運(yùn)動(dòng)型電動(dòng)汽車電子油門踏板的設(shè)計(jì)及有限元仿真研究目錄TOC\o"1-3"\h\u100831前言 1295461.1背景及意義 1217871.2發(fā)展前景 2216761.3本文研究的具體內(nèi)容 2179872汽車電子油門踏板研究及分類 3179322.1油門踏板的發(fā)展 363202.2汽車電子油門踏板的分類 4316702.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 538412.4汽車電子油門踏板的設(shè)計(jì)規(guī)范 5308453汽車電子油門的模型 722093.1汽車電子油門踏板 736813.2汽車電子油門踏板設(shè)計(jì)方法 7181193.3汽車電子油門踏板連桿三維建模 8153734汽車電子油門的有限元分析 9201014.1汽車電子油門踏板連桿有限元仿真 959384.2原模型分析 11307484.2.1X型加強(qiáng)肋連桿的靜應(yīng)力分析 11130514.2.2X型加強(qiáng)肋連桿的形變分析 12323094.3汽車電子油門踏板連桿模型優(yōu)化方案 12109924.3.1汽車電子油門踏板加強(qiáng)肋的優(yōu)化 12132384.3.2汽車電子油門踏板加強(qiáng)筋的優(yōu)化 1632244參考文獻(xiàn) 171前言1.1背景及意義目前，汽車已經(jīng)成為了人們生活中的必需品，在已開(kāi)發(fā)國(guó)家，汽車的普及已達(dá)到比較先進(jìn)認(rèn)知水平。譬如美國(guó)，每一個(gè)家庭，車的擁有數(shù)平均是2~3臺(tái)?？墒强v觀我國(guó)人均汽車數(shù)，還無(wú)法和已開(kāi)發(fā)國(guó)家進(jìn)行媲美。正是因?yàn)槲覈?guó)極為巨大的消費(fèi)市場(chǎng)，一躍成為國(guó)家大力支持的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)其一。我國(guó)汽車工業(yè)借助合資企業(yè)這一渠道，將全球前沿的發(fā)達(dá)技術(shù)，引入我國(guó)，不斷追趕和海外發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距，由進(jìn)口技術(shù)，逐步走向自主發(fā)展的道路。歷經(jīng)長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累，我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)步入一個(gè)較為成熟的發(fā)展階段?？墒?，在整車研發(fā)和性能測(cè)試等方面，我國(guó)水平依然無(wú)法和全球汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá)水平，一較高下。而隨著汽車經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車在人們?nèi)粘ＯM(fèi)的比重也高了起來(lái)，大眾也在逐漸為他們的汽車尋找更舒適、更智能、更環(huán)保和更安全的性能。在眾多汽車配件中有許多部件控制著車輛的運(yùn)動(dòng)。然而與駕駛員直接接觸的部件不多，其中一個(gè)關(guān)鍵部件是油門踏板。油門踏板是駕駛員控制速度的關(guān)鍵，司機(jī)通過(guò)油門踏板來(lái)控制汽車的速度。當(dāng)汽車油門踏板應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)型汽車時(shí)，對(duì)汽車踏板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就有了更高的要求。在現(xiàn)有的技術(shù)條件和成本的技術(shù)下，研究人員用一系列的方法來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)整車的生產(chǎn)過(guò)程，包括使用的新材料、新結(jié)構(gòu)，改進(jìn)現(xiàn)有的材料和過(guò)程等，以達(dá)到進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品性能。1.2發(fā)展前景2014年1月，我國(guó)實(shí)行了更為嚴(yán)苛的國(guó)家第4階段機(jī)動(dòng)車污染物排放性標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)車輛的廢氣排放進(jìn)行周期性和梯度性的控制。在這種情況下，電子油門踏板逐漸取代傳統(tǒng)的油門踏板，因?yàn)樗奶囟ǖ膬?yōu)勢(shì)。它應(yīng)用于汽車油門控制系統(tǒng)后帶來(lái)了許多優(yōu)點(diǎn)，減少了汽車的尾氣排放，提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)使得車輛的動(dòng)力、穩(wěn)定性、安全性得到了極大的提升。