客车(轿车)正面碰撞的简要受力计算.docx

求客车(轿车)正面碰撞的简要受力计算公式,可理想化为刚体,不变形,可设撞墙壁或车,仅求碰撞瞬间的受力。
1
客车(轿车)正面碰撞的简要受力计算公式,可理想化为刚体、不变形,可设撞墙壁或车,仅求碰撞瞬间的受力。简要计算公式，能算f出来就好。
若有答如F=ma，请帮说明下a怎么计算，对于这个公式我就是a不知怎么算，希望大家多加帮助下
若有朋友知道一些已有的问答也可引用下，多谢！
可设定为求客车50公里时速下正面碰撞的受力大小,碰撞对象可为墙壁

或请直接给出实际已经测量得出的车辆碰撞试验中的碰撞力数值大小,多谢
如果这力的大小与其质量和速度有关系,请帮顺便列出式子

这个我觉得用冲量定理好算一点。假设碰撞前的一瞬间汽车的速度为v1,碰撞后速度为v2,碰撞时间为t,则Ft=mv2-mv1，由此可算出碰撞力F.

这样的话如果是仅碰撞瞬间,v2怎么确定； 如果认定v2=0，那t怎么确定？
如果没有能量损失的话，速度和碰撞之前的大小相等，方向相反。
那么F=2mv1/t 。 假设速度为50km/h =50/3.6=125/9=14m/s(大概值）
,客车的质量为2000kg，碰撞时间为1s的话。F=2*2000*14/1=56000N （相当于5.6吨中的物体所受的重力，想想有多大的撞击力吧，这只是个概数，实际中会比他略小）

不过这t取1秒好像过大了吧 这有经验值或经验公式吗？
同时想问下 客车是在完全弹性碰撞中受力更大还是在非弹性碰撞中或完全非弹性碰撞中受力更大

假设碰撞质量很大的墙壁，变形量为S,根据动能定理：
FS=mv²/2(合外力的功等于动能的变化）
F=mv²/2S.
a=F/m=v²/2S（牛顿第二定律）
说明：实际上应当再乘以一个校正的经验系数。
追问
mv^2/2 为动能变化量的话数值怎么计算？
v怎么算？ v若是平均值 t或Vt都不确定 s也不确定
如果有经验公式等请帮给出下
多谢
回答
m是汽车的质量，v是汽车碰撞前的速度，s是汽车的形变量。
追问
多谢
不过v是碰前速度那就是理解为碰后速度为0 那这样就是求由碰到静止的过程了 F成变力 整个过程的大小更难确定
而求碰撞瞬时受力，速度v应是平均值 ， t或Vt都不知大小 ， s大小也不知怎么确定？
回答
F是平均力。此时讲的“碰撞瞬间的受力”实际上就是平均力。因为碰撞时间很短。不是计算力的变化的瞬时值，因为瞬时值是先增大后减小的。
追问
哦
那问下碰撞瞬时受力怎么算 或F为平均力 这一过程中的最大受力多少怎么算?
回答
估算。平均力的2倍。

汽车碰撞消力器　 　

申请专利号
CN03237503.4 　
专利申请日
2003.09.23 　
名称
汽车碰撞消力器　 　
公开（公告）号
CN2647678
公开（公告）日
2004.10.13 　
类别
作业；运输
颁证日

