转向管柱的碰撞安全设计(正式版)
汽车碰撞试验中方向管柱的动态分析
汽车碰撞试验中方向管柱的动态分析
商恩义;乌秀春
【期刊名称】《机床与液压》
【年(卷),期】2005(000)001
【摘要】以运动学的坐标转换理论为基础,对汽车方向管柱在高速碰撞试验中的位置和姿态进行了动态分析.
【总页数】2页(P182-183)
【作者】商恩义;乌秀春
【作者单位】锦州锦恒汽车安全系统股份有限公司,辽宁,锦州,121007;辽宁工学院汽车与交通工程学院,辽宁,锦州,121001
【正文语种】中文
【中图分类】U467.14
【相关文献】
1.图像分析法在汽车碰撞试验中的研究 [J], 贾晓东
2.三维激光扫描技术在汽车碰撞试验中的应用 [J], 梁建国;梁志桐;周铭森
3.图像分析法在汽车碰撞试验中的研究 [J], 贾晓东
4.车载数据采集系统在汽车碰撞试验中的应用与分析 [J], 梁亚飞;邱起起
5.三维激光扫描技术在汽车碰撞试验中的应用 [J], 梁建国;梁志桐;周铭森
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
汽车转向管柱设计概述
汽车转向管柱设计概述转向系统是汽车底盘的重要系统之一，其中转向管柱是转向系统的重要部件，使驾驶员作用在转向盘上的力矩通过管柱、转向机、转向横拉杆等部件转化为车轮的运动，实现车辆转向的目的。
目前转向管柱的主要形式有液压助力、电动助力。
文章主要介绍转向系统中的转向管柱开发策略，根据不同车型特点，提出在开发过程中应注意的事项。
标签：转向系统；转向管柱；液压助力；电动助力前言转向管柱是车辆转向系统中的重要部件。
它的主要作用是通过驾驶员作用在方向盘上的扭矩，使方向盘的转动通过转向管柱及转向机、横拉杆、万向节等部件转化为车轮转动，实现车辆转向。
随着安全性的要求逐步提升，转向管柱还要承担二次碰撞中溃缩和能量吸收作用，以保护乘员的安全。
文章主要介绍转向系统中的转向管柱开发策略，提出了转向管柱特点及应注意的事项。
1 转向管柱开发的方向现代转向管柱集功能与节能环保为一体。
随着技术的不断发展，电动助力转向EPS日趋成熟，分为转向管柱式电动助力、齿轮轴式电动助力及齿条轴式电动助力。
其中带有助力电机的转向管柱式电动转向模式己经被逐步应用，该种方式是将助力电机安装在转向管柱上，电机的助力和驾驶员操纵力矩通过中间轴作用在转向机小齿上。
其最大优点是电机、ECU、减速机构等都安装在驾驶舱内，部件的工作环境较好。
但由于所有助力都将通过转向管柱传递到转向小齿轮和齿条上，转向管柱自身的受力较大，导致其助力的大小受到限制。
2 转向管柱的功能特征在确定开发方向采用机械式转向管柱后，需要确定管柱需实现的功能。
逆向设计不但可以减短开发周期，而且可以借鉴一些成熟的经验。
所以根据车型转向管柱布置硬点，通过借鉴市场上己有的成熟的结构进行开发。
在管柱开发中，针对多款竞争车型的产品进行样件分析，给出了分析报告，以全面了解转向管柱所应具有的功能（如表1所示）。
对标杆车型管柱对比分析，调节方式有手动调节和电动调节。
电动调节开发周期长，费用高。
轴向调节范围多在±25mm范围，角度调节在±30mm范围。
基于2021版C-NCAP仪表板五星膝碰研究
2024年第1期引 言C-NCAP按照乘员保护、行人保护和主动安全三个部分的综合得分率来进行星级评价，其中乘员保护中的100%正面碰撞和MPDB碰撞与膝碰相关，分值分别2分和4分，占比分值较大，按照C-NCAP星级评定方案，整车碰撞若要达到C-NCAP五星需要综合得分率达到超过83%且小于92%（如表1），同时乘员保护、行人保护和主doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2024.01.011 收稿日期：2023-11-15基于2021版C-NCAP仪表板五星膝碰研究李威，叶勤，亢胜利，王洪明，贺桥利（东风汽车集团有限公司研发总院，武汉 430058）摘 要：随着汽车工业的发展，汽车从“零死亡”向“零伤亡”再向“零事故”的终极目标不断前进，汽车的安全性尤其是碰撞安全越来越受到人们的关注。
相较于2018版C-NCAP，2021版仪表板knee-mapping试验采用正面50%重叠移动渐进变形壁障碰撞试验（MPDB）替代了正面40%重叠可变形壁障碰撞试验，同时引入了可变区域接触和集中力载荷的评分要求以及试验前提达成规则，评分要求越趋严格。
本文基于对2021版C-NCAP膝碰评分规程解读，探索并提出达成五星膝碰的仪表板设计方法。