電子油門踏板被看做是電子油門管控系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成之一，踏板的性能關(guān)乎到車輛其穩(wěn)定程度、動(dòng)力、舒適程度、安全程度。油門進(jìn)氣量可在電子油門的控制系統(tǒng)下，得到控制，使得發(fā)動(dòng)機(jī)獲取較大的功率、相應(yīng)的油耗，以及達(dá)標(biāo)的排放。為越來(lái)越多的汽車，特別是商用汽車所采用。傳統(tǒng)的拉線式油門控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單而且無(wú)法保證汽車處于最佳工作狀態(tài)。它使燃油經(jīng)濟(jì)性更差，增加了駕駛成本，同時(shí)由于缺乏燃料而造成的空氣污染也使汽油產(chǎn)生廢氣。1.3本文研究的具體內(nèi)容在汽車性能設(shè)計(jì)和輕量化的大趨勢(shì)背景下，為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，研究的主要課題是一種采用兩驅(qū)版普通電子油門踏板的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足法規(guī)相關(guān)要求前提下提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以應(yīng)用于四驅(qū)版運(yùn)動(dòng)款車型。此外，通過(guò)有限元模擬，對(duì)油門踏板機(jī)構(gòu)的靜力特性進(jìn)行了分析和研究，并根據(jù)仿真結(jié)果探討不同的設(shè)計(jì)方法對(duì)電子油門踏板強(qiáng)度的影響。對(duì)于汽車電子油門踏板整體而言，連桿結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析是保證其使用要求的重點(diǎn)，因此本文著重對(duì)踏板連桿進(jìn)行分析。加速踏板臂是加速系統(tǒng)的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)部分，在不斷裂的情況下承受車輛駕駛員更大的踏板力。為了滿足使用和安全要求，需要設(shè)計(jì)一種優(yōu)化的機(jī)械結(jié)構(gòu)，對(duì)它進(jìn)行有限元分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式，為工程師提供了一個(gè)基礎(chǔ)，加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。工程師碰到設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不足的情況，一般都需要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)，修改的一個(gè)循環(huán)，而這個(gè)循環(huán)一般都要重復(fù)很多次來(lái)完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)周期太長(zhǎng)。首次，計(jì)算機(jī)運(yùn)動(dòng)模擬是依靠二維圖形相關(guān)形式，展開(kāi)的。從起初，各類機(jī)制在實(shí)際之中，進(jìn)行模擬，形成簡(jiǎn)易的線條，到之后，圍繞二維圖形運(yùn)動(dòng)展開(kāi)的細(xì)致化模擬，都無(wú)法打破二維的制約，就實(shí)際而言，二維圖形沒(méi)有辦法完成對(duì)復(fù)雜空間機(jī)制其運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步模擬。伴隨著計(jì)算機(jī)軟件、硬件、圖形不斷的發(fā)展，三維立體運(yùn)動(dòng)的模擬已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。在三維仿真系統(tǒng)之中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)組件，全部都以三維實(shí)體進(jìn)行展現(xiàn)，更加滿足大眾的視覺(jué)習(xí)性以及觀念，最具有象征性的就是體現(xiàn)生命的實(shí)際狀況，，使得空間運(yùn)動(dòng)其仿真體系，變成了實(shí)際。在仿真軟件、有限元分析軟件強(qiáng)力推動(dòng)下，針對(duì)有關(guān)計(jì)算加以模擬與剖析，可在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析，使得測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)不斷降低，節(jié)約開(kāi)發(fā)時(shí)間。它可推動(dòng)全新的油門踏板實(shí)現(xiàn)更安全、可靠、舒適的發(fā)展。