可用於多閾值碰撞感測器的多穩態機構研究

《可用於多閾值碰撞感測器的多穩態機構研究》是依託大連理工大學,由趙劍擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：可用於多閾值碰撞感測器的多穩態機構研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：趙劍

項目摘要

針對車輛多級安全保護系統的技術需求，本項目旨在研究多穩態機構作為多閾值碰撞感測器關鍵彈性部件的設計和實現方法。以多穩態機構力學行為與多閾值碰撞感測器感測機制之間的共性研究為切入點，採用數值和解析相結合的辦法研究多穩態機構的穩態轉換方式和跳轉過程，提出一類滿足多閾值碰撞感測要求的新型多穩態機構及其設計方法。根據實際碰撞環境，構造基於多閾值碰撞感測器靜、動力學分析模型的最佳化提法，採用疊代最佳化的方法實現多穩態碰撞感測器的動態設計，並利用微電鑄工藝研製一種新型多閾值碰撞感測器進行試驗驗證，凝練出指導多閾值碰撞感測器研製的關鍵設計理論和方法，為多穩態機構的工程套用提供理論依據和技術支持。其成果不僅可用於新型車輛安全系統，而且在武器引信系統、航空航天及工業控制等領域具有廣泛的套用前景。

結題摘要

碰撞強度等級的準確感應是車輛安全系統實施有效保護手段的前提，而缺乏有效的碰撞感應機制是造成目前車輛交通事故傷亡的直接原因。為了提高車輛碰撞感測器的閾值感應精度和回響速度，本項目提出並建立了基於多穩態特性的多閾值碰撞感測器設計理論與方法，具體包括：(1) 建立了適用於新型碰撞感測器的多穩態機構設計方法，面向正碰、側碰及追尾事故預警的套用要求，設計了考慮方向性要求的一系列新型多穩態柔性機構及其閾值控制方法，包括柔性級聯式多穩態結構、雙向磁-機耦合多穩態柔性機構、局部單元強化式雙穩態柔性結構、磁-機耦合零剛度柔性機構、萬向多穩態柔性機構和多胞式多穩態結構等；(2) 建立了一系列考慮磁場、非線性力場、接觸可靠性及氣膜阻尼影響的多閾值碰撞感測器靜、動力學分析模型，包括單向多閾值型、雙向多閾值型、萬向多閾值型和抗電磁干擾純機械式微感測器等，研究了閾值感應靈敏度與系統參數之間的內在關係，實現了多閾值碰撞感測器動態最佳化設計；(3) 基於多層微電鑄工藝和微細加工方法，分別研製了相應的新型多閾值碰撞感測器，並藉助3D列印技術實現器件的產品級封裝，實驗結果表明感測器能夠在不同方向上準確感應多個閾值，驗證了設計理論的正確性，為車輛多級安全系統的設計提供了有力的技術保障。相關成果包括：在重要期刊上發表論文13篇，SCI檢索11篇，EI檢索11篇，中科院一區論文4篇，包括 IEEE TIE(2篇，IF=6.5, TOP), IEEE/ASME TM(IF=3.65), Sens. Actuat. B (IF=3.84, TOP), 機構學與感測器領域權威期刊6篇：Mech. Mach. Theory, Review of Scientific Instrument，IEEE Sen.J.(IF=1.85), IEEE TIM(IF=1.7)等，國際會議論文4篇。申請國家發明專利20項，獲授權國家發明專利9項，實用新型專利1項。獲大連市青年科技之星、錢令希力學基金會青年教師獎、遼寧省自然科學學術論文一等獎1項，《儀器儀表學報》2014年度優秀論文獎1項，遼寧省自然科學學術論文二等獎1項，大連市自然科學優秀學術論文二等獎1項。