关键词：C-NCAP；仪表板；五星膝碰中图分类号：U467.1+4 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2024）01-0061-09Based on the 2021 C-NCAP of IP Five-star Knee-mapping ResearchLI Wei, YE Qin, KANG Sheng-li, WANG Hong-ming, HE Qiao-li( Dongfeng Motor Corporation Research&Development Institute,Wuhan 430058, China)Abstract: With the development of the automobile industry, the ultimate goal of automobile from "zero death" to "zero casualties" and then to "zero accidents" continues to move forward, and the safety of automobiles, especially collision safety, has attracted more and more attention. Compared with C-NCAP 2018 version, knee mapping test of instrument panel 2021 version adopts front 50% overlap moving progressive deformation barrier crash test (MPDB) to replace front 40% overlap deformable barrier crash test, and introduces the scoring requirements of variable area contact and concentrated force load as well as the test prerequisite to achieve rules. Based on the interpretation of C-NCAP knee touch scoring procedures for 2021 edition, this paper explores and proposes a dashboard design method to achieve five-star knee-mapping.Key Words: C-NCAP; Instrument Panel; Five-Star Knee-Mapping李 威毕业于武汉理工大学，硕士研究生学历，现就职于东风汽车集团有限公司研发总院，任主管工程师，主要研究方向为汽车仪表板仪表板技术方案设计，曾发表相关论文3篇，并获得15项专利。
QBJC-CP-000-2008-轿车转向管柱技术条件
上海精粹机电科技有限公司企业标准QB/JC-CP-0 -2008转向管柱技术条件（试行）2008-XX-XX发布 2008-XX-XX 实施上海精粹机电科技有限公司发布前言本标准规定了上海精粹机电科技有限公司轿车吸能式转向管柱的企业标准，为保证产品质量特制订此标准.国家标准、行业标准已有明确规定且适合于本产品的，直接引用作为本标准的内容。
本标准按照GB/T1.3-1997《标准化工作导则第1单元：标准的起草与表述规则第3部分：产品标准编写规定》和GB/T1.1-2000《标准化导则第1部分：标准的结构和编写规则》的要求编写，是在满足市场需求和产品性能的实际情况下制定的。
本企业标准由范围、规范性引用文件、试验条件、试验方法、检验和试验规则、标志、包装、运输及贮存等部分组成。
本标准由上海精粹机电科技有限公司提出。
本标准由研发部底盘科负责起草。
本标准由研发部情报资料科归口。
本标准主要起草人:本标准校对人：本标准标准化审查人：本标准审核人：本标准批准人：转向管柱技术条件1、主题内容与适用范围本标准规定了汽车转向管柱总成的技术要求、试验方法、检验和试验规则、标识、包装、运输、储存及质量保证。
本标准适用于长丰汽车科技轿车转向管柱。
2、引用标准GB/T13384-1992 机电产品包装通用技术条件QC/T649-2000 汽车转向传动轴总成性能要求及试验方法QC/T647-2000 汽车转向万向节总成性能要求及试验方法3、定义本标准采用以下定义3.1万向节总成最大工作角转动万向节时,两万向节叉不产生相互干涉,万向节能够传递转向转矩的最大摆角。
3.2 万向节总成摆动力矩固定万向节的一个节叉,而另一个万向节叉绕十字轴摆动时的摆动力矩值。
3.3 万向节总成转动方向间隙在转动方向上万向节的间隙。
3.4 万向节总成十字轴轴向间隙万向节十字轴的端面和轴承或调整垫圈之间的间隙。
3.5 万向节与轴的拔拉力在装配状态下,在夹紧固定时，万向节叉和轴之间轴向拔拉至滑动时所需的负荷。
碰撞安全与转向管柱溃缩吸能结构开发
碰撞安全与转向管柱溃缩吸能结构开发作者：江天保沈岱武来源：《时代汽车》2019年第09期摘要：为使得在碰撞事故发生后减轻对驾驶员的伤害，从转向管柱溃缩吸能开发入手，本文介绍如何开发一种可溃缩的转向管柱，以及开发过程。
关键词：二次碰撞;转向管柱;溃缩;吸能1 前言随着汽车消费的普及，汽车安全事故越来越多，对汽车安全的要求也越来越高;本文主要介绍为使得在碰撞事故发生后减轻对驾驶员的伤害，从转向管柱溃缩吸能开发入手，介绍如何开发一种可溃缩的转向管柱。
当高速行驶的汽车撞击到低速或者静止的物体后，高速行驶的汽车就会有一个比较大的减速度，根据牛顿定律，驾驶员由于惯性的作用，会向前继续运动，怎么样来约束驾驶员继续向前运动并降低驾驶员受到伤害程度，是被动安全需要解决的问题，本文只介绍安全转向管柱在被动安全约束系统中起到的作用和开发过程。
