人—车—路环境下电动自行车动态性能与碰撞安全性研究（可编辑）.doc

人—车—路环境下电动自行车动态性能与碰撞安全性研究 . .一., . .. 口, 叫.. . 他, 他 肌 , 豫. . 佗 叫 ’ 忸 . 疳, .佗. 陀, . .. . , 忸 ,陀 , .嬲 . 代他 体 体. 陀●● . 佗 “母 .., 豫 . . . “ , .. , 陀 . 岣 : ; ; ; .? ; 第一章绪论 .课题研究背景和意义 电动白行车作为自行车的升级换代产品,不仅仅包含了驱动电机、可充电 电池,还改进了车架结构,增加了减振前又及后悬架、控制系统,成为了集机 械、电子、电机、电化学等技术为一体的高新技术产品。 世界上最早进入产业化生产的电动自行车是日本于年开始销售的 智能电动自行车,如图.。此后,由于日本只允许电助动自行车上路, 除了规定在速度达到/时必须断电外,对不同速度区间的人力、电力比 例也做出了具体规定。因此口前以日本为代表的日本、欧美国家及小国台湾地 区生产的电动自行车绝大部分采用电机中置式驱动【。其电动自行车车架结构 与传统的白行车差别不大,如图.。 \/ 智能电动白行乍 中置式驱动电动白行午 图同奉电动白行车 我国电动自行车的年产量从年的.万辆,发展到年的 万辆,占世界总产量的%以上。日前电动自行车全国保有量已经接近.亿 辆【。 作为轻型电动车技术的后起国家,经过这十几年的快速发展,我国电动自 行车的技术和质量水平都有了很大的进步和提升。不仅产业化程度高,生产规 模大,而且拥有原创的知识产权,有些技术已走到世界轻型电动车技术的前沿。第一章绪论 如与电动自行车相关的驱动技术、电池技术、控制技术、充电技术、能量回收 技术等已经领先于国际水平?。电动自行车品种繁多,车型设计千姿百态, 品牌集中度不断增强,在车架结构上也有较多的改进与创新设计。目前我国市 场上的电动自行车一般有两种类型:减振前叉型和全悬架型,见图.。 ■ 争 ‘ 了;/. 、弋 一》 珞 名\孽 ,一褡叫 褥 溺 减振前叉型 全减振型 图.我国电动自行车类型 但在电动自行车行业取得巨大发展的同时,也逐渐显露出一系列质量问题。 在、年国家、地方等质量检测机构对电动自行车产品进行的几次抽查 结果表明,产品抽样合格率在.%【引。问题包括主要结构部件振动性能测 试不合格、把立管静负荷较小,整车质量超重,最高速度超标,如最高的达到 了./等。另外。由于车架、前叉断裂造成人身伤害的事件时有发生。据 报道在杭州交通事故连年下降的情况下,涉及电动自行车的交通事故数量却呈 现逐年上升趋势,死亡人数也逐年上升。如图?为检测中断裂的车架。 图.检测中断裂的车架 综合分析可知,原因主要是我国电动自行车发生了如下的变化: 由于我国的电动自行车属于全电动类型,平均行驶速度和加速度比普通 天津人学博一:学似论文 自行车有所提高,行驶过程中受到的冲击和振动加大;我国市场上的电动自 行车主要采用铅酸蓄电池,体移大、质量大,引起了局部重量增大、质量堆秘。 骑车者坐姿由上身前倾改变为上身垂直。 针对这些变化,厂家设计出前减振、后减振及全减振电动自行车,以减缓 由于速度提高给车架带来的冲击振动,同时也提高了人体的舒适度。但除了部 分厂家对车架进行专门设计外,不少车架多沿用自行车的结构。目前的车架存 在两种现象:一是为了支撑电池等重量,加大局部或全部构件的管径和壁厚来 提高其强度与刚度,导致越来越超重及局部强度、刚度盈余过大;二是为了避 免超重及降低生成成本,而减小局部构件的管径及壁厚,导致局部构件强度、 刚度降低而出现支撑件断裂等质量问题。从历次质量检测结果看,目前的电动 自行车总体设计较弱,整车的强度不协调,存在强度局部盈余或较弱的现象; 各构件间刚度不匹配,减振系统与构件的刚度不匹配而使其振动性能测试不合 格等现象。 从科学角度看,电动白行车在设计方法上存在以下一些问题急待解决: 对电动自行车整车系统进行静力学建模与分析,研究整车系统的强度分 布特点: 对电动白行车整车系统进行动力学建模与分析,研究整车系统的动态性 能: 考虑尺度、材料、构件结构特性等诸多因素对整机动态性能的影响: 对整车碰撞进行有限元建模与分析,分析以不同的初速度进行碰撞时人 体的动力学响应和伤害特性。 . 电动自行车技术国内外研究现状 我国对电动自行车车架性能的分析最早出现在年,蔡振岩等【】采用 电测法对电动自行车车架强度进行了静动态强度测试,得出局部强度余量大, 为结构的设计、改进提供了依据。年尤国英等】采用程序,利用 梁单元建立电动自行车的有限元模型进行静动力分析,模型考虑了车轮的质量 和弹簧的刚度。年王世民】根据理论力学和钢结构理论对某电动自行车车 架 杆件危险截面处的应力和危险焊缝处的强度进行了验算。年李纶【 第一章绪论 讨论了存蓄电池处于不同安