优先权

申请（专利权）
刘锦星 　
地址
342800 江西省宁都县河东开发区振兴西路3号　
发明（设计）人
刘锦星 　
国际申请

国际公布

进入国家日期

专利代理机构
江西省专利事务所 　
代理人
杨志宇 　
摘要
本实用新型涉及一种汽车碰撞消力器。本实用新型包括左右前保险杠，左右后保险杠， 活动伸缩拉片，前活动圆柱，后活动圆柱，弹簧，后座，一组弹簧钢板固定栓等部件。本实用新型的优点在于：结构设计合理，在汽车已有的保险杠，曲形槽梁， 横梁座上稍加改动，设置了圆柱固定槽，弹簧钢板固位槽，固定栓作为固位用，并增加了弹簧，弹簧钢板，活动伸缩拉片等简单的减震装置，就可实现减轻强力碰撞 的冲击力，减轻车祸给人和物造成的损失。本实用新型利用汽车已有的曲形槽梁可放置一定物品的空间，将活动圆柱插入其中，作为整个减震系统的主要支架，设计 巧妙。 　
主权项
1、一种汽车碰撞消力器，包括左右前保险杠(1)，左右后保险杠(2)，活动伸缩 拉片(3)，前活动圆柱(4)，后活动圆柱(15)，弹簧(7)，后座(9)，一组弹簧钢板(12)，固定栓(14)，其特征在于在前消力器部分，前保 险杠(1)与前活动圆柱(4)连为一体呈T形，左右前保险杠(1)之间通过活动伸缩拉片(3)相连，前活动圆柱(4)的一端固定在前保险杠(1)上，前活 动圆柱(4)的另一端伸入汽车的曲形槽梁(14)中并与弹簧(7)的一端相连，曲形槽梁(14)上开有圆柱固定槽(6)将前活动圆柱(4)活动固位，弹簧 (7)的另一端固定在曲形槽梁(14)中的后座(9)上；在后消力器部分，后保险杠(2)与后活动圆柱(15)连为一体呈T形，左右后保险杠(2)之间通 过活动伸缩拉片(3)相连，后活动圆柱(15)的一端固定在后保险杠(2)上，后活动圆柱(15)的另一端伸入汽车的曲形槽梁(14)中被圆柱固定槽 (6)活动定位并与弹簧钢板(12)的端头相连，曲形槽梁(14)上开有弹簧钢板固位槽(11)将弹簧钢板(12)的两端头活动固位，弹簧钢板(12)的 中间被固定栓(13)固定在汽车的横梁座(10)上。 　