2 被动安全约束系统简介在诸多约束系统中，转向管柱对驾驶员起到比较重要的作用。
对于中等尺寸的轿车，在被动约束系统中，据统计转向管柱吸收驾驶员总能量约18%左右。
转向管柱/方向盘是汽车发生碰撞时，驾驶员的头、颈、胸与之发生二次碰撞的重点区域，对于被动安全设计要点为：☆对气囊（DAB）有效支撑，并保持承压方向;☆对方向盘具有一定程度的塑形变形，以吸收人体碰撞的冲击能量（GB11557/ECER12）☆转向管柱具有溃缩特性，理论设计有效溃缩距离至少应≥60mm;☆在转向管柱/方向盘的溃缩路径上，应确保没有相关零部件影响溃缩，考虑到如点火开关、护罩、IP等影响，实际试验中溃缩距离应不低于40mm。
3 转向管柱溃缩性能开发流程3.1 项目定义项目启动后，根据立项输入中的整车安全等级，确认转向管柱的溃缩性能，根据需要，合理定义转向管柱溃缩性能。
需要明确转向管柱初始溃缩力，管柱总成溃距离和中间轴溃缩距离。
3.2 转向管柱溃缩方案选用转向管柱溃缩方案比较多，每种溃缩方式的控制方法和控制精度也不同。
转向管柱的碰撞安全设计
转向管柱的碰撞安全设计背景简介转向管柱（steering column）是汽车驾驶员与车轮之间的一根装置，它是汽车转向的媒介。
转向管柱的质量和安全设计，对汽车驾驶员的行车安全有着至关重要的作用。
在汽车行驶过程中，一个较高速度的碰撞，往往会引起转向管柱断裂，给驾驶员造成严重的伤害甚至致命。
因此，安全可靠的转向管柱设计变得格外重要。
碰撞安全设计的要素转向管柱材料的选择转向管柱通常使用钢材或铝材制作，其中钢材转向管柱具有更高的强度和耐腐蚀性，因此在大多数情况下，钢材转向管柱被视为更好的选择。
在材料选择时，还要考虑如何减轻转向管柱的重量，以便减少驾驶员在碰撞中的伤害，同时增加汽车的燃油效率。
转向管柱吸能设备的使用在汽车碰撞时，转向管柱承受的力量相当大，需要通过吸能装置来消耗碰撞能量，并将驾驶员的撞击力减少到最低水平。
吸能设备通常使用可压缩的材料，如泡沫碎片和聚乙烯塑料来实现吸能工作。
在设计吸能装置时，需要考虑吸能装置的大小和形状，以及吸能装置与转向管柱的连接方式。
转向管柱的强度和刚度转向管柱的强度和刚度对汽车驾驶员的安全至关重要。
强度是指转向管柱抵抗断裂的能力，刚度是指转向管柱抵抗弯曲和扭曲的能力。
在设计转向管柱时，需要考虑转向管柱的跨度、壁厚和直径，以确保其具有足够的强度和刚度。
转向管柱的位置和安装在汽车设计中，转向管柱的位置和安装必须考虑到驾驶员的人体工程学因素和空间因素。
为了最大限度保护驾驶员的安全，需要将转向管柱放置在驾驶员身体的中心线上，并确保转向管柱不会造成额外的伤害。
在安装转向管柱时，还需要确保其正确的固定和调整。
碰撞测试的模拟与验证在设计和制造新的转向管柱时，必须对其进行碰撞测试，以模拟不同碰撞情况下的驾驶员安全性能。
这些测试可以帮助设计人员优化转向管柱的材料、结构和安装，以确保其满足国家和行业标准的要求，并减少驾驶员受伤的风险。
结论转向管柱的碰撞安全设计是汽车行业中的一个重要领域，也是一项具有挑战性的设计任务。
汽车转向管柱设计概述
汽车转向管柱设计概述汽车是我们日常生活中必不可少的交通工具，它的转向系统是整个车辆的重要组成部分。
其中，转向管柱是汽车转向系统中至关重要的组件之一。
本文将深入探讨汽车转向管柱的设计原理及其作用。
一、汽车转向管柱的概述汽车转向管柱是连接方向盘和转向齿轮箱的重要部件。
它位于车辆的前部机舱内，translate出来的意思是“转向管柱”，这是汽车转向系统的中心部分。
下面，我们将针对它的工作原理和重要构成部分进行详细讲解。
二、汽车转向管柱的工作原理在汽车中，转向管柱的作用是用来传递驾驶员的方向盘输入，将其变成精确的车轮转向，控制汽车行驶方向。
当驾驶员转动方向盘时，方向盘杆就会发生移动，在管柱中进行传输，最终到达转向齿轮箱。
转向齿轮箱会转动前轮的方向并给发动机启动器供电，进而启动车辆。
三、汽车转向管柱的重要构成部分汽车转向管柱由多个构成部分组成，这些部分因车型而异。
这里，我们将为大家介绍汽车转向管柱的重要部分。
1.方向盘方向盘是驾驶员控制汽车方向的主要部件，它位于驾驶员的前方。
方向盘可以左右旋转，通过转向管柱的传动，将驾驶员的输入信号转化为车轮转向。
方向盘可以根据驾驶员的需要进行调整，以达到最舒适和最安全的驾驶状态。
2.转向管柱轴转向管柱轴是转向系统中最重要的部件之一。
它连接方向盘和转向齿轮箱，并传输驾驶员的方向盘输入信号。
转向管柱轴还需要具备一定的强度和硬度，以承受高速行驶产生的剧烈冲击和扭力。
3.转向管柱支架转向管柱支架是固定转向管柱轴的主要部分。
这个部件必须具备足够强度和稳定性，因为它需要承受车轮方向的巨大压力和扭力，同时还要保证驾驶员方向盘输入信号的精确传输。
四、汽车转向管柱的设计原则汽车转向管柱的设计必须符合一定的原则，以确保其可靠性和稳定性。
下面，我们将为大家介绍汽车转向管柱设计的主要原则。
1.强度要求转向管柱需要具备较高的强度和刚度，以推动车轮的转向。
在设计转向管柱时，制造商会考虑固定支架的尺寸和材质、管柱的截面形状和材质等因素，以满足强度要求。