2汽車電子油門踏板研究及分類2.1油門踏板的發(fā)展為了匹配汽車行駛速度等要使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率隨時(shí)可調(diào)，且對(duì)可燃混合氣體流量的規(guī)模，進(jìn)行控制，就是此次的核心，節(jié)氣門其開(kāi)度可以對(duì)可燃混合氣體，投入到氣缸做功的量，進(jìn)行調(diào)節(jié)。以往的連接方式就是簡(jiǎn)單的把油門踏板同節(jié)氣門，通過(guò)拉索，或者拉桿，把兩端銜接在一塊，且油門踏板還是對(duì)節(jié)氣門開(kāi)度進(jìn)行調(diào)控的主要元件。傳統(tǒng)節(jié)氣門操作機(jī)構(gòu)中節(jié)氣門和油門踏板的傳輸比例是1：1，這種傳輸方式很大可能會(huì)導(dǎo)致節(jié)氣門開(kāi)度與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不匹配，導(dǎo)致燃油的不完全燃燒造成燃油的浪費(fèi)和空氣污染。在電子控制系統(tǒng)得到迅速發(fā)展下，電子油門踏板升級(jí)為汽車其標(biāo)配之一。與傳統(tǒng)的牽引油門相比，在電子油門其發(fā)動(dòng)機(jī)之中，它與傳動(dòng)油門踏板進(jìn)行了對(duì)照，新增加了位置傳感器，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(電子控制單元)可以根據(jù)位置傳感器和一系列其他信號(hào)對(duì)油門的開(kāi)啟進(jìn)行綜合控制。也就是說(shuō)，在現(xiàn)階段的電子油門之中，油門的啟動(dòng)，并未不只是經(jīng)過(guò)油門踏板其啟動(dòng)所決定的，ECU在做出調(diào)整的時(shí)候，還對(duì)其余因素，進(jìn)行了考量，進(jìn)而以完善發(fā)動(dòng)機(jī)其工作為主要條件。因此，電子加速器在燃油經(jīng)濟(jì)性和車輛主動(dòng)安全控制方面具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的加速踏板臂通常由鋁合金或Q235制成。隨著輕型車技術(shù)的發(fā)展，輕型車的一種方法是用輕質(zhì)材料也逐漸代替了金屬材料進(jìn)入汽車零部件中。用工程塑料代替金屬已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，越來(lái)越多地用于汽車零部件的制造過(guò)程。在許多型號(hào)中，踏板材料由尼龍66制成，其中含有30%的玻璃纖維。這種材料有良好的綜合性能，耐疲勞強(qiáng)度也有大幅度提升，它最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以充當(dāng)受力結(jié)構(gòu)件且有很強(qiáng)穩(wěn)定性能長(zhǎng)期保持尺寸穩(wěn)定。但對(duì)比金屬來(lái)說(shuō)，剛度和強(qiáng)度等會(huì)有所下降，這就對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、形狀有了更高的要求。2.2汽車電子油門踏板的分類油門踏板分為兩種，一種是機(jī)械油門踏板，還有一類屬于電子油門踏板。機(jī)械式油門系統(tǒng)正在漸漸被電子油門系統(tǒng)替代。以往的拉線式油門控制系統(tǒng)，是靠油門踏板的轉(zhuǎn)動(dòng)拉動(dòng)線控裝置，從而達(dá)到控制節(jié)氣門開(kāi)度的一種操控方式，這就是一種單純依靠機(jī)械進(jìn)行控制的模式。此外，電子油門系統(tǒng)，主要組成包括，油門臂、ECU、數(shù)據(jù)總線等。電子油門系統(tǒng)用于電子控制更加科學(xué)，燃油噴射量控制更加精確，試著發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)部，其空氣燃料比更加滿足標(biāo)準(zhǔn)，在確保燃料可以充分燃燒的情況下，也保證了動(dòng)力輸出更趨于平穩(wěn)，經(jīng)濟(jì)性也更加有優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的拉線式油門控制系統(tǒng)，是靠油門踏板的轉(zhuǎn)動(dòng)拉動(dòng)線控裝置，從而達(dá)到控制節(jié)氣門開(kāi)度的一種操控方式，這是一種純機(jī)械的控制模式。從外形上來(lái)分類，汽車電子油門踏板的形式主要有兩種：即懸掛式、地板式，這兩種類型的踏板在國(guó)內(nèi)外的各種車型上有著廣泛的應(yīng)用。以威廉姆斯公司兩款汽車電子油門踏板為例，如圖2.1、2.2所示。圖2-1：懸掛式電子油門踏板圖2-2WM532：地板式電子油門踏板由于結(jié)構(gòu)形式的不同，懸架電子油門踏板和地面電子油門踏板都有一定程度的使用不同，但工作方式相似。電子地面油門踏板的安裝尺寸較大，它的成本比懸掛式電子油門踏板還高。