这种应变效应的原理实现了动态压力的测量。222压阻式采用硅片作为弹性敏感元件，任该膜片上用集成电路扩散工艺制成四个等值导体电阻，组成惠斯登电矫，当膜片受力后、由于半导体的压阻效应电阻值发生变化，使电桥输出而测得压力的变化，利用这种方法制成的压力传感器叫压阻式压力传感器相似于电阻应变式传感器12LSREKL其中223压电式由于压电传感器受到力时，其表面聚集着数量相等而极性相反的电荷Q，而晶体片本身又是绝缘体，很显然这样的晶体片就构成了电容器，若极扳间电容为CO时，在两极板间呈现的电压为0QUC因此压电传感器可以等效为一个电压源和一个串联电容表示的等效电路或把压电传感器等效个电荷源与一个电容CO并联的电荷等效电路。压电作感器的前置放大器可分两类，即高输入阻抗电压放大器，其输出电压与输入电压成正比，这种电压前置放大器一般也称为阻抗变换器；另一种是电荷放大器，其输出电压与输入电荷成比例。224电感式铁芯1和衔铁2均由导磁性材料硅钢片或坡莫合金制成。衔铁和铁芯之间有空隙，在压力作用下，衔铁随膜盒3上下运动，磁路中的气隙随之改变，使线圈的磁阻发生变化，从而引起线圈电感的变化。线圈中的电感等于单位电流所产生的磁链。上式为电感压力传感器的基本特性公式，它表示由于压力P的变化引起膜片衔铁气隙的变化，使得磁路中线圈电感也有相应的变化，而测出电感量的变化，就能得到压力的大小。225差动变压器式在力的作用下，弹性元件产生变形，测位移法通过测量未知力说引起的位移，从而间接地测得未知力值。图示的电容传感器与弹性元件组成的测力装置中，扁环形弹性元件内腔上下平面上分别固连电容传感器的两个极板。在力的作用下，弹性元件受力变形，使极板间距改变，导致传感器电容变化。用测量电路将电容量转变为电信号，即可得到被测力值。通过多种方案对比，我们决定采用电阻应变式压力传感器，通过编写C语言程序对是否成立进行判定，如果成立，该此踩击油门有效，执DFT安全阀值行该此踏踩油门的指示，汽车加速度改变；若是该此踏踩油门的传感信号值大于正常驾车踏踩油门的传感信号阀值时，通过电脑芯片控制及执行元件，使该次踏踩油门失效，汽车行驶的加速度不改变，必须重新施力，如此循环；若是传感器接受到的传感信号值大大高于正常驾车踏踩油门的阀值时，通过电脑芯片控制及执行元件，同时使汽车点火线圈熄火、制动总泵制动以及节气门关闭，通过多种手段及装置，使汽车立即制动，可有效保障驾车者及汽车的安全。3创新点1通过感知压力的变化来判断踩油门是否有效，可以有效减少因为误踩油门而造成的交通事故。2采用电阻应变式压力传感器，该传感器具有较高的强度和抗冲击稳定性，具有优良的静态特性、动态特性和较高的自震频率，可达30KHZ以上，测量的上限压力可达到96MPA。3装配简单，方便快捷，可更换，易于推广，有广阔的市场前景4设计说明油门跟刹车被视为汽车控制的灵魂。汽车发动机的油门，一般是靠踏板来控制的，也称加速踏板，是车用发动机控制供油的装置。油门踏板的操纵应以右脚跟踏放在驾驶室地板上作为支点，脚掌轻踏在加速踏板上，用踝关节的伸屈动作，踏下或放松。踏放油门踏板时，用力要柔和，做到轻踏缓抬。起动发动机时，油门踏板不要踩到底，略高于怠速油门为好。起步时，加油应略在离合器联动点之前为妥，油门开度取中小程度为佳。放松离合器要与踩油门密切配合，动作敏捷。运行中，应根据道路情况和实际需要增大或减小油门。选择的挡位要适当，使发动机大部分时间运行在中等转速和较大节气门，以节省燃料。换挡时加空油、踩离合器与踩油门踏板的配合要协调。汽车上坡时不得踏死油门踏板，用低速挡时，油门一般应踏下一半为宜。汽车冲坡时，也不得将油门踏板踏到底。汽车行驶中若油门踏板踏下四分之三而发动机仍不能相应增加转速时，应换入低一级挡位，再踩下油门踏板进行加速。汽车停驶、熄火