汽车电磁防撞系统探究..docVIP

汽车电磁防撞系统探究 作者：何正威 李莽 王阳 刘琴 吴建立 （武汉科技大学 汽车与交通工程学院 武汉 430081） 【摘 要】汽车电磁防撞系统中运用了汽车三限界、雷达测距、高温超导、电磁防撞等技术，使汽车在紧急情况下能完全避免交通事故。通过提出汽车三限界的概念，将汽车周边划分为三个椭圆区域即警示区、自动刹车区、电磁保护区[1]，当汽车进入电磁保护区时，通过雷达系统和电流放大装置的作用，产生大电流，从而产生强磁场，两辆汽车同时为N极（或S极），磁场极性相同互相排斥，从而完全避免交通事故。 【关键词】汽车三限界；雷达测距；高温超导；电磁防撞 中图分类号：U196 文献标识码：A 研究背景 随着汽车拥有量的不断增加，安全驾驶越来越成为大家关注的焦点，特别是在天气情况较差或司机处于相对疲劳状态时易发生交通事故。过去，汽车安全设计主要考虑被动安全系统，如设置安全带、安全气囊、保险杠等。现在汽车设计师们更多考虑的则是主动安全设计，使汽车能够主动采取措施，避免事故的发生。目前世界上最先进的主动安全系统——谷歌无人汽车能实现自动减速、自动刹车、智能变道等功能，但是现有的技术无法完全避免交通事故，特别是在下雨天地面摩擦系数改变、汽车超速，汽车刹车失灵等情况，因此，如何完全主动避免汽车交通事故成了大家亟待解决的难题！ 电磁防撞系统设想 汽车电磁防撞系统是利用电磁铁的同性相斥的原理，通过产生电磁排斥力，实现两车的减速停车。然而由于电磁力的非线性变化和现有材料无法承受强电流、大电压，以及装置的重量、装置的体积等问题，使电磁防撞装置的研究难以有新的突破。20世纪80年代后期高温超导的发现,在全球掀起了一股“超导热”，钇钡铜氧超导材料的广泛运用为电磁防撞装置在汽车上的运用带来了新的希望。 该系统主要利用汽车三限界（警示区、自动刹车区、电磁保护区）、雷达测距、高温超导、电磁防撞等技术，考虑到磁场衰变的特性，我们要将电磁防撞装置安装在底盘纵向上，使其与车头平齐。当雷达检测到两车距离小于电磁保护距离时[3]，高压液氮提前喷向高温超导线圈，通过液氮气化吸热形成超导环境，同时通过汽车蓄电池产生大电流，通过逆变器，升流器，大电流发生器，整流器等装置产生5000A强电流，在线圈处产生强磁场，两辆汽车磁性相同，相互排斥，从而实现汽车的安全停车，避免交通事故。 超导电磁防撞系统主要是由电源发生装置，雷达智能控制系统，电磁防撞装置等组成（如图2-1）。 图2-1 电磁防撞装置的整体示意图 2.1 电源发生装置 从汽车蓄电池产生288V，100A的直流电，经过逆变器装置，将直流电变成交流电，产生的交流电经过升压器变成大电流发生器的工作电压，然后经过大电流发生器和整流器，产生5000A的直流电流，5000A大电流经过外层为特殊绝缘材料的电缆线送入超导装置中，产生强磁场，汽车在电磁力的作用下减速停车。 2.2 智能控制系统 图2-3 微波雷达测速测距电路图 汽车周边区域可以划分为三个椭圆限界即警示区、自动刹车区、电磁保护区，在警示区，两车的距离较近，存在安全隐患，在此区域内，汽车的雷达探测灯会闪烁，并发出轻微的提示声；当检测到汽车进入自动刹车区，并且司机没有做出减速刹车举动时，在雷达系统的控制下，汽车就会启动自身的安全辅助系统，实现减速刹车；当两车距离为电磁保护区时，通过雷达的控制，汽车启动电磁防护装置，产生强磁场，两汽车电磁极性相同，相互排斥，使汽车减速停车[3]。 2.3电磁防撞装置 图2-6 电磁线圈内部示意图 超导装置的内部结构主要有由冷轧单取向硅钢30Q120组成的硅钢芯、由钇钡铜氧组成的超导线圈、由高分子聚乙烯绝冷材料组成的1cm隔绝套和密封套、5cm的液氮通道，从液氮罐快速冲出的高压液氮在超导线圈液氮通道里气化吸热，由于液氮通道空间较大，液氮在此区域与超导线圈充分接触，可以实现在很短的时间内实现超导环境。密封套和隔绝套由高分子聚乙烯材料组成，可以实现99%热量的隔绝，所以超导低温的耗散比较少，隔绝套能保护好硅钢芯（钢铁材料在超导环境中无法承受较大力的冲击），使其能承受较大的电磁力[2]。 三．使用anysy电磁软件仿真模拟 由于电磁力的计算非常复杂，我们可以采用ansys电磁仿真模拟方法来计算电磁力的大小，下面是我们模拟电磁力的结果 图3-1不同电流下，电磁力大小与距离的曲线图 从图3-1可以看出，电磁力是一种非常强的非接触力，电磁力的变化是非线性变化，它主要集中在最后1~300mm的距离内，此时电磁力增长非常快，距离为10mm时，电磁力为2.77*107N；当距离为300~1000mm时，电磁力变化很小，当距离为1000mm时，电磁力只有9.58N，当两车距离大于1米时