電子地面油門踏板更符合人體工程學(xué)的駕駛也更適合司機(jī)。因此，電子地面油門踏板經(jīng)常用于卡車和公共汽車。懸掛式電子油門踏板占用更少的空間，更適合緊湊的車輛。另一方面，某些特殊類型的車輛也使用地板式電子油門踏板，例如賽車。2.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀上世紀(jì)七十年代，海外開(kāi)始了對(duì)電子加速器控制系統(tǒng)的研究，直至八十年代后期，電子油門控制系統(tǒng)成功問(wèn)世，并且運(yùn)用到了寶馬BMW7501L高級(jí)轎車?？墒?，因?yàn)槠鸪醯募夹g(shù)水平較低，以及施工費(fèi)用的高昂，電子加速器控制系統(tǒng)無(wú)法得到廣泛的推廣。九十年代之后，世界各地電子汽車配件，例如：美國(guó)的CTS等，意大利的Marelli等，德國(guó)的Pierburg等，日本的Denso等，都一直處于電子油門踏板其研究與研發(fā)的先鋒位置?，F(xiàn)階段，在海外，電子油門踏板最為標(biāo)配，進(jìn)行使用?？墒牵瑖?guó)內(nèi)缺乏一致性的電子油門踏板設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，就電子油門踏板其系統(tǒng)研究領(lǐng)域而言，起步也比較晚，可是，近些年來(lái)發(fā)展速度不斷加快。奇瑞、南京奧林林、寧波高發(fā)等我國(guó)知名品牌也同樣在開(kāi)展相關(guān)研究，2005年，寧波高發(fā)汽車零部件公司首次開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電子油門踏板。國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究，一般聚焦在下述幾個(gè)維度：（1）電子油門踏板其研發(fā)與優(yōu)化。譬如，吉林大學(xué)：初秀民等人基于對(duì)人腳控制其油門踏板具體位置的剖析，研發(fā)了得出電子油門踏板控制機(jī)制；同濟(jì)大學(xué)：吳志宏等研發(fā)一類以Modbus協(xié)議的線性為基礎(chǔ)的霍爾傳感器編程器；揚(yáng)州大學(xué)：葉飛等研發(fā)了一整套以霍爾元件為基礎(chǔ)的電子油門踏板。（2）電子油門故障診斷層面的研究。譬如，上交大周興利等人借助專家系統(tǒng)，圍繞電子油門，其故障進(jìn)行了診斷與判斷。相關(guān)研究發(fā)展迅猛，可是，因?yàn)楸∪醯难芯炕A(chǔ)、技術(shù)開(kāi)發(fā)，還有裝配、加工方面的工藝問(wèn)題，和海外汽車零配件生產(chǎn)商相比，例如CTS、Bosch等等，我國(guó)產(chǎn)品就技術(shù)性能層面，依然還有很長(zhǎng)一段路要走。（3）2020年博世還提出了一款新概念油門踏板，這款油門踏板自帶反饋功能。在遇到不同情況時(shí)會(huì)用不同的方式提醒你。如當(dāng)遇到發(fā)動(dòng)機(jī)換擋轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)通過(guò)敲擊提醒你。在超速時(shí)提示你不該再加速了，等等。2.4汽車電子油門踏板的設(shè)計(jì)規(guī)范電子油門踏板連桿是汽車油門踏板中機(jī)械模塊的一個(gè)很重要的組成部分，從材質(zhì)上劃分的話，有金屬型和非金屬型兩種。現(xiàn)代汽車電子油門踏板的選材考慮了現(xiàn)在汽車越來(lái)越輕量化的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，選取了工程塑料，以注塑成型結(jié)構(gòu)為主。工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須對(duì)成型因素其作用，進(jìn)行考慮，使得設(shè)計(jì)難度不斷提升。為了保證電子油門踏板，可以達(dá)標(biāo)，其構(gòu)造必須符合多項(xiàng)技術(shù)所需。例如，浙江某汽車研究院旗下的電子油門踏板技術(shù)條件，一些方面的設(shè)計(jì)技術(shù)具體標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）靜力測(cè)試強(qiáng)度從踏板面工作方向——垂直于踏板面，正向強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)由900N提高至1300N；增加斜向45度強(qiáng)度要求，在不小于500N的力，踏板不能有損傷，組裝后不得有干涉、卡滯現(xiàn)象和異常聲響。（2）外觀零部件表面必須無(wú)刮痕、沒(méi)有銹蝕、毛刺、不足和缺陷、裝配準(zhǔn)確且穩(wěn)固。因?yàn)?，我?guó)并未對(duì)其制定一致性標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，決定權(quán)在工廠對(duì)配件公司那里。電子加速器是由德國(guó)博世公司、威廉姆斯（蘇州）控制系統(tǒng)有限公司和揚(yáng)州東博汽車配件廠等國(guó)內(nèi)外多家汽車零部件廠共同提供的，供應(yīng)車的類型也極為繁雜，有卡車、汽車等等，使得用戶獲得舒適的操作感受。

