报告名称TRIZ理论大作业
项目名称迷你汽车的防碰撞系统设计公司浙江大学宁波理工学院
项目组名称杜灵康 3130612120
项目的工作周期2015.10.8 – 2016.1.18
目录
1 项目描述 (4)
1.1 一般描述 (4)
1.2 主要缺点 (4)
1.3 主要缺点在什么情况下出现 (4)
1.4 此缺点如何在类似的工程系统或工艺流程中被解决 (4)
2 问题分析与分解 (5)
2.1 问题定义和问题求解 (5)
2.2 系统分析 (5)
2.3 系统分析模块产生的转化问题列表 (5)
2.4 问题分解图 (6)
2.4.1 问题1：迷你汽车的防碰撞改进 (6)
2.4.2 问题2：迷你汽车的防碰撞改进 (6)
2.4.3 问题3：迷你汽车的防碰撞改进 (7)
2.4.4 问题4：迷你汽车的防碰撞改进 (7)
3 问题解决 (8)
3.1 解决问题向导 (8)
3.2 方案库查询解决方案 (8)
3.2.1 How to prevent 失去控制 of 控制装置? (8)
3.2.2 How to prevent 干扰作用 of 驾驶员? (11)
3.2.3 How to prevent 阻碍作用 of 车架? (11)
3.3 运用矛盾矩阵、发明原理的解决方案设计 (12)
3.4 基于物-场分析法的方案设计 (14)
3.4.1车厢研究 (14)
3.4.2驾驶员干扰研究 (15)
3.5 基于技术系统进化法则的方案设计 (17)
3.5.1汽车车架的进化路线描述 (17)
3.5.2汽车控制系统的进化路线描述 (17)
4 结论 (18)
1项目描述
1.1 一般描述
车身长，在碰撞中有一个大的变形空间，可以吸收能量，缓解交通事故对人的冲击力，但汽车体积较大，比较笨拙，而且一定程度上造成交流拥挤，迷你车身较短，不具备变性缓冲能量。
1.2 主要缺点
迷你车身较短，不具备变性缓冲能量。
1.3 主要缺点在什么情况下出现
车身较短的情况设计新型
1.4 此缺点如何在类似的工程系统或工艺流程中被解决
1、采用新型材料
2、设计新型防碰撞系统
2问题分析与分解
2.1 问题定义和问题求解
迷你汽车的防碰撞改进
2.2 系统分析
图2-1系统分析图2.3 系统分析模块产生的转化问题列表
How to prevent 失去控制 of 控制装置?
How to prevent 操作失误 of 方向盘?
How to prevent 干扰作用 of 驾驶员?
How to prevent 阻碍作用 of 车架?
2.4 问题分解图
2.4.1 问题1：迷你汽车的防碰撞改进
a. 问题分解图
图2-2问题1分析图
b. 问题分解树
原因: There is unstable 灵敏度 of 控制装置. How to stabilize 灵敏度 of 控制装置?
矛盾:温度 - 测量精度
TRIZ创新原理实例: 脉冲热检测提高热邻近成像器件的探测灵敏度
原因:There is harmful 速度太快. How to eliminate 速度太快?
2.4.2 问题2：迷你汽车的防碰撞改进
a. 问题分解图
图2-3问题2分析图
b. 问题分解树
原因: There is unstable 车厢大小 of 汽车. How to stabilize 车厢大小 of 汽车?
2.4.3 问题3：迷你汽车的防碰撞改进
a. 问题分解图
图2-4问题3分析图
b. 问题分解树
原因：There is harmful 疲劳驾驶. How to eliminate 疲劳驾驶？
2.4.4 问题4：迷你汽车的防碰撞改进
a. 问题分解图
图2-5问题4分析图
b. 问题分解树
原因: There is unstable 车架结构 of 车架. How to stabilize 车架结构 of 车架?
原因: There is unstable 材料 of 车架. How to stabilize 材料 of 车架?
矛盾: 矛盾：应力,压强 - 力
TRIZ子原理: 改变物体的聚集态（物态）
3问题解决
3.1 解决问题向导
1）How to prevent 失去控制 of 控制装置?
2）How to prevent 操作失误 of 方向盘?
3）How to prevent 干扰作用 of 驾驶员?
4）How to prevent 阻碍作用 of 车架?