电磁减振系统是一种可选装的配置。它的使用可以说解决了长期以来在舒适性和运动性之间的矛盾。作为一种连续的自适应系统，它能在几毫秒内调整阻尼特性使其更加适应路面情况和驾驶员的习惯。
而减震器内采用的不是普通油，而是一种称作电磁液的特殊液体，它是由合成碳氢化合物以及3至10微米大小的磁性颗粒组成。一旦控制单元发出脉冲信号，线圈内便会产生电压，从而形成一个磁场，并改变粒子的排列方式。这些粒子马上会按垂直于压力的方向排列，阻碍油在活塞通道内流动的效果，从而提高组尼系数。
与传统的减震器相比，在舒适模式下，减震器油较黏稠，吸震效果较显著。这种模式适合普通道路行驶。而在运动模式下，减震器会直率地传递道路表面的状况。这两种模式会带给驾者截然不同的感受。
编辑本段原理
日立
以日本日立制作所研制的电磁减震器为例，这款是电磁减震器由传感器、电子控制器ECU、圆筒型线性电动机和弹簧液压减震器4大部分组成的有源悬架系统。
系统中的传感器有加速度传感器和悬架行程传感器。加速度传感器用来检测路面凹凸不平的程度，输送给电子控制器 ECU，发出指令控制线性电动机产生与减震器运动方向完全相反的反作用力运动行程，减轻车辆上下的振动。悬挂行程传感器用来检测减震器的实际运动行程，然 后反馈给电子控制器ECU适时修正线性电动机的反作用力运动行程。
系统中的核心部件
是 线性电动机和电子控制器ECU，线性电动机实际上就是由定子线圈和运动磁铁组成的直线电动机，其工作原理与普通旋转式电动机相同。普通旋转式电动机是利用 电流的变化，使电动机的定子线圈产生旋转磁场，感应转子磁铁转动。直线电动机可视为将普通旋转式电动机从圆心沿半径切开后，平直展开而成，这样原本旋转的 磁场就变成了直线方向行进的磁场，而转子的转动也变成直线移动。
系统对电流大小的控制
安 装在弹簧液压减震器下部的线性电动机，其定子线圈固定在减震器缸体上，线圈中的电流强度直接由电子控制器ECU控制，电子控制器ECU根据加速度传感器检 测到的路面实际状况和悬架行程传感器检测到的实际运动行程，发出指令精确控制输入定子线圈的电流强度，从而精确控制直线电动机的反方向运动阻尼力和减振 力，缓和路面的冲击与振动。输入的电流越大，定子线圈中产生的磁场就越强，直线电动机产生反方向的阻尼力和减振力也就越大， 由此可见，系统对电流大小的控制完全与行驶加速度及路面颠簸状况相适应。
这就意味着可以根据各种路况和载荷情况选择最佳的减振力。当车辆在凹凸不平的恶劣路面上行驶或由单人驾驶改为双人骑 乘，车轮剧烈地跳动时系统自动控制定子线圈输入更大的电流，使直线电动机产生与减震器运动方向完全相反的更大阻尼力和减振力，抵消缓冲减震器的剧烈振 动。电子控制器ECU可在1 S时间内让减震器的阻力和减振力连续改变1 000次，与单独使用弹簧液压减震器相比，既提高响应速度，又可提高舒适性，堪称全球动作最快、最先进的智能悬架系统。
使用线性电动机与不使用线性电动机相比可将振动频率在1．5 Hz附近的振动减轻8 dB。目前，该电磁减震器已经安装在SUV (Sports Utility Vehicles)运动型多用途车上进行了实验，获得了大量的实际行驶数据。预计到2009年可小批量安装到SUV汽车和大排量运动型摩托车上。
编辑本段不同类型的电磁减震器
日立制作所研制的电磁减震器
日本日立制作所研制的电磁减震器是由传感器、电子控制器ECU、圆筒型线性电动机和弹簧液压减震器4大部分组成的有源悬架系统。
日立制作所研制的电磁减震器与单用弹簧液压减震器对比试验结果，红线为使用线性电动机控制时车身垂直振动加速度随振 动频率的变化曲线，黑线为单独使用弹簧液压减振，即不使用线性电动机时的变化曲线。可见，使用线性电动机与不使用线性电动机相比可将振动频率在1.5Hz 附近的振动减轻8dB。目前，该电磁减震器已经安装在SUV(Sports utility Vehicles)运动型多用途车上进行了实验，获得了大量的实际行驶数据。预计到2009年可小批量安装到SUV汽车和大排量运动型摩托车上。
发电减震器PGSA
美国博斯(BOSE)公司研制成功的动力—发电减震器PGSA(Power-Generating Shock Absorber。)与日本日 立制作所研制的电磁减震器的不同点是取消了弹簧液压减震器，完全由线性电动机电磁系统LMES(Linear Motion Electromagnetic System)组成电磁减震器。不仅进一步简化了系统的结构，而且可在正常行驶工况下，具有发电功能，每个PGSA可产生至少25 w的功率为电动车电池充电，这对于完全依靠电力驱动的电动车来说是非常有利的，可以较大幅度地增加蓄电池的电力，延长电动车的续驶里程。
美国博斯公司是世界上著名的立体音响制造商，线性电动机技术早已运用于硬盘机读取头(也称激光头)上，在制造线性电 动机方面积累了丰富的实践经验。公司设计大师盖瑞.马歇尔(Garry Marshall)通过多年的努力，设计开发出一种全新的完全可用于电动车上的动力一发电减震器PGSA，其外形尺寸和安装方式与传统弹簧液压减震器完全 相同，安装到普通电动车上不需要任务改装，使用非常方便，其结构如图6所示。