3汽車電子油門的模型3.1汽車電子油門踏板汽車電子油門踏板的總體結(jié)構(gòu)大致由兩個(gè)部分構(gòu)成，第一：傳感器模塊部分，第二：機(jī)械模塊部分。而傳感器的品質(zhì)在很大程度上決定了電子油門踏板信號(hào)傳遞功能的好壞。我們可以按照傳感器的工作原理加以區(qū)分，在當(dāng)今我國(guó)的汽車市場(chǎng)上得到廣泛使用的傳感器類型主要囊括了兩種形式，接觸式的傳感器以及非接觸式的傳感器。而在這兩種常見(jiàn)的傳感器形式中他們各自的工作原理又存在著較大的差別，其中之一的接觸式位移傳感器的大致工作原理是以滑動(dòng)變阻器的工作方式，相比之下，這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，價(jià)格相對(duì)于同類型的傳感器價(jià)格比較低的巨大優(yōu)勢(shì)，因此這種傳感器在早期的各種汽車和一些檔次比較低的汽車上使用頻率較高。但這種傳感器的不足也極其突出，第一：因?yàn)殡娝⑴c電阻基片存在著多次的直接接觸，因此在生活中此種類型的傳感器磨損都比較快，所以當(dāng)該種傳感器在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行后，它傳遞各種信號(hào)的能力會(huì)大幅度的被削弱。但是在日常的生活和駕駛場(chǎng)景中，我們經(jīng)常見(jiàn)到的非接觸式位移傳感器大致包括以下幾種，例如廣為人知的霍爾傳感器：還包括汽車研究人員借助對(duì)汽車霍爾元件的研究、從而進(jìn)一步開(kāi)發(fā)獲得的非接觸式角位移傳感器，該種傳感器的最大特點(diǎn)就是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象來(lái)檢測(cè)汽車位置信號(hào)。機(jī)械模塊是構(gòu)成汽車電子油門踏板另一重要部分。這一模塊主要由踏板連桿、底座、力滯裝置、隔音彈簧、轉(zhuǎn)動(dòng)磁鋼等零部件構(gòu)成。但是該模塊具體的組成情況則取決于汽車配件廠自身的設(shè)計(jì)方式。在該模塊的設(shè)計(jì)中，一些優(yōu)秀設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)理念能夠精確的輸送汽車操作人員的駕駛想法，從而極大的提高汽車駕駛?cè)藛T的駕駛體驗(yàn)感。3.2汽車電子油門踏板設(shè)計(jì)方法有限元分析應(yīng)用的方向和范圍越來(lái)越大，這都是歸功于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展更高的應(yīng)用都隨之實(shí)現(xiàn)了。而各個(gè)學(xué)科方向的細(xì)化和新學(xué)科的建立也為有限元分析技術(shù)向更多元化的發(fā)展提供了更堅(jiān)實(shí)對(duì)的基礎(chǔ)。工程領(lǐng)域產(chǎn)品的研發(fā)督促著有限元技術(shù)的發(fā)展和更迭。而且隨著有限元技術(shù)的不斷優(yōu)化，它還參與到各個(gè)意想不到的領(lǐng)域，比如醫(yī)學(xué)，比如航天航空。有限元技術(shù)可以為臨床醫(yī)學(xué)更形象具體的展現(xiàn)和分析病理情況。在工程的創(chuàng)新和新產(chǎn)品研發(fā)中，新型材料也是一個(gè)重要的方向，對(duì)于材料的選擇來(lái)說(shuō)哪些材料適合什么結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境也是需要分析和計(jì)算的，而這就是一個(gè)巨大的工程。有限元仿真就可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。因此，有各個(gè)有限元軟件對(duì)材料的研發(fā)都有著協(xié)助作用。SolidWorks它主要是對(duì)三維實(shí)體進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，它利用了Windows優(yōu)質(zhì)的操作界面，使得設(shè)計(jì)師能更簡(jiǎn)潔明了反應(yīng)的設(shè)計(jì)思路。SolidWorks的模型樹(shù)將每一特征的創(chuàng)建和順序都清晰的記錄下來(lái)，設(shè)計(jì)師可以隨意修改和調(diào)整特征，如尺寸大小，形狀等。現(xiàn)階段，SolidWorks是在NT/Windows平臺(tái)，進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)de三維機(jī)械CAD軟件系統(tǒng)的核心產(chǎn)品?，F(xiàn)今已在世界范圍內(nèi)廣泛通用。