转向管柱在整车碰撞中的分析与改进
转向管柱在整车碰撞中的分析与改进作者：郑宇王迪来源：《科学导报·学术》2020年第40期摘;要：转向管柱作为汽车转向系统的重要部分，其独特的性能与设计对整车的操纵性造成了很大的影响，在整个控制过程中发挥了巨大作用。
在汽车碰撞的测试之后，转向管柱出现了性能不足等问题，其运动速度以及相关的性能，需要在实际操作中进行进一步的分析与优化，以提升转向管柱的利用性，发挥其在整车操纵中的作用。
关键词：转向管柱;整车碰撞;转向系统;设计优化汽车底盘的系统构成有多个要素，其中最重要的便是转向系统，转向系统对车辆转向以及整车的实际操作都具有重要影响。
在整车操纵的过程中，良好的转向系统能够发挥其自身的性能优越性，保证汽车行驶的安全，同时系统的灵活性以及特有的转向管柱，也能够在汽车整车碰撞过程中起到一定的安全防护作用。
一、转向管柱在汽车碰撞中的作用1.1转向管柱的工作原理转向系统是汽车系统的重要组成部分，也是汽车的重要工作系统，转向系统的良好运行能够让汽车的优越性得到充分的发挥，让汽车的速度以及方向转变都更加灵活，也更加符合人员需求。
在具体的转向系统构成中，转向管柱是非常重要的，在转向行驶的关键环节中，便是转向管柱在发挥作用。
这一构成要素，对汽车的操纵性以及稳定性都会造成重要的影响这一构成要素，对汽车的操纵性以及稳定性都会造成重要的影响，也是影响转向轮之间的协调关系，进行人车互动的关键。
转向管柱的工作原理便是将方向盘和转向器之间进行有效的连接，发挥各个系统之间的转向作用，同时将这些作用传递到驾驶员手中，是人车之间能够进行有效的配合，将方向盘的输入转矩，也在转向系统中进行合理的优化，从而促使齿轮的移动，进而对整车的运动进行良好的控制，进行方向和速度上的把握。
1.2转向管柱在汽车碰撞中的性能发挥1.2.1控制整车方向，实现及时转向对于有可能发生的整车碰撞现象，转向管柱能够让驾驶员对车辆方向和车辆速度进行及时的控制。
转向管柱压溃力设计要点（汽车设计技术）
转向管柱压溃⼒设计要点（汽车设计技术）转向管柱压溃⼒设计要点：法规要求GB 11557—1998《防⽌汽车转向机构对驾驶员伤害的规定》中，要求当汽车以48.3 ～ 53.1km/h 的速度撞击固定壁障时，⽅向盘的⽔平后移量≤ 127 mm；美国FMVSS 208 法规中规定，转向系统的最⼩临界压缩⼒不超过11.11 kN，⼀般最⼩临界压缩⼒在1.1 ～ 2.5 kNGB11557;GB11551;FMVSS208，CNAP⼀.⽓体发⽣器反作⽤⼒吸能转向柱临界压缩⼒必须⼤于⽓体发⽣器反作⽤⼒临界值（最⼤⼒），以⽀撑⽓囊起作⽤ ⼆.驾驶员头部对转向柱的冲击⼒（⽆安全⽓囊，普通安全带）F外x=4.54*a头x—F颈xF外z=4.54*a头z—F颈zF外=F外x+F外z（⽮量）试车试验后，HIC36需要满⾜法规，若要优化压溃⼒，则管柱压溃⼒设置成≤F外，⼀般≤3.5KNF外x，F外z假⼈头部x向和z向受到的外⼒，⽅向盘撞击⼒，kN4.54——HYBRIDⅢ型50th假⼈头部质量，kg；a头x，a头z——假⼈头部x 向和z向产⽣的加速度，m/s2；F颈x，F颈z——假⼈颈部在碰撞过程中受到的剪切⼒和张⼒，kN。
a头x，a头z，F颈x，F颈z在试验过程中可采集GB11551规定：HIC36 ≤1000三.驾驶员头部对转向柱的冲击⼒（安全⽓囊）安全⽓囊的作⽤可以保证对乘员头部的保护，此时吸能转向柱临界压缩⼒在设定时可以不考虑头部的碰撞影响，仅保护乘员胸部即可四.驾驶员胸部对转向柱的冲击⼒F1= Fcosθ（作为压溃⼒设计的上限值）F2= Fsinθ假⼈胸部与⽅向盘间沿x 向（⽔平⽅向）发⽣碰撞F——假⼈胸部与⽅向盘的碰撞⼒，kN；θ——转向柱的安装⾓，（º）F1——沿转向柱轴向使转向柱压缩吸能的分⼒，kN；F2——使转向柱向上弯曲的分⼒，kN。
F胸x合=—F带+F=m胸*a胸xF=18.73*a胸x+F带F1=（18.73*a胸x+F带）cosθF2=（18.73*a胸x+F带）sinθF胸x合——产⽣x向胸部加速度的⼒，kN；a胸x——胸部x 向加速度，m/s2；m胸——⼴义的胸部质量，为HYBRID Ⅲ型50th假⼈胸部的质量17.19 kg 和颈部的质量1.54kg 之和18.73kg；F 带——测量得到的安全带肩带⼒，由于其值为正，为了确保与加速度⽅向⼀致，代⼊后取反，kN。
转向管柱在整车碰撞中的分析与改进
转向管柱在整车碰撞中的分析与改进发表时间：2018-09-18T09:57:55.613Z 来源：《知识-力量》1月中作者：左张兵[导读] 介绍了转向管柱在汽车碰撞中的作用，结合某车型整车碰撞试验结果，通过改变转向管柱溃缩机构，调节压溃性能参数，提升整车碰撞性能等级。
（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海 201804）摘要：介绍了转向管柱在汽车碰撞中的作用，结合某车型整车碰撞试验结果，通过改变转向管柱溃缩机构，调节压溃性能参数，提升整车碰撞性能等级。
关键词：转向管柱碰撞安全汽车1 前言：随着汽车工业的发展，汽车安全性已得到了世界各国政府及消费者的关注，对汽车安全要求越来越高，碰撞安全法规也越趋严格。