编辑本段作用原理
增大电动车蓄电池电力
高 密度永久磁铁组镶嵌在运动活塞上，活塞杆通过两端尼龙滑动轴承固定在减震器缸体上，缸体与活塞之间留有适当的间隙，从而使永久磁铁活塞可以在缸体内自由往 复滑动；缸体上的定子线圈通过连接导线与外界电子控制器ECU相连。当电动车在减振性能良好的路面上行驶时，由于减震器下端直接与车轮或摇架相连，因此带 动减震器内的永久磁铁活塞上下往复运动，高密度永久磁铁形成的强大磁场不断切割定子线圈，从而使定子线圈产生感应交流电，经整流后变成直流电，输送电子控 制开关。由电子控制器ECU直接控制的电子开关，将每个电磁减震器上产生的感生电动势(平均每个大干25 w)及其它电子装置上产生的感生电动势(例如制动再生电流)收集起来，输送给蓄电池，为蓄电池充电，达到增大电动车蓄电池电力的目的。
电磁减震器的发电功能和减振性能完美统一
当 电动车在凹凸不平的恶劣路面上行驶或由单人驾驶改为双人骑乘，车轮剧烈地跳动时，电子控制器ECU通过加速度传感器和其它传感器立即感知到这一变化，于是 控制电子开关切断动力—发电减震器的输出回路，接通定子线圈的输入回路，为定子线圈输入外加电流，动力-发电减震器瞬间便变成线性电动机，产生反方向阻力 和减振力，缓和路面的冲击与振动。输入的外加电流越大，定子线圈产生的磁场越强，直线电机产生的反方向阻力和减振力也就越大，系统对电流的控制完全与行驶加速度及路面颠簸状况相适应。这就意味着可以根据各种路况和载荷选择最佳的减振力，使电动车的行驶舒适性和运动性完美统一，使电磁减震器的发电功能和减振性能完美统一。
电流变与磁流变减震器
电流变与磁流变减震器主要包括电磁减震器、电磁液、传感器及控制器4大部分，这种电磁减震器内采用的不是普通的减振油，而是使用一种黏性连续可控的新型功能材料——电流变或磁流变特殊减振液。
电流变减振液是由合成碳氢化合物以及3～l 0μm大小的磁性颗粒组成，在外加电场作用下，其流变材料的性能，如剪切强度，外观黏度等会发生显著的变化。将这种特殊减振液装入电流变减震器内，通过改 变电场强度使电流液的黏度改变，从而改变减震器的阻尼力，使阻尼力大小随电场强度的改变而连续变化，实现阻尼力无级调节，达到在舒适模式下，减振液较为粘 稠，吸振效果较显著；而在运动模式下，减震器会直率地传递道路表面的状况。这2种模式会带给驾驶者截然不同的全新感受。
电流变液体存在问题
如 屈服强度小，工作温度范围较窄，零电场黏度偏高，悬浮液中固体颗粒与基础液体之间比重相差较大、容易分离，沉降稳定性差，对杂质敏感等难以适应电流变减震 器长期稳定工作的需要。要使电流变减震器响应迅速、工作可靠，必须解决5大问题：1)要设计一个体积小、质量小，能任意调节的高压电源；2)为保证电流变 液体的正常工作温度必须要设计一个散热系统；3)充装电流变液体时，要保证无污染；4)要有性能优良的电流变液体；5)要解决高压电源的绝缘与封装等。电 流变减震器正处于研究发展阶段，目前国外已有一些产品问世，如德国的电流变减震器及美国的相关产品等。
挤压模式减震器
具有小位移大阻尼力的特点，主要用于精密仪器减振。目前，应用较多的一般是基于流动模式或是基于流动模式和剪切模式的混合模式。剪切阀式磁流变减震器的工作原理图。当活塞与缸体发生相对运动时，则会挤压缸体内的磁流变液体，迫使其通过活塞与 缸体之间的间隙从一端流向另一端；当间隙加上由线圈所产生的磁场后，则其中的磁流变液体固化，变为粘塑性体，使活塞与缸体相对运动的阻尼力增大，通过调节 线圈的电流大小调节磁场的强度，从而可以调节减震器的阻尼力大小。磁流变减震器具有电流变减震器同样的特点，但是磁流变液体的磁化和退磁需要时间，因此响 应速度比电流变减震器稍许慢些。
结论
总之，无论是电流变或磁流变电磁减震器，都无须移动任何机械部件，实现阻尼力的连续、无级调节，响应非常及时。减震力仅取决于电磁流变液体的电流大小或磁场强度，调节频率可达l000 Hz。
编辑本段奥迪跑车上的应用
的 磁流变减震器，该减震器活塞上绕有电磁线圈，当电磁线圈中无电流通过时，活塞内4个微型通道中的电磁液未被磁化，不规则排列的磁性颗粒呈均匀分布状态，产 生的阻尼力与普通减振油相同；一旦控制单元发出脉冲信号，线圈内便会产生电压，从而形成一个磁场，并改变粒子的排列方式。这些粒子马上会按垂直于活塞运动 的方向排列，阻碍油在活塞微型通道内流动，提高阻尼效果。活塞线圈中输入的电流强度越大，形成的磁场强度越强，磁性颗粒被磁化的程度越好，产生的阻尼力就 越大。由此可见，磁流变液体产生阻尼力的大小随输入电流强度的大小而变化，电子控制器ECU完全可以根据道路状况和载荷情况，通过适时准确地控制输入活塞 线圈的电流强度，精确地控制减震器的减振性能，达到舒适性和运动性完美统一的最佳效果，即使是在最颠簸的路面，也能保证车辆平稳行驶。