它易學(xué)習(xí)，兼容性強(qiáng)，各個(gè)語(yǔ)言也已配備。而且它支持二維與三維之間的轉(zhuǎn)化，兼容AutoCAD。也對(duì)其他三維軟件支持格式轉(zhuǎn)變，例如UG、犀牛等大范圍應(yīng)用的軟件。3.3汽車電子油門踏板連桿三維建模本小節(jié)將對(duì)踏板連桿進(jìn)行三維建模。根據(jù)企業(yè)要求在原有某款兩驅(qū)版普通懸掛式電子油門踏板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足法規(guī)相關(guān)要求前提下提高其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以應(yīng)用于四驅(qū)版運(yùn)動(dòng)款車型。所以在不能改變踏板臂整體的造型和特征的情況下——比如說(shuō)整體的外形尺寸和裝配尺寸，對(duì)電子油門踏板連桿的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在建立踏板臂的模型時(shí)為了減輕對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的要求和讓下一步的有限元分析更簡(jiǎn)單一些，將踏板臂做了合理的簡(jiǎn)化，對(duì)于一些很復(fù)雜但是對(duì)仿真結(jié)果影響很小的部件（如彈簧等）就刪除忽略了。這樣做還可以使模型前處理時(shí)的工作得到優(yōu)化（如提高網(wǎng)格質(zhì)量等）；二是提交分析時(shí)減少運(yùn)算時(shí)間。踏板臂的建立注意事項(xiàng)有以下幾點(diǎn)：一是在建立模型的時(shí)候例如倒角等特征可以刪除的盡量刪除。像尖角這些小的極限位置可以不顯示的就不要顯示，在網(wǎng)格分化的過(guò)程中這些位置很消耗時(shí)間而且并不影響分析結(jié)果。二是提交分析時(shí)減少運(yùn)算時(shí)間。現(xiàn)對(duì)于模型的建立一些注意事項(xiàng)如：建立模型的初步特征，細(xì)節(jié)（如倒角，凸臺(tái)）盡量省略，溝槽、尖角、小角度等極限特征盡量隱藏，在分網(wǎng)過(guò)程中這些特征將消耗分析時(shí)間且對(duì)分析結(jié)果影響不大，這一部分特征可以在仿真結(jié)束后賦予。

4汽車電子油門的有限元分析4.1汽車電子油門踏板連桿有限元仿真利用有限元軟件SolidWorks對(duì)踏板連桿進(jìn)行靜應(yīng)力分析。建立如圖6所示為X型加強(qiáng)肋連桿模型，其中1面為踏板的旋轉(zhuǎn)軸面，B為限位銷，當(dāng)踏板轉(zhuǎn)動(dòng)到機(jī)械止點(diǎn)處時(shí)，限位凸臺(tái)到達(dá)止點(diǎn)位置。A面為施加力的踏板面，是人體腳部直接作用踩踏力的地方。1與彈簧接觸，當(dāng)彈簧處于壓縮或者拉伸狀態(tài)時(shí)，彈簧力通過(guò)B面作作用到踏板較短的一端。圖4-1：受力點(diǎn)的選擇根據(jù)軟件使用界面，在SOLIDWORKS插件中選擇Simulation，然后點(diǎn)擊新算例，選擇靜應(yīng)力分析。新建一個(gè)分析算例，進(jìn)入靜應(yīng)力有限元分析界面。接著對(duì)連桿各參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。（1）材料的選擇在有限元分析中，要給模型要定義自身的材料屬性。首先定義踏板連桿的彈性模量和泊松比；新型電子油門踏板廣泛使用有機(jī)塑料，可以滿足許用要求的前提下降低成本，并符合輕量化的理念。根據(jù)上文所述，本文所分析的踏板連桿采用美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的玻纖增強(qiáng)尼龍高分子材料（PA66+GF30），該材料彈性模量為10500MPa、泊松比為0.3。（2）連接該步是在分析裝配體時(shí)定義組件相互間的作用關(guān)系，如：鉸連接和剛性連接等等。本文只對(duì)電子油門踏板連桿分析，它是個(gè)零件因此不需要在定義組件間的里的作用關(guān)系。若分析模型是一個(gè)裝配體，那么則需要對(duì)零件間的相互作用進(jìn)行添加，如鉸接、滑動(dòng)和摩擦等。（3）夾具為算例分配合適的夾具，選擇夾具——固定幾何體。電子油門踏板在工作中包括連桿轉(zhuǎn)動(dòng)孔處的旋轉(zhuǎn)約束和限位凸臺(tái)處受到底面對(duì)自身的反作用力的位移約束。（4）外部載荷為零件施加載荷，選擇外部載荷。當(dāng)懸掛式油門踏板面受到踩踏力，踏板臂繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)至使限位銷抵住車身時(shí)，踏板臂開(kāi)始產(chǎn)生形變。若此時(shí)司機(jī)繼續(xù)踩踏踏板，踏板臂產(chǎn)生形變過(guò)大就有導(dǎo)致踏板斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。從而需要優(yōu)化踏板臂結(jié)構(gòu)，使踏板臂可以承受更大的力而不至于斷裂。