如何通过整车结构设计、零部件性能优化满足国际国内相关法规，在汽车事故中更好地保护驾乘人员，是目前汽车安全设计的一大课题。
文中对通过改变转向管柱压溃性能参数提升整车安全碰撞等级进行了探讨。
2 转向管柱在碰撞过程中的作用提到汽车碰撞安全件，人们首先想到安全气囊、安全带、安全头枕等。
随着汽车安全技术的发展，很多汽车零部件开始扮演安全卫士的角色。
可压溃式转向管柱凭借着其吸能机构成为了汽车乘员保护系统之一。
当汽车发生正面碰撞事故时，由于车身车架变形导致转向轴转向盘后移，而人体在惯性力的作用下往前冲，司机胸部和头部会碰撞到转向盘而受伤。
如果转向管柱是可压溃式吸能管柱，汽车发生碰撞时，管柱便会产生压缩变形而吸收能量，起到缓冲作用，并使转向盘的后移量减小。
[1] 保护驾驶员，降低伤害值。
3 转向管柱零件压溃性能试验转向管柱设计开发时，整车安全CAE设定的静压溃要求，是管柱综合性能指标之一，分别采用什么吸能结构，既满足安全要求，又满足整车布置、NVH、功能、强度耐久等试验要求。
当结构确定后，其压溃性能曲线一般也随之确定。
DELPHI最新研制出一种自适应吸能管柱，可根据碰撞严重度、驾驶员体重、座椅位置、安全带状态等激发不同吸能机构压溃，分别提供不同压溃力，最大程度保护驾驶员。
汽车转向管柱支撑结构碰撞过程分析与改进设计
模拟汽车事故的模型
模拟结构大变形的模型 汽车碰撞中车身结构的 刚度、 强度、 变形分析 模拟人体整体动力学 响应的模型 模拟人体局部结构的 生物力学模型 汽车碰撞中人体和约 束系统的动力学分析 法规制定中人体伤害 指标的确定
!
汽车碰撞的有限元分析方法特点
在汽车碰撞过程中， 碰撞动能主要通过汽车压溃
区的变形来吸收， 因此， 如何计算模拟碰撞过程中汽 车构件的变形过程， 就成为汽车碰撞过程中的关键问 题。 由于汽车碰撞过程时间极短， 而且汽车构件形状 复杂， 边界条件也很难确定， 因此使用传统的计算方 法根本无法进行。 目前， 国内外用于汽车碰撞模拟的 模型， 主要采用! 类， 见附表。 本文是用有限元方法对汽车转向管柱支撑结构 进行碰撞模拟分析的。 采用有限元方法进行模拟计算， 具 有以下特点： 采取不同的 " 可以根据不同要求， 单 元 数量 、 种类 和 精 度 ， 以 达 到所 需 要 的计算精度； 无需 # 可以完全依靠计算机工作， 手工计算； 可以迅速得到结 $ 在结构设计时， 果， 对 结 构 进行 修 正 ， 并 减 少 样车 的 试 制数量； 可以很 % 如果建立起结构数据库， 方便地进行结构设计与方案比较， 大大 提高设计工作的效率。
自从上世纪 !" 年代梅塞德斯—奔驰公司第一次 进行碰撞试验以来， 直到上世纪 #" 年代末期， 汽车对 障碍物的碰撞试验是评价车辆安全性能的唯一方法。 随着计算机技术的发展， 为了减少碰撞试验的高昂费 用， 缩短开发周期， 各大汽车厂商纷纷转向计算机模 拟碰撞计算。
模 型种类
附表
汽车碰撞的主要模型类型 主要用途 碰撞中汽车运动的分析 模 拟方法 刚体分析方法 离散参数分析方法 有限元分析方法 多刚体分析方法 有限元分析方法 有限元分析方法
EPS 转向管柱总成碰撞性能分析
Vol .8No .1Mar .2011邵阳学院学报（自然科学版）Journal of Shaoyang University （Natural Science Edition ）第8卷第1期2011年3月文章编号：1672-7010（2011）01-0041-030前言汽车电动助力转向系统（Electric Power Steer,简称EPS ）是一种新型的转向系统．对EPS 转向管柱总成的碰撞安全性研究是汽车发生二次碰撞时为减少对驾驶员伤害作用而对转向管柱能量吸收性能进行的研究．本文中的EPS 的吸能机理是通过上下套管之间的相互摩擦力来吸收能量，上、下套管的过盈量不同，其吸能效果不一样[1]．在转向管柱的不完全碰撞试验中，转向管柱支撑于车身上，方向盘与转向器管柱相连，然后物体撞向转向器的轴．其碰撞力来自于驾驶员胸部的接触力．根据GB11557-1998《防止汽车转向机构驾驶员伤害的规定》，方向盘中心的位移量向后窜动量不能超过127mm ，以保证对人体伤害不至唐宁1，周廷明2，陈志刚1，李梦奇1，刘志辉1（1.邵阳学院机械与能源工程系，湖南邵阳422004；2.株洲易力达机电有限公司，湖南株洲412000）摘要：为提高电动助力转向器的转向柱的碰撞安全性能，以电动助力转向器中的上、下套管为研究对象，应用动态显式有限元方法，在A N SY S/L S-D Y N A 软件平台，对其建立模型并进行有限元分析，仿真结果表明，过盈量为0.05m m 时，转向柱的最大的Z 向位移量满足G B 11557-1998的要求．