轉(zhuǎn)向管柱的碰撞安全設(shè)計(jì).doc

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轉(zhuǎn)向管柱的碰撞安全設(shè)計(jì)根據(jù)GB11557防止汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)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48.353.1km/h之間的車速正面撞擊障礙壁時(shí)，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(dòng)，但其竄動(dòng)量不得大于127mm（在動(dòng)態(tài)下測(cè)量）；人體模塊以24.1+12km/h的速度水平撞擊轉(zhuǎn)向盤時(shí)，作用在轉(zhuǎn)向盤上的水平力不得大于11123N，因此，對(duì)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(jì)體現(xiàn)在吸能和潰縮兩個(gè)方面，最終目的是減少對(duì)駕駛員的傷害，正面碰撞時(shí)方向盤、轉(zhuǎn)向管柱和轉(zhuǎn)向器組成的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)駕駛員造成的損傷占到駕駛員損傷的46%。對(duì)于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對(duì)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(shí)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(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)潰縮吸能要求，以保護(hù)乘員安全，對(duì)管柱的設(shè)計(jì)提出了要求，同時(shí)，為了滿足相應(yīng)的要求，管柱各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選型是關(guān)鍵。height=443src=/UploadFiles/2016004/20171/Manage/201715204322.jpgwidth=374/對(duì)轉(zhuǎn)向管柱一般設(shè)計(jì)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：1.12.5kN；（3）轉(zhuǎn)向柱斷開聯(lián)接盒分離力：聯(lián)接盒每個(gè)注塑銷的破壞力為500N，轉(zhuǎn)向柱上每個(gè)可斷開聯(lián)接盒一般有24個(gè)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)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(dòng)軸及下傳動(dòng)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(dòng)軸及下傳動(dòng)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(duì)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(jì)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(duì)管柱的要求，防止碰撞過程中管柱軸向竄動(dòng)過大波紋管在滿足轉(zhuǎn)矩要求的同時(shí)，還可同時(shí)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(dòng)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(jì)滿足管柱的碰撞方面要求，保證駕駛員安全。在設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)矩的功能實(shí)現(xiàn)及校核、安全設(shè)計(jì)及校核，都要經(jīng)過大量的試驗(yàn)及分析才能確定。當(dāng)然，一個(gè)成功的管柱設(shè)計(jì)不僅僅是以上兩種功能上的實(shí)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(qiáng)度、疲勞、固有頻率、噪聲、振動(dòng)和吸能等各方面的大量的CAE分析、零部件及整車試驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)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