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，踏板工作時(shí)，連桿由靜止到運(yùn)動(dòng)需要的起始力需要幾十牛頓。隨后，A保持靜止，當(dāng)踏板處于最大極限位置狀態(tài)時(shí)，對(duì)模型施加約束如圖7所示，使得B面獲得1200N的平均載荷；對(duì)1兩面，進(jìn)行固定，換而言之，處于極限位置的時(shí)候，踏板的1限位面就會(huì)使得踏板無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。到這里，約束施加就結(jié)束了。圖4-2：增加約束（5）網(wǎng)格網(wǎng)格劃分，就是展開(kāi)有限元分析的關(guān)鍵一環(huán)。網(wǎng)絡(luò)劃分是否合理，都會(huì)使得分析結(jié)果的正確與否受到影響，有限元分析是在數(shù)學(xué)模型的離散化過(guò)程基礎(chǔ)上完成的，網(wǎng)絡(luò)劃分屬于模型合理離散化。網(wǎng)格的劃分方式是通過(guò)在可接受的分辨率時(shí)間范圍內(nèi)盡可能減小網(wǎng)格大小來(lái)提高計(jì)算精度。因?yàn)橐粋€(gè)小網(wǎng)格劃分的結(jié)果需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)必須耗費(fèi)很多時(shí)間，完成計(jì)算。毋庸置疑，該過(guò)程可經(jīng)由計(jì)算機(jī)自主實(shí)現(xiàn)，即：自適應(yīng)分析。該過(guò)程屬于網(wǎng)格分割其逐步細(xì)化的過(guò)程，同時(shí)也是計(jì)算的恒定精度。使用體單元對(duì)踏板模型作了實(shí)體網(wǎng)格化分。但是，劃分得越細(xì)，對(duì)計(jì)算機(jī)的要求越高。實(shí)際過(guò)程中我們了使用2mm的網(wǎng)格來(lái)劃分，共得到101445個(gè)單元，176139個(gè)節(jié)點(diǎn)。Solidworks中的Simulation提供了三種不同類型的網(wǎng)格器?；跇?biāo)準(zhǔn)和基于曲率的網(wǎng)格劃分器已經(jīng)存在很長(zhǎng)時(shí)間了。在Simulation2016中引入了基于混合曲率的網(wǎng)格劃分器的改進(jìn)算法，可以彌補(bǔ)其他兩個(gè)網(wǎng)格劃分不足的地方。標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格器[Standard]在整個(gè)模型（包括圓角）中具有相當(dāng)均勻的元素大小?；谇实木W(wǎng)格劃分器[曲率]能夠自動(dòng)定位較小的特征和高度彎曲的位置，因?yàn)槲覀兛梢栽趫A角中看到精致的元素。但是，由于采用了更多自由形式的算法，我們發(fā)現(xiàn)平面上的元素不一致。只要已充分細(xì)化了網(wǎng)格大小，結(jié)果仍將是準(zhǔn)確的?；诨旌锨实木W(wǎng)格劃分器[Blended]仍然能夠自動(dòng)優(yōu)化圓角中的網(wǎng)格，但在其他位置提供了更高質(zhì)量的一致網(wǎng)格。圖4-3：生成網(wǎng)格（6）運(yùn)行算例完成上述操作后，計(jì)算機(jī)將運(yùn)行此算例，我們開(kāi)始對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。4.2原模型分析4.2.1X型加強(qiáng)肋連桿的靜應(yīng)力分析如下圖4-4和圖4-5所示，右側(cè)彩虹譜代表了不同范圍應(yīng)力的大小，可以知道連桿的應(yīng)力值范圍。通過(guò)觀察應(yīng)力云圖可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力的最大位置在于限位銷，應(yīng)力大小由顏色直觀展現(xiàn)：應(yīng)力最大處為紅色，最小處為藍(lán)色。通過(guò)比對(duì)材料許用值來(lái)判斷材料是否符合要求，當(dāng)前結(jié)構(gòu)在受到1200N的力后，產(chǎn)生的應(yīng)力過(guò)大，并不足以承受這么大的力。因此要對(duì)這個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。圖4-4：X型連桿應(yīng)力云圖（整體）圖4-5：X型連桿應(yīng)力云圖（局部）4.2.2X型加強(qiáng)肋連桿的形變分析受到汽車腳部空間的限制，踏板臂的位移不能過(guò)大。下圖對(duì)比了連桿受力后的角度變化。圖4-6：X型連桿變形前后4.3汽車電子油門踏板連桿模型優(yōu)化方案4.3.1汽車電子油門踏板加強(qiáng)肋的優(yōu)化電子油門踏板統(tǒng)一采用壁在左側(cè)的結(jié)構(gòu)形式，加強(qiáng)肋的優(yōu)化主要在連桿中間位置。