关键词：车辆工程；碰撞；转向管柱总成；有限元中图分类号：U463.99文献标识码：ACollision Analysis of Steering Column Assembly on EPSTANG Ning 1，ZHOU Ting-ming 2，CHENG Zhi-gang 1,Li M eng-qi 1,LIU Zhi-hui 1Abstract:To improve the collision safety CAE analysis of steering column on EPS,taking the upper and lower volume on EPS as the research object,this paper makes the design by the method of dynamic finite element,which is based on the ANSYS/LS-DYNA software.the model is established and then the finite element is analyzed.The results show that,when the surplus between the upper and lower volumn is 0.05mm,the maximum level of the displacement in Z direction meet the requirements of GB11557-1998．Key words:vehicle engineering;collision;steering column assembly;finite element收稿日期：2010-12-20作者简介：唐宁（1983-），男，湖南郴州人，邵阳学院机械与能源工程系助教,硕士，从事汽车碰撞及结构CAE 分析.E-mail:shijian138@ ．EPS 转向管柱总成碰撞性能分析（1.Department of Mechanical and Energy Engineering ，shaoyang University,Shaoyang ，Hunan 422004；2.Zhuzhou Elite Electro Mechanical Co.Ltd ，Zhuzhou 412000）于过大.故可以以套管轴线的位移量作为改进的依据.原EPS转向管柱总成试验后轴向位移量在180mm左右，不满足标准，本文在对原EPS的管柱总成的几何尺寸进行改进的基础上，将转向系统看成是一个省略了方向盘，由上套管，下套管过盈装配组成的完整系统．按照汽车转向柱的碰撞试验要求，利用ANSYS/LS-DYNA软件，以改进后的结构建模并按ANSYS中模型简化的要求，对转向管柱进行了简化，建立了转向管柱有限元模型并进行结构分析，计算，计算结果表明，改进后的管柱总成吸能性能符合标准，并能有效减少碰撞时转向系统对驾驶员的伤害．1转向管柱总成的结构EPS三维模型在PRO/E软件中建立，通过IGES文件导入ANSYS,经过删除不必要的零件，得到如图1所示的转向管柱总成的三维几何模型由图1可见，转向管柱总成由上，下套管过盈配合组成，转向柱通过轴承安装在套管内．2有限元模型的建立2.1下套管的建立根据转向管柱总成的吸能机理，将转向系统看成是一个省略了方向盘，由上套管，下套管过盈装配组成的完整系统．所以忽略上下传动轴，只建立上，下套管结构．由图可见，下套管结构复杂，本文通过IGS文件导入ANSYS中做相应修改后进行网格划分．下套管直径为32mm,长为130mm，材料为Q215B,抽壳后采用Hughes-liu壳单元划分，材料模型为双线性等向强化弹塑性（BIOS）,材料参数如表1：下套管上共有12块加强筋，其中纵向为3块，周向布置4块，这是转向管柱构成过盈配合进行碰撞吸能的主要部件，加强筋的厚度不同，布置方式不同，过盈量就不同，吸收能量的大小也不同，改进后厚度都定为2mm，过盈量为0.05mm．改进后的尺寸如图2（a）(b)(c) (a)11mm×3mm;(b)19mm×3mm;(c)37mm×3mm下套管的有限元模型如图32.2上套管的建立由图1知，上套管结构分为上下两端直径不同的套管，且有很多细节结构，比如小孔，导圆，凸台等，按照ANSYS模型简化的原则，将上套管简化为直径不变的套管，通过扫略的方式直接在ANSYS中建立一个圆柱面．如图4，上套管直径为34mm,长为215mm，材料为Q215B,抽壳后采用Hughes-liu壳单元划分，材料图4上套管有限元模型Fig.4the FEM model of the upper volume邵阳学院学报（自然科学版）第8卷42表1材料参数Table1material parameters图2加强筋的尺寸Fig.2dimension of different ribs图3下套管有限元模型Fig.3the FEM model of the lower volume 图1转向管柱总成的结构Fig.1The structure of the steering column assembly唐宁1，周廷明2，陈志刚1，李梦奇1，刘志辉1：EPS转向管柱总成碰撞性能分析第1期43模型为双线性等向强化弹塑性（BIOS）,材料参数同下套管．2.3仿真模型的建立利用相对运动的观念建立仿真模型，仿真模型如图5，假设下套管冲击上套管，重物通过在下套管端部加载质量单元mass21代替，质量为45Kg．下套管的初始速度取为4420mm/s上，下套管之间采用STS接触类型，接触参数为：静摩擦系数为0.15,动摩擦系数为0.1,接触刚度罚因子0.1．