1.1随着汽车工业和计算机技术的不断发展，在现代汽车上，汽车零部件的设计开发要求企业能够在保证更高质量、柔性和更低价格的前提下作出最快的响应。与计算机技术的有机集成，尤其是三维计算机辅助系统以及计算机辅助工程技术的应用，是当前产品设计开发过程的发展趋势。勿庸置疑，模拟仿真有助于改善产品质量及加速设计过程。计算机的模拟仿真缩短了产品开发的时间、节省了制造成本和资源，更有利于产品的创新，产品质量的提高。汽车电子油门踏板也不例外，汽车电子油门踏板的设计开发也需要计算机的模拟仿真。
1.2 油门踏板的发展历程简单介绍了油门踏板的历史，从传统的汽车油门踏板到现在的汽车电子油门踏板。大家知道，操纵节气门开度就能控制可燃混合气的流量，改变发动机的转速和功率，以适应汽车行驶的需要。传统发动机节气门操纵机构是通过拉索(软钢丝)或者拉杆，一端联接油门踏板(加速踏板)，另一端联接节气门连动板而工作(如图 1.1)。但这种传统油门应用范畴受到限制并缺乏精确性，在日新月异的汽车电子技术发展形势下一种电子油门应运而生。
与传统油门比较，电子油门明显的一点是可以用线束(导线)来代替拉索或者拉杆，在节气门那边装一只微型电动机，用电动机来驱动节气门开度。即所谓的“导线驾驶”，用导线代替了原来的机械传动机构。但这仅仅是电子油门表面的东西，它的实质和作用仅仅用连接代替方式来解析是远远不够的。电子油门控制系统主要由油门踏板、踏板位移传感器、ECU(电控单元)、数据总线、伺服电动机和节气门执行机构组成。位移传感器安装在油门踏板内部，随时监测油门踏板的位置。当监测到油门踏板高度位置有变化:会瞬间将此信息送往 ECU，ECU 对该信息和其它系统传来的数据信息进行运算处理，计算出一个控制信号，通过线路送到伺服电动机继电器，伺服电动机驱动节气门执行机构，数据总线则是负责系统 ECU与其它ECU 之间的通讯。由于电子油门系统是通过ECU来调整节气门的，因此电子油门系统可以设置各种功能来改善驾驶的安全性和舒适性(如图1.2)。
图1.2 汽车电子油门踏板示意图
1.3 项目描述与问题提出
目前，汽车电子油门踏板已在许多汽车中配置了。因为它相对于机械式的油门踏板具有技术优势:高可靠性、高精度和随意的结构外形。根据主机厂的设计要求可确定连杆的具体几何尺寸。由于连杆的设计主要依赖于客户要求，因此有必要介绍一下的详细的设计要求。
装配空间要求每个主机厂都有自己本身的设计理念，从而产生了装配空间的限制也各不一样。对于汽车电子油门踏板来说，主要以下几个方面装配空间的限制:脚空间的限制、地板的限制、汽车侧壁的限制和刹车系统的限制等等(如图 1.3)。在这儿，装配空间的冲突必须加以避免。
Bremsensystem:刹车系统Boden:地板wand:汽车侧壁Fahrpedal:油门踏板
图1.3 油门踏板的空间要求
2 汽车电子油门踏板模型的有限元解析
2.1有限元模型描述及数模简化要点
有限元模型(如图 2.1)：
图2.1 电子油门踏板有限元模型
数模简化要点
一般地，简化模型对于有限元运算来说具有优势，它能够降低结构离散化的难度和节约运算的时间。任何对于构件强度没有重要影响的元素应当不必在模型中保留。对于CATIA 模型的确立需要注意：
-先建立粗略、简化的模型结构；设计细节如倒圆、倒角等不要出现在有限元分析所用模型；
-设计细节(倒圆、倒角)应在仿真结果后添加。并且这些细节能够隐藏，也就是说，它们不以其他设计单元为参考；
-加强筋应作为“薄”空间元素加以设计。这样可使强度优化最简单；
-对于壳类设计单元在可能情况下使壁厚不同。凹槽应当通过材料截面建立设计单元。定义深度通过输入值或者限制曲面；
-避免带有自由曲面的构件。错误尺寸改动在离散化过程中几乎不可能；
-从外部导入的复制几何尺寸重新修改非常烦琐，最好避免；
-在装配零件中，零件可装配成单一的整体。对于任何零件来说，所使用的尺寸精度为0.01；
-避免小角度、缝隙、倒角和尖端突出。这些设计单元增加构件网格化的费用以及阻止构件的离散化；
-避免曲面或者倒角中带有的角度错误(例如:在草图中的非相切的过渡)；
-通过几何错误分析，尽可能排除 CATIA 模型中的错误。
-任何对于构件优化必需的信息应当全部包含在模型中：最大装配空间、确定的几何尺寸以及必要的自由空间；
-零件后续处理的接口(有限元分析的边界条件)；
-外载荷的位置和方向。
2.2 工况要求及边界条件
电子油门踏板属于底盘零部件，安装于防火墙上。从上述的有限元模型中可以看出，安装孔位为三个。
一般具有以下三个方面的要求:正向力、方向力以及侧向力。
图2.2 电子油门踏板的边界条件
2.3 材料特性及网格模型
网格模型如图 2.3:
图2.3 电子油门踏板的网格模型
材料参数：
3仿真结果分析
图3.1 电子油门踏板的 Mises 应力云图
图3.2 壳体与壳体盖的应力及应变图
图3.3 油门踏板的变形图
上述应力应变分析情况是在施加正向力1200N通过 ABAQUS求解器所得到的。电子油门踏板出现的最大应力为 90MPa，小于该材料的破坏极限，满足强度性能要求。从变形图中可以找到电子油门踏板的变形情况:9.9mm.如果不能达到客户的要求，可以通过调整踏板臂的结构，满足更小的变形要求。
4 总结和展望
电子油门的设计问题不仅需要考虑装配空间要求，还要考虑强度要求。在这两方面的要求下，电子油门必须进行建模和模拟来达到要求。可是，电子油门结构比较复杂，如果没有进行计算机模拟，模具费用及开发时间会大大加大。为了解决这个问题，本文通过 ABAQUS进行模拟仿真，对仿真结果进行评价，对随后进行的电子油门踏板破坏力试验提供依据。本论文主要完成以下方面的工作：
-利用 CATIA V5 对汽车电子油门踏板的建模设计。提出对有限元分析有利的设计思路，能够减少有限元分析时间，并且设计的模型能够在后续修改中非常方便。
-提出电子油门踏板有限元分析的配置参数，包括材料参数，边界条件，网格单元，网格密度，输出结果，载荷大小及方向等等，使其能再现电子油门踏板真实的物理性能，从而使连杆的模拟变得有意义电子油门踏板不仅要满足强度上的要求，而且要考虑通过疲劳试验后的变形情况。可以将疲劳试验的变形情况作为模拟的重点和方向。
资料来源：达索官方