所以這里主要是改變了加強(qiáng)肋的結(jié)構(gòu)，而沒(méi)有用對(duì)踏板臂的外形尺寸進(jìn)行調(diào)整的方式優(yōu)化踏板臂。我將連桿模型的開(kāi)口位置放在左側(cè)的目的是考慮到了模型的美觀。因此在原有X型加強(qiáng)肋連桿的基礎(chǔ)上首先設(shè)想了改變加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)的方式優(yōu)化踏板連桿，所以分別設(shè)計(jì)了V型和平行結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)類連桿，對(duì)原有的X型也進(jìn)行了調(diào)整，如下圖所示。圖4-7：X型加強(qiáng)肋連桿圖4-8：V型加強(qiáng)肋連桿圖4-9：平行加強(qiáng)肋連桿如下圖所示來(lái)對(duì)比一下三種類型加強(qiáng)肋的踏板連桿應(yīng)力。平行加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)的踏板連桿在連桿與機(jī)械止點(diǎn)過(guò)渡位置擁有最高應(yīng)力為387MPa；而X型加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)踏板連桿的最高應(yīng)力為178MPa；V型加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)連桿最高應(yīng)力則為250.6MPa。從應(yīng)力角度來(lái)看，三種類型結(jié)構(gòu)的踏板連桿均不符合許用應(yīng)力要求，即σ＞[σ]=160MPa。X型、V型連桿和平行連桿靜強(qiáng)度應(yīng)力、位移、應(yīng)變比較圖如下圖所示。圖4-10：X型加強(qiáng)肋連桿對(duì)比圖圖4-11：V型加強(qiáng)肋連桿對(duì)比圖圖4-12：平行加強(qiáng)肋連桿對(duì)比圖三幅圖對(duì)比來(lái)看，盡管X型加強(qiáng)肋踏板連桿應(yīng)力為120.8MPa，且最高應(yīng)力范圍很小。而V型、平行加強(qiáng)肋連桿最高應(yīng)力為250.6MPa和387.9MPa，最高應(yīng)力范圍也相對(duì)較大。這是由于X型加強(qiáng)肋踏板連桿穩(wěn)定性較好，而平行和V型由于設(shè)置密度太稀疏，應(yīng)力就較為集中。從圖中的連桿中段也可以看出，V型加強(qiáng)肋連桿和平行加強(qiáng)肋連桿會(huì)抵消一部分踏板力，因此綠色變形范圍相對(duì)X型要較多。觀察連桿的變形情況。觀察云圖發(fā)現(xiàn)，在橫向范圍上，X型加強(qiáng)肋踏板連桿變形量從右向左有遞增的趨勢(shì)，即越靠近踏板踩踏位置處，變形量越大。云圖中連桿變形區(qū)亦有近一半?yún)^(qū)域?yàn)樗{(lán)色，屬于形變情況低的狀態(tài)。說(shuō)明結(jié)構(gòu)上其實(shí)還有優(yōu)化的空間。X型連桿最大變形為2.865mm，平型連桿最大位移為1.217mm，V型連桿最大位移為7.131mm，X型連桿和平型連桿的最大變形量均滿足許用變形要求，即U<[U]=5mm。綜合來(lái)說(shuō)，平行加強(qiáng)肋和V型加強(qiáng)肋的結(jié)構(gòu)不如X型加強(qiáng)肋踏板連桿的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但上述三種優(yōu)化方案都不能滿足公司設(shè)計(jì)要求。所以設(shè)想將開(kāi)口位置，轉(zhuǎn)移至下端，保證了左右兩端平面的完整度提高了連桿的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度外也符合輕量化的要求。如下圖所示，改良后的結(jié)構(gòu)達(dá)到了遠(yuǎn)小于應(yīng)力要求。圖4-13：底面加強(qiáng)肋連桿應(yīng)力云圖對(duì)與踏板來(lái)說(shuō)受到的力不是隨時(shí)保持在一個(gè)垂直的角度，因?yàn)橛烷T踏板安裝位置是在駕駛?cè)藛T腳部空間的右側(cè)。所以本文對(duì)這個(gè)結(jié)構(gòu)還添加了一個(gè)從左至右的45°，力為500N的有限元分析，發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力為59.54MPa符合結(jié)構(gòu)要求。圖4-14：受斜向力后的應(yīng)力云圖4.3.2汽車電子油門踏板加強(qiáng)筋的優(yōu)化此外，考慮到踏板面與連桿直接連接的方式，在過(guò)分的踩踏力下，會(huì)形成巨大的應(yīng)力，但在這里缺乏圓弧過(guò)度，就會(huì)形成十分高的應(yīng)力集中。而應(yīng)力集中現(xiàn)象一般會(huì)造成組件出現(xiàn)斷裂、報(bào)廢。因此考慮額外加8個(gè)加強(qiáng)筋來(lái)防止踏板面的斷裂，并對(duì)進(jìn)行了仿真比較。圖4-15：加強(qiáng)筋