计算时间设为0.04s,上套管端部固定，下套管只有Z向自由度．有限元模型如图3计算结果模型在t=0.03s时下套管完全穿过上套管，完成整个计算．y方向位移计算结果如图6第一个加强筋与上套管相作用时直径方向（Y向）的变形量如图7上，下套管轴线（Z向）的位移量如图8由图8可见，在t=0.03s时，下套管最大的位移量为125mm,即改进总成尺寸参数后套管轴向位移量降至125mm,这一结果在随后的实车碰撞试验中得到验证，证明转向管柱总成结构参数是满足设计要求的．4结论通过对EPS转向管柱总成的碰撞性能的仿真分析，尤其是通过反复试验对加强筋不同尺寸的仿真计算，得出结论如下：(1)通过改变和控制加强筋厚度可以改变上、下套管之间的过盈量，来达到提高转向管柱的吸能性能的目的．经过反复试验，最终把厚度设为2mm,此时过盈量为0.05mm,经过试验，套管轴向位移为125mm,满足标准的要求．(2)通过改变加强筋的尺寸和布置方式，可以实现转向管柱的轻量化，节省材料，降低成本．参考文献：[1]甘纯刚.C型电动转向器转向柱碰撞机理研究[D].武汉：武汉理工大学，2008.[2]白金泽.LS-DYNA3D理论基础与实例分析[M].北京:科学出版社，2004.[3]何涛，杨竞，金鑫，等.ANSYS10.0/LS-DYNA非线性有限元分析实例指导教程[M].北京：机械工业出版社，2007.[4]尚晓江，苏建宇.LS-DYNA动力分析方法与工程实例[M].北京:中国水利水电出版社，2006.图8z方向位移云谱图Fig.8The displacement in zdirection图5有限元模型Fig.5the FEMmodel图6y方向位移云谱图Fig.6The displacement in ydirection图7第一个加强筋y方向位移云谱图Fig.7The displacement in y direction of the first ribs。
微型电动汽车转向管柱支撑结构耐撞性设计
微型电动汽车转向管柱支撑结构耐撞性设计
郑玉卿;朱西产;董学勤;赵汝涛;马志雄
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】2018(040)005
【摘要】基于GB11557—2011的要求,为某微型电动汽车设计了一款转向管柱吸能支撑结构,它由两根中部含V型缺口的槽型薄壁梁组合而成,其塑性变形阶段的极限强度水平可由V型缺口关键参数c和夹角θ调控.仿真结果表明:人体模块碰撞力随c和θ增大呈非线性减小.由c=24mm的数值仿真和碰撞试验结果对比可知:两者塑性变形模式一致;碰撞力曲线吻合得较好;人体模块碰撞力峰值偏差仅为6.1％.新支撑结构的强度和碰撞吸能水平在冲击试验和驾乘过程中均符合耐撞性设计要求.【总页数】8页(P528-535)
【作者】郑玉卿;朱西产;董学勤;赵汝涛;马志雄
【作者单位】同济大学汽车学院,上海 201804;湖州师范学院工学院,湖州 313000;同济大学汽车学院,上海 201804;易觉汽车科技(上海)有限公司,上海 201806;同济大学汽车学院,上海 201804;同济大学汽车学院,上海 201804;现代汽车零部件技术湖北省重点实验室,武汉 430070
【正文语种】中文
【相关文献】
1.微型电动汽车正面碰撞结构耐撞性设计 [J], 王大志;于成祥
2.纯电动汽车车身结构耐撞性的整体拓扑优化设计 [J], 雷正保;肖林辉;刘助春;阳彪
3.汽车转向管柱支撑结构碰撞过程分析与改进设计 [J], 孟庆雨;陈明;郑昆
4.电动汽车侧面柱碰车身结构耐撞性优化 [J], 杨杨; 张洋; 王金龙; 张琪
5.电动汽车侧面柱碰车身结构耐撞性优化 [J], 杨杨;张洋;王金龙;张琪
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于车辆碰撞时转向柱安全性研究
基于车辆碰撞时转向柱安全性研究
张桂荣
【期刊名称】《拖拉机与农用运输车》
【年(卷),期】2006(33)4
【摘要】分析了安全转向柱的法规要求,汽车碰撞能量的分配,伸缩式转向轴、可断开式转向轴、套筒式转向柱管、波纹管式转向柱管等的结构和安全控制原理。
分析了安全转向柱的性能和吸能机理,转向柱的安装角度对吸能效果的影响,转向盘向后位移量试验方法和转向盘对驾驶员胸部碰撞力的试验方法。
【总页数】3页(P15-17)
【关键词】碰撞;转向柱;安全性
【作者】张桂荣
【作者单位】山东交通学院
【正文语种】中文
【中图分类】U463.44
【相关文献】
1.基于碰撞性能的转向柱结构优化设计 [J], 宋晓华
2.材料特性对转向柱碰撞性能影响的仿真研究 [J], 宋晓华;李伟
3.基于CAE技术的汽车转向器柱碰撞分析 [J], 皇甫世汇
4.基于汽车侧面碰撞安全性B柱结构优化设计 [J], 彭宇玲; 郭献洲
5.基于转向轮有转向角的车辆碰撞后运动分析 [J], 李仲兴;单红艳;姚斌
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
文件编号：TP-AR-L5651
In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives.
