一种电磁驱动主动头枕的设计与研究.docx

一种电磁驱动主动头枕的设计与研究张盼盼尹小琴王明霞朱喜行江苏大学,镇江,212013摘要:设计了一种电磁驱动主动头枕,采用机电结合的方式,通过连杆机构实现头枕的快速前移。 为使头枕具有良好的运动特性和动力特性,设计了驱动滑块的位移规律并反推出电磁驱动器的控制电压。采用分时分区段能量守恒方法,得出了电压曲线中关键点的理论值;通过测试得到了电压试验值, 将其与理论值进行对比,结果发现二者的电压变化规律相同。关键词:追尾碰撞;主动头枕;数学模型;能量中图分类号:TH113DOI:10.3969/j.issn.1004-132X.2014.09.025Design of an Electromagnetic Drive Active HeadrestZhangPanpanYinXiaoqinWangMingxiaZhuXihangJiangsuUniversity,Zhenjiang,Jiangsu,212013Abstract:Anelectromagneticdrivingactiveheadrestwasdesigned,whichcombinedmechanicsandelectricitytoachievethefastforwarddisplacementoftheheadrestwiththelinkmechanism.Thedisplacementlawofdrivingsliderwasdesignedandthecontrolvoltageofelectromagneticactuatorwasderivedinordertomaketheheadrestwithgoodperformanceofmovementanddynamics.Thetheoreticalvaluesofthekeypointsinthevoltagecurvewereobtainedbyusingtheenergyconservationmethodineverytimeanddisplacementpartition.Thetestvaluesofvoltagewereobtainedthroughex灢periments.Comparedwiththetheoreticalvalues,thechangeruleofthemisthesame.Keywords:rearendcollision;activeheadrest;mathematicalmodel;energy0 引言世界上每年因交通事故导致约120万人死亡,直接经济损失约5200亿美元[1]。2006年,我国共发生汽车交通事故798652起,2007年845387起,年平均死亡人数突破10万,且经济损失逐年增加。2008年新的交通法实施后,汽车交通事故总数有所下降,为595347起,造成97585人死亡,427848人受伤,直接财产损失32灡5亿 元[1]。汽车交通事故多为碰撞事故,常见的碰撞形式有前碰撞、侧碰撞、后碰撞以及翻滚等,其中后碰撞占汽车碰撞事故的很大比例[2],而追尾碰撞易导致前车乘员发生挥鞭伤。挥鞭伤的机理尚在研究中,但生物力学的研究成果表明:在追尾碰撞中,适度减小头枕与头部的水平距离可大幅度降低挥鞭伤的程度[3],因此,汽车主动安全头枕的发明和使用应运而生。2005年佛山安伦公司研发了一种新型强动式主动头枕[4],它借助碰撞能量触发机械结构,但响应滞后,灵敏度差且机械效率低。2010年美国通用汽车公司研发了一种利用螺线管激活的主动防护头枕[5],但螺线管工作机理不够清晰,且头枕结构复杂、造价昂贵而不便推广。为了弥补上述缺点,本文设计了电磁驱动碰撞主动响应头枕,采用机电结合的方法,根据感知系统提供的信息,判断行驶安全性。若安装在汽车后端的碰撞传感器检测到车辆发生后碰撞且达到预定强度,则电磁驱动器发生作用,瞬间产生较大的电磁斥力,推动头枕机构中的滑块上移,实现头枕前部的快速前移。1 主动头枕工作原理与模型建立1.1头枕工作原理当车辆发生碰撞事故时,安装在汽车前后端的碰撞传感器及装在汽车中部的安全传感器实时采集车载数据,中央处理器对各传感器的输入信号按设定程序进行计算处理并输出处理结果。若 碰撞为前碰撞且殼v曒30km/h[6],则引爆安全气囊及安全带,否则,只引爆安全带;若为后碰撞且殼v曒10km/h[6],则启动电磁装置,瞬间实现头枕的快速前移。工作原理如图1所示。收稿日期:2012—12—27基金项目:2012年度江苏省“六大人才高峰暠资助项目图1头枕工作原理图1.2头枕前移机构设计为了满足头枕的传力均匀性及运动稳定性要求,设计了一对尺寸完全相同的连杆机构,以两根竖直杆为机架,机构的输出连杆即为头枕前部的骨架,其机构见图2。车辆正常行驶时,乘客