3.2 方案库查询解决方案
3.2.1 How to prevent 失去控制of 控制装置?
（1）标准解决方案
脉冲热检测提高热邻近成像器件的探测灵敏度
查询表达式: eliminate
查询方式:关键词 (布尔逻辑)查询
解决方案近似程度:
问题描述: 为了监控通过超声波能量或电磁辐射加热的物体的温度，采用特殊物体嵌入探针。标准的方法依靠微型热电偶或者电热调节器，但是其中产生的感应电流会加热电探针并且导致测量误差。为了消除与探针相关的衰减，探针必须具有明显的热绝缘性，必须吸收超声波压缩能量，并且直径必须低于超声波加热波的长度。
方案描述: 为了减少在监控用超声波能量或电磁辐射加热的物体的温度时的误差，建议采用光纤探针。探针包括一个荧光传感器和一根传输光纤。物体的温度升高会增加荧光的强度。这种传感器产生的信号通过光纤到达探针，探针检测到信号并进行测量。由于光纤探针不包括导电材料，所以其中就不存在感应电流和寄生加热。探针上涂有实质上不可以压缩的材料，因此确保了它不吸收辐射。低热传导性保证了热量不会通过探针从被加热物体上消散到环境中。直径尺寸比超声波辐射的波长稍小可以把辐射散射降低到了最小。从而，所测量的荧光信号就可以用来精确地控制被超声波能量或电磁辐射加热的物体的温度。
附加信息: 对于最经常采用的1-2兆赫兹的超声波频率，探针的直径不应当超过0.3毫米。
图3-1光纤探针监控受热物体的温度
（2）最终解决方案
为了减少在监控用超声波能量或电磁辐射加热的物体的温度时的误差，采用光纤探针。探针包括一个荧光传感器和一根传输光纤。物体的温度升高会增加荧光的强度。这种传感器产生的信号通过光纤到达探针，探针检测到信号并进行测量。
图3-2光纤探针
3.2.2 How to prevent 干扰作用of 驾驶员?
(1)类比/用户方案
a.驾驶员适当休息
方案组件模型
备选方案描述:当汽车连续工作一段时间后则提醒驾驶员休息。
3.2.3 How to prevent 阻碍作用of 车架?
(1)标准方案
在氮气中碳对碳化硅纤维进行热化学处理增强碳化硅纤维
查询表达式: Carbon
查询方式: 关键词 (布尔逻辑)查询
解决方案近似程度:
问题描述: 碳化硅纤维是利用有机硅聚合母体生产的，碳化硅纤维用于填充陶瓷，金属和塑料的合成物。合成物具有特殊的化学、热力学、机械和电子学性能，在制造合成物过程中及致密化过程中碳化硅纤维失去了强度，碳化硅纤维的热化学不稳定性导致产品发生降解，降解产物确定了纤维中的微孔隙和纤维中缺陷裂纹的生长，缺陷和裂纹降低了纤维的强度。在碳化硅纤维表面上碳的沉积增加了纤维的强度，但是碳的沉积不能保证纤维具有所需要的强度和柔韧性，以及在苛刻的环境下纤维的稳定性要求。因此，需要一种方法能够提高碳化硅纤维的强度。
方案描述: 建议在氮气中利用碳对碳化硅纤维进行热化学处理来增强碳化硅纤维的强度，碳化硅纤维处于无定形状态，碳化硅纤维包括未反应的氮气，一氧化碳和一氧化硅，碳化硅纤维通过碳颗粒的振动而被分散，分散需要在氮气流中加热到1600℃，高温处理将无定形的纤维转变成微形晶体结构，碳化硅纤维的加热造成纤维的脱气，脱气可以清除纤维中的氮气和一氧化碳。一氧化硅蒸汽和氮气流之间发
生反应，而纤维就放置其中，在纤维表面上形成氮化硅晶体，氮化硅和碳颗粒反应产生碳化硅，碳化硅覆盖在纤维的表面上，碳化硅涂层消除了纤维表面上的裂纹缺陷，裂纹的消除使纤维的强度得到提高。因此，在氮气中利用碳对碳化硅纤维进行热化学处理可能使碳化硅纤维强度增加。
附加信息:按照本方案增强的碳化硅纤维所具有的抗拉伸强度为3.5Gpa，而未经处理的碳化硅纤维抗拉强度为10MPa，同时铝合金所具有抗拉伸强度为300到500Mpa。
图3-3氮气中碳对碳化硅纤维进行热化学处理
3.3 运用矛盾矩阵、发明原理的解决方案设计
第1 步:问题描述
控制装置温度会影响其正常工作；
第2 步: 确定技术参数