（示范文本）
编订：_______________
审核：_______________
单位：_______________
转向管柱的碰撞安全设
计(正式版)
转向管柱的碰撞安全设计(正式版)
使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。
材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。
根据GB 11557《防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定》3.1及3.2要求：不装人体模块的整备车辆以48.3～53.1 km/h之间的车速正面撞击障碍壁时，转向柱管和转向轴的上端允许沿着平行于汽车纵向中心线的水平方向向后窜动，但其窜动量不得大于127 mm（在动态下测量）；人体模块以24.1+12
km/h的速度水平撞击转向盘时，作用在转向盘上的水平力不得大于11123N，因此，对转向盘及转向管柱提出了安全方面的要求。
图1所示为某车型转向管柱总成结构，转向管柱的安全设计体现在吸能和溃缩两个方面，最终目的是
减少对驾驶员的伤害，正面碰撞时方向盘、转向管柱和转向器组成的转向系统对驾驶员造成的损伤占到驾驶员损伤的46%。
对于转向系统对人的伤害来自于方向盘和转向管柱。
造成人员伤害的部位集中在头部、胸部及腿部。
所以，采取措施是碰撞时转向系零部件的塑性变形、弹性变形以及某些零部件相互分开不能传递运动和力或者利用零部件之间的摩擦来吸收冲击能量。
因此，如何使管柱实现溃缩吸能要求，以保护乘员安全，对管柱的设计提出了要求，同时，为了满足相应的要求，管柱各部分的结构设计和选型是关键。
对转向管柱一般设计参数要求如下：
（1）压缩行程：转向柱及中间轴的可压缩行程150mm以上；
（2）转向柱系统的最小临界压缩力：1.1～
2.5kN；
（3）转向柱断开联接盒分离力：联接盒每个注塑销的破坏力为500N，转向柱上每个可断开联接盒一般有2～4个注塑销；
（4）除了保证规定的轴向压缩力外，还要有足够的抗弯强度，以提高轴向吸能效果；
（5）压缩吸能部分上、下端有一定的强度和刚度差异，保证压缩吸能力的传递；
典型的缓冲吸能转向系统结构上包括方向盘、转向轴套管、转向轴、转向器以及当方向盘受到撞击时能够吸收冲击能量的其他元件等（如图3所示）。
变形及溃缩部位分上节和下节（中间传动轴及下传动轴）两部分，一般以驾驶室前围为界限，可吸收来自于车前一次碰撞和来自于驾驶员的二次碰撞能。
（a）可压缩变形的转向柱
（b）可变形支架
转向管柱的上节溃缩结构繁多，但大都利用摩擦力、剪断力和变形力来吸收能量，轴向变形常用到的机构有花键轴及花键套式、尼龙销式、钢珠滚压式和套管挤压吸能式等，中间传动轴及下传动轴的结构常用的有花键式、波纹管式、胶盘式或多种结构配合。
由于转向管柱溃缩及吸能主要在轴向方向，而对于部分车型由于涉及原因导致碰撞过程中管柱受力方向并不都是轴向，从而导致轴向溃缩不能完全发挥作用，所以在设计中应考虑管柱的弯曲受力，减小弯矩同样可以达到碰撞对管柱的要求，防止碰撞过程中管柱轴向窜动过大波纹管在满足转矩要求的同时，还可同时满足碰撞轴向溃缩要求或弯曲溃缩功能。
因此，带波纹管形式的转向传动轴得到了广泛的应用。
结束语
通过扭转校核方法满足管柱的转向要求，通过结构设计满足管柱的碰撞方面要求，保证驾驶员安全。
在设计中转矩的功能实现及校核、安全设计及校核，都要经过大量的试验及分析才能确定。
当然，一个成功的管柱设计不仅仅是以上两种功能上的实现，还有诸如角度调节和轴向调节等方面，还要经过强度、疲劳、固有频率、噪声、振动和吸能等各方面的大量的CAE分析、零部件及整车试验验证，同时还要考虑生产装配、成本和制造工艺等方面。
只有全面考虑，才能做到功能和效益的更好结合。
此处输入对应的公司或组织名字
Enter The Corresponding Company Or Organization Name Here。