可调式液力吸能转向柱设计

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1、可调式液力吸能转向柱设计摘要：为了满足汽车行业《防止汽车转向机构对驾驶员伤害》标准法规的要求，这里在原有吸能式转向柱结构基础上进行综合，提出了一种改进方案。此种改进后的转向柱具有防震吸能的特性，极大地降低了转向机构对驾驶员的伤害。此外，该转向机构还可以调整方向盘的位置（通过对转向柱的长度和角度调节来实现）。文章将主要从液力吸能原理及结构两方面来对该转向柱总成进行介绍。关键词：可调式、液力、吸能、转向柱随着汽车市场的发展，汽车的驾驶舒适性和安全性要求日益提高。在车辆碰撞事故中，最多的碰撞形式是正面碰撞。在乘员没有系安全带或使用安全气囊的情况下，汽车转向盘可能会对乘员造成头部

2、、颈部、肺部等伤害。为了减轻这些伤害，在设计转向机构时必须考虑应用吸能式转向柱，在乘员撞向转向盘时，转向盘沿车体纵向阻尼方向收缩，吸收部分撞击能量，缩短汽车正面碰撞时转向盘后移尺寸，以减少对乘员的伤害。同时，若转向管柱可使转向盘的位置在一定范围内调节以适应驾驶员的操作习惯，则可提高驾驶舒适性。为此，在原有汽车转向管柱及其机构的基础上，开发设计出可调节转向盘位置并具有防碰撞、吸能性能的转向管柱，对提高汽车驾驶舒适性和被动安全性。具有非常重要的意义。1.现有转向柱的主要方案转向轴是连接转向盘和转向器的传动件，并传递他们之间的转矩。转向柱管安装在车身上，支承着转向盘。转向轴从转

3、向柱管中穿过，支承在柱管内的轴承和衬套上。转向机构的吸能装置主要靠转向轴和转向柱管来实现。吸能装置的基本原理是，当受到巨大冲击时，转向轴产生轴向位移，使支架或某些支承件产生塑性变形，从而吸收冲击能量。根据原理不同，转向柱及柱管的吸能装置主要有：1.变形架或变形支架式其均是利用金属的变形来吸收能量。当变形架或变形支架受到一定大小的冲击载荷时，变形架或变形支架发生变形，从而吸收大量能量以及可使方向盘向后移动。2.球和内套套筒式转向管柱分为上下两段，下转向管柱（小）空套在上转向管柱（大）内，其间间隙塞满钢球，靠钢球传递转矩。当受到的轴向冲击过大时，钢球相互挤压变形并与内外柱壁摩

4、擦，从而吸收大量能量以及可使方向盘向后移动。3.拉脱安全锁式拉脱安全锁是第二级吸能装置，主要为一个剪切装置。该剪切装置允许当收到的冲击载荷达到一定值时，拉脱安全锁脱落或支架上的销钉断裂，从而吸收能量并允许方向盘能做较大的轴向移动。4.网格套筒式该转向柱柱管（套筒）做成网格状，当人体撞到转向盘上的力超过允许值时，网格部分将被压缩而产生塑性变形，吸收冲击能量。2.转向柱设计方案2.1设计要求转向管柱在汽车中主要起支撑、固定转向盘，传递驾驶人员通过转向盘施加的扭矩，驱动方向机工作，以起到控制汽车行驶方向的作用。结构简图见图1。可调节、吸能式转向管柱除具备上述基本功能外，还应具有

5、可调节转向盘的位置和防撞击并吸收部分有害撞击能量的功能，以起到适应驾驶员的操作习惯，并在微型汽车发生正面碰撞时，能随汽车变形区域沿车体纵向同步阻尼收缩，使转向盘不向汽车乘员空间发生位移，避免侵入乘员空间，吸收部分撞击能量，降低驾乘人员受伤害的程度，使安全气囊有打开空间的作用。整个总成还应具有一定的刚度，以保证车辆在正常行驶时驾驶人员有和使用原型转向管柱相同的“路感”。要达到上述要求，可调节、吸能式转向管柱（以下简称管柱）设计方案应达到下述性能：l管柱应能可靠地支撑、固定转向盘，有效传递驾驶人员通过转向盘施加的扭矩驱动方向机工作，以起到控制微型汽车行驶方向的作用。管柱自身摩

6、擦扭矩值应在汽车行业规定的范围内。l管柱转向盘端的位置，沿车体纵向应能轻松地在一定范围内上下调节，调节结束后，应能方便、快速、有效地锁定管柱，使其不得有丝毫松动。l车体发生正面碰撞时，管柱前部和转向轴前部处于微型汽车变形区，要随变形收缩的车体同步变形收缩，因此要适度降低管柱刚度，以增加变形收缩量来适应微型汽车前部的变形。l管柱后部和转向轴后部转向盘处位于车体非变形区，为保证驾乘人员的安全，不能随变形的车体向后位移。为使管柱和转向轴满足前部可变形收缩，后部不可变形收缩的性能要求，管柱前部和后部、转向轴前部和后部应为分体式。在车体非碰撞情况下，前、后部可靠连接，连接刚度应适度

7、，以保证微型汽车在正常行驶的情况下，驾驶人员的“路感”和使用整体式管柱一致。l管柱后部安装位置处于车体变形区，当车体变形，安装位置产生位移时，为使管柱后部不随变形车体发生位移，应有脱开装置使管柱和车体分离。l在管柱和转向轴变形收缩过程中，增大其变形阻力，以消耗有害的撞击能量，达到吸能的目的。2.2方案原型l现有汽车可调式管柱总成设计及其工作原理其基本结构如图2所示：现有的可调节、吸能式转向管柱总成设计方案主要由转向轴、管柱、中支架、下支架、调节锁定机构、解脱装置、手柄等组成。其调节原理如下：当转向盘的位置需要调整时，逆时针旋转