     电磁减震器(Electromagnetic Absorber)是利用电磁反应的一种新型智能化独立悬架系统。它利用多种传感器检测路面状况和各种行驶工况，传输给电子控制器ECU，控制电磁减震器 瞬间做出反应，抑制振动，保持车身稳定，特别是在车速很高，突遇障碍物时更能显出它的优势。电磁减震器的反应速度高达1000 Hz，比传统减震器快5倍，彻底解决了传统减震器存在的舒适性和稳定性不能兼顾的问题，并能适应变化的行驶工况和任意道路激励，即使是在最颠簸的路面，电 磁减震器也能保证摩托车平稳行驶，代表了减震器发展的方向。
      以日本日立制作所研制的电磁减震器为例，这款是电磁减震器由传感器、电子控制器ECU、圆筒型线性电动机和弹簧液压减震器4大部分组成的有源悬架系统。
      系统中的传感器有加速度传感器和悬架行程传感器。加速度传感器用来检测路面凹凸不平的程度，输送给电子控制器ECU，发出指令控制线性电动机产生与减震器 运动方向完全相反的反作用力运动行程，减轻车辆上下的振动。悬挂行程传感器用来检测减震器的实际运动行程，然后反馈给电子控制器ECU适时修正线性电动机 的反作用力运动行程。
      系统中的核心部件是线性电动机和电子控制器ECU，线性电动机实际上就是由定子线圈和运动磁铁组成的直线电动机，其工作原理与普通旋转式电动机相同。普通 旋转式电动机是利用电流的变化，使电动机的定子线圈产生旋转磁场，感应转子磁铁转动。直线电动机可视为将普通旋转式电动机从圆心沿半径切开后，平直展开而 成，这样原本旋转的磁场就变成了直线方向行进的磁场，而转子的转动也变成直线移动。
      安装在弹簧液压减震器下部的线性电动机其定子线圈固定在减震器缸体上，线圈中的电流强度直接由电子控制器ECU控制，电子控制器ECU根据加速度传感器 检测到的路面实际状况和悬架行程传感器检测到的实际运动行程，发出指令精确控制输入定子线圈的电流强度，从而精确控制直线电动机的反方向运动阻尼力和减振 力，缓和路面的冲击与振动。输入的电流越大，定子线圈中产生的磁场就越强，直线电动机产生反方向的阻尼力和减振力也就越大， 由此可见，系统对电流大小的控制完全与行驶加速度及路面颠簸状况相适应。
      这就意味着可以根据各种路况和载荷情况选择最佳的减振力。当车辆在凹凸不平的恶劣路面上行驶或由单人驾驶改为双人骑乘，车轮剧烈地跳动时，系统自动控制定 子线圈输入更大的电流，使直线电动机产生与减震器运动方向完全相反的更大阻尼力和减振力，抵消缓冲减震器的剧烈振动。电子控制器ECU可在1 S时间内让减震器的阻力和减振力连续改变1 000次，与单独使用弹簧液压减震器相比，既提高响应速度，又可提高舒适性，堪称全球动作最快、最先进的智能悬架系统。
       使用线性电动机与不使用线性电动机相比可将振动频率在1．5 Hz附近的振动减轻8 dB。目前，该电磁减震器已经安装在SUV (Sports Utility Vehicles)运动型多用途车上进行了实验，获得了大量的实际行驶数据。预计到2009年可小批量安装到SUV汽车和大排量运动型摩托车上。 
      对于现代运动型多用途摩托车而言，传统的弹簧液压式减震器无法解决舒适性和运动性之间的矛盾，存在诸多难以克服的弊端：
      1)螺旋弹簧受到冲击后会产生振动，持续的振动易导致骑乘者疲劳和烦躁，潜伏不安全隐患；
      2)减震器的阻尼力越大，振动消减得越快，但却使并联在减震器外部的螺旋弹簧不能充分发挥作用，同时过大的阻尼力，还可能导致减震器连接零件及车架损坏；
      3)液压阻尼力随着温度的变化而变化，长时间使用后，液压油与细小孔壁之间的摩擦以及液体分子内摩擦产生大量的热量，导致液压油温度升高，粘度迅速降低，阻尼力也随之减少，减震器的减振性能随之恶化；
      4)反应迟钝，无法适应复杂多变的运动型摩托车行驶工况要求，如高速行驶中突遇障碍物，往往易于导致减震器击穿，完全失去减振作用；
      5)调节非常有限，现有的多级可调减震器一般只能调节螺旋弹簧的预载荷，增大弹簧的刚度，无法真正满足不同路面、不同载荷的行驶工况要求；
      6)无法同时满足现代摩托车行驶舒适性和运动性之间对立的矛盾，前者要求悬挂系统行程要大、刚度要低而后者则完全相反，无论怎么调节都无法使二者完美兼顾。