欲改善的参数:17温度，被恶化的参数:28测量精度
第3步：查找TRIZ 矛盾矩阵,从矩阵表查找对应的方格,得到方格中推荐的发明原理序号（如表1-1）
表1-1矩阵
与前面发明原理序号对应,得到发明原理：
32 颜色改变原理，19 周期性作用原理，24 借助中介物原理
第4 步:发明原理应用
综合以上各条发明原理的分析,组合合并是最具有价值的发明原理。
方案开发：
针对19（周期性作用原理）可以开发出以下解决方案
脉冲热检测提高热邻近成像器件的探测灵敏度
解决了精确检测控制装置温度的上升，从而有效防止温度对控制装置的影响。
3.4 基于物-场分析法的方案设计
3.4.1车厢研究
1）问题的物场模型
根据上述问题可以用图3.7所示的物场模型来描述，该模型的三个元素齐全，但是产生了有害的效果。
图3-6车厢对车架的物场模型
2）问题1的解决方案
针对上述的产生有害效应的物场模型
这里采用的解决方案是：由于本身就是迷你汽车，车厢的大小本来就有很大的局限性，所以在整个车厢的范围内都能增加驾驶员的位置调整以及操纵杆的调整区域范围，可以使驾驶员能够根据自身设置相对应的驾驶区域。
图3-7物场改进图
图3-8车厢改造图
3.4.2驾驶员干扰研究
1）问题的物场模型
根据上述问题可以用图所示的物场模型来描述，该模型的三个元素齐全，但是产生了有害的效果。
图3-9长时间驾驶对驾驶员的物场模型
2）问题2的解决方案
针对上述的产生有害效应的物场模型
这里采用的解决方案是：在车上安装一个设备，该设备一经汽车启动就会启动并开始记录时间，会记录汽车行驶时间以及行驶路程，根据已经载入的正常驾驶员疲劳驾驶时间及路程数据，如果驾驶员达到其中任意一个数据，该设备会开始警报，提
图3-10物场改进图
图3-11警报器
3.5 基于技术系统进化法则的方案设计
技术系统进化论的主要观点是技术系统的进化并非随机的，而是遵循着一定的客观的进化模式，所有的系统都是向“最终理想化”进化的，系统进化的模式可以在过去的专利发明中发现，并可以应用于新系统的开发。
3.5.1汽车车架的进化路线描述
TRIZ中子系统协调性进化法则指出：在技术系统的进化中，子系统的匹配和不匹配交替出现，以改善性能或补偿不理想的作用。也就是说技术系统的进化是沿着各个子系统相互之间更协调的方向发展。即系统的各个部件在保持协调的前提下，充分发挥各自的功能。
如图所示，对车架的结构组成材料进行改善，使用高强度材料增加车架的硬度，以及对车架构造进行如图改造，增加一个使汽车的耐碰撞性能普遍提高。
图3-12车架改进图图3-13车架改造图这次进化的地方是将原来碰撞中最容易损坏以及危及车身的车架进行改进，从而使汽车的防碰撞得到了保障。
3.5.2汽车控制系统的进化路线描述
TRIZ指出技术系统的动态性进化应沿着增加结构柔性、可移动性、可控性的方向发展，以适应环境状况或执行方式的变化。
如图所示，在汽车中增加强制限速装置，当该限速装置测试到汽车行驶速度过快，随即将数据反馈到控制系统中，控制系统及时做出减速反馈信号，被让限速装
置发出警报，提醒驾驶员，当一定时间后仍然没有减速，汽车控制系统进行强制减速，使汽车进入安全行驶速度。
图3-14限速器
这次进化的地方是将汽车的车速控制得到了改进，使汽车在超速或者危险速度驾驶时，能更好的提醒驾驶员减速行驶，并进入安全驾驶速度，减少交通事故。
4结论
本文针对汽车车身太短，防撞能力不够的问题，运用Pro/Innovator寻找到解决方案，其方案分别是：①在刹车系统中光纤探针监控受热物体的温度；②用碳纤维材料来做汽车的车架以及增加一个加固车架；③当汽车连续工作一段时间后则提醒驾驶员休息。其中方案①在刹车系统中光纤探针监控受热物体的温度，防止刹车系统温度过高，以免刹车失灵。②用碳纤维材料来做汽车的车架，提高车身的防撞能力和增加一个车身加固底盘。③当汽车连续工作一段时间后则提醒驾驶员休息，防止驾驶员因疲劳驾驶而发生事故。
图3-15 最终方案图