轉(zhuǎn)向管柱的碰撞安全設(shè)計.doc

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轉(zhuǎn)向管柱的碰撞安全設(shè)計 根據(jù)GB11557《防止汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對駕駛員傷害的規(guī)定》3.1及3.2要求：不裝人體模塊的整備車輛以48.3～53.1km/h之間的車速正面撞擊障礙壁時，轉(zhuǎn)向柱管和轉(zhuǎn)向軸的上端允許沿著平行于汽車縱向中心線的水平方向向后竄動，但其竄動量不得大于127mm（在動態(tài)下測量）；人體模塊以24.1+12km/h的速度水平撞擊轉(zhuǎn)向盤時，作用在轉(zhuǎn)向盤上的水平力不得大于11123N，因此，對轉(zhuǎn)向盤及轉(zhuǎn)向管柱提出了安全方面的要求。 圖1所示為某車型轉(zhuǎn)向管柱總成結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向管柱的安全設(shè)計體現(xiàn)在吸能和潰縮兩個方面，最終目的是減少對駕駛員的傷害，正面碰撞時方向盤、轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向器組成的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對駕駛員造成的損傷占到駕駛員損傷的46%。對于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對人的傷害來自于方向盤和轉(zhuǎn)向管柱。造成人員傷害的部位集中在頭部、胸部及腿部。所以，采取措施是碰撞時轉(zhuǎn)向系零部件的塑性變形、彈性變形以及某些零部件相互分開不能傳遞運動和力或者利用零部件之間的摩擦來吸收沖擊能量。因此，如何使管柱實現(xiàn)潰縮吸能要求，以保護(hù)乘員安全，對管柱的設(shè)計提出了要求，同時，為了滿足相應(yīng)的要求，管柱各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計和選型是關(guān)鍵。 ""height="443"src="/UploadFiles/2016004/20171/Manage/201715204322.jpg"width="374"/> 對轉(zhuǎn)向管柱一般設(shè)計參數(shù)要求如下： （1）壓縮行程：轉(zhuǎn)向柱及中間軸的可壓縮行程150mm以上； （2）轉(zhuǎn)向柱系統(tǒng)的最小臨界壓縮力：1.1～2.5kN； （3）轉(zhuǎn)向柱斷開聯(lián)接盒分離力：聯(lián)接盒每個注塑銷的破壞力為500N，轉(zhuǎn)向柱上每個可斷開聯(lián)接盒一般有2～4個注塑銷； （4）除了保證規(guī)定的軸向壓縮力外，還要有足夠的抗彎強度，以提高軸向吸能效果； （5）壓縮吸能部分上、下端有一定的強度和剛度差異，保證壓縮吸能力的傳遞； 典型的緩沖吸能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上包括方向盤、轉(zhuǎn)向軸套管、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向器以及當(dāng)方向盤受到撞擊時能夠吸收沖擊能量的其他元件等（如圖3所示）。變形及潰縮部位分上節(jié)和下節(jié)（中間傳動軸及下傳動軸）兩部分，一般以駕駛室前圍為界限，可吸收來自于車前一次碰撞和來自于駕駛員的二次碰撞能。 （a）可壓縮變形的轉(zhuǎn)向柱 （b）可變形支架 轉(zhuǎn)向管柱的上節(jié)潰縮結(jié)構(gòu)繁多，但大都利用摩擦力、剪斷力和變形力來吸收能量，軸向變形常用到的機(jī)構(gòu)有花鍵軸及花鍵套式、尼龍銷式、鋼珠滾壓式和套管擠壓吸能式等，中間傳動軸及下傳動軸的結(jié)構(gòu)常用的有花鍵式、波紋管式、膠盤式或多種結(jié)構(gòu)配合。 由于轉(zhuǎn)向管柱潰縮及吸能主要在軸向方向，而對于部分車型由于涉及原因?qū)е屡鲎策^程中管柱受力方向并不都是軸向，從而導(dǎo)致軸向潰縮不能完全發(fā)揮作用，所以在設(shè)計中應(yīng)考慮管柱的彎曲受力，減小彎矩同樣可以達(dá)到碰撞對管柱的要求，防止碰撞過程中管柱軸向竄動過大波紋管在滿足轉(zhuǎn)矩要求的同時，還可同時滿足碰撞軸向潰縮要求或彎曲潰縮功能。因此，帶波紋管形式的轉(zhuǎn)向傳動軸得到了廣泛的應(yīng)用。 通過扭轉(zhuǎn)校核方法滿足管柱的轉(zhuǎn)向要求，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足管柱的碰撞方面要求，保證駕駛員安全。在設(shè)計中轉(zhuǎn)矩的功能實現(xiàn)及校核、安全設(shè)計及校核，都要經(jīng)過大量的試驗及分析才能確定。當(dāng)然，一個成功的管柱設(shè)計不僅僅是以上兩種功能上的實現(xiàn)，還有諸如角度調(diào)節(jié)和軸向調(diào)節(jié)等方面，還要經(jīng)過強度、疲勞、固有頻率、噪聲、振動和吸能等各方面的大量的CAE分析、零部件及整車試驗驗證，同時還要考慮生產(chǎn)裝配、成本和制造工藝等方面。只有全面考慮，才能做到功能和效益的更好結(jié)合。 第 3 頁 共 3 頁