·
· 创意商机与发明集锦
用于车辆的电磁减震器　 　

申请专利号
CN200410063936.5 　
专利申请日
2004.04.22 　
名称
用于车辆的电磁减震器　 　
公开（公告）号
CN1690469
公开（公告）日
2005.11.02 　
类别
机械工程；照明；加热；武器；爆破
颁证日

优先权

申请（专利权）
萱场工业株式会社 　
地址
日本东京　
发明（设计）人
近藤卓宏;须田义大 　
国际申请

国际公布

进入国家日期

专利代理机构
中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 　
代理人
范 莉 　
摘要
一个车轴-侧管2可滑动的插入一个车身-侧管1内部，并且一个发动机“M”连接在 该车身-侧管1内部，而一个与该车轴-侧管2一起运动的球螺母3布置在该车轴-侧管2内部，并且一个连接到该发动机轴“MS”上的螺旋轴4可转动的拧入该 球螺母3中，其中，该球螺母3的直线运动被转变成该螺旋轴4的旋转运动并被传输到该发动机轴“MS”，从而产生抵抗该发动机轴“MS”转动的电磁力，并且 此电磁力被用作限制车轴-侧管的直线运动的阻尼力。 　
主权项
1.一种用于车辆的电磁减震器，包括： 一个车身-侧管； 一个可滑动地插入该车身-侧管内部或外面的车轴-侧管； 一个连接在该车身-侧管上的上部悬挂弹簧接收器； 一个连接在该车轴-侧管上的下部悬挂弹簧接收器； 一个连接在该车身-侧管内部或外面的发动机； 一个布置在该车轴-侧管内部的球螺母，该球螺母与该车轴-侧管一起运动； 以及 一个螺旋轴直接地或通过一个动力传输装置连接在该发动机的发动机轴 上、或与该发动机轴形成整体，该螺旋轴可转动的拧在该球螺母中，其中 该球螺母的直线运动被转变成该螺旋轴的旋转运动，该旋转运动被传输到 该发动机轴，从而产生电磁力，并且由该电磁力抵抗该发动机轴的转动所引起 的力矩被用作限制车轴-侧管的直线运动的阻尼力。