CN111661135A - 一种汽车转向管柱的吸能保护机构 - Google Patents

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CN111661135A CN202010651732.2A CN202010651732A CN111661135A CN 111661135 A CN111661135 A CN 111661135A CN 202010651732 A CN202010651732 A CN 202010651732A CN 111661135 A CN111661135 A CN 111661135A
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余勇辉
彭珍
梁山
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Wuhan Jielong Electric Power Steering Co Ltd
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D1/00—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle
    • B62D1/02—Steering controls, i.e. means for initiating a change of direction of the vehicle vehicle-mounted
    • B62D1/16—Steering columns
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Abstract

本发明涉及涉及一种汽车转向管柱的吸能保护机构，属汽车转向系统技术领域，汽车转向管柱的安装支架两侧对称设置有装配凹槽，装配凹槽上设置有U型口，装配凹槽上通过U型口活动卡装有拉脱锁，U型口端头的装配凹槽上设置有撕裂件固定孔，撕裂件一端由固紧钉通过撕裂件固定孔与安装支架固定连接，撕裂件另一端由固定螺栓穿过拉脱锁与横梁连接板固定连接。该汽车转向管柱的吸能保护机构解决了现有因溃缩力峰值过高而导致溃缩保持力不足，极易对驾驶员造成二次伤害的问题在不改变现有管柱主体结构情况下，通过加装撕裂件有效提升了溃缩保持力，并使溃缩保持力保持稳定，特别适用于汽车转向管柱装配使用。

Description

一种汽车转向管柱的吸能保护机构
技术领域
本发明涉及涉及一种汽车转向管柱的吸能保护机构，属汽车转向系统技术领域。
背景技术
目前汽车转向管柱一般采用上下柱管分离式的过盈溃缩吸能机构及上柱管安装拉脱锁拉脱吸能机构，来实现转向管柱的吸收冲击能量功能，以在汽车发生碰撞时，方向盘承受的外力通过转向轴传递至转向管柱，转向管柱通过上下柱管的过盈溃缩吸能、以及上柱管的拉脱锁拉脱吸能（吸收碰撞力），即，依靠上下柱管机械过盈力及拉脱锁提供拉脱力达到吸能的保护目的，由此依靠机械过盈力提供持续吸能避免二次伤害，进而实现保护驾驶员的目的。但这种吸能保护方式的吸能力——位移曲线因机械过盈摩擦力的静转动会形成峰值，与拉脱锁拉脱吸能组合产生的拉脱力叠加后，容易造成溃缩力峰值过高而导致溃缩保持力不足，极易对驾驶员造成二次伤害，因此，在不增加整体溃缩力峰值的前提下为提升溃缩保持力，有必要设计一种不增加溃缩力峰值且能使溃缩力保持稳定，以达到只增加转向管柱溃缩保持力的吸能保护机构。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种可在不增加整体溃缩力峰值的前提下，有效提升溃缩保持力，并使溃缩保持力保持稳定，从而满足转向系统整体吸能要求，解决现有因溃缩力峰值过高而导致溃缩保持力不足，极易对驾驶员造成二次伤害的汽车转向管柱的吸能保护机构。
本发明的技术方案是
一种汽车转向管柱的吸能保护机构，它由撕裂件、拉脱锁、安装支架和横梁连接板构成，其特征在于：汽车转向管柱的安装支架两侧对称设置有装配凹槽，装配凹槽上设置有U型口，装配凹槽上通过U型口活动卡装有拉脱锁，U型口端头的装配凹槽上设置有撕裂件固定孔，撕裂件一端由固紧钉通过撕裂件固定孔与安装支架固定连接，撕裂件另一端由固定螺栓穿过拉脱锁与横梁连接板固定连接。
所述的撕裂件由撕裂件本体构成，撕裂件本体为金属板材弯折形成的L形，撕裂件本体的竖直部设置有冲压形成的凸形孔，凸形孔上方的竖直部端头设置有弯折头，撕裂件本体的横直部设置有冲压形成的撕裂片，撕裂片端头设置有朝向向下的弯折片，弯折片上设置有固定孔。
所述的撕裂片在撕裂件本体上凹陷状，撕裂片上表面与撕裂件本体下表面之间的重合厚度为0.94—1.3mm。
所述的撕裂件本体的竖直部高度为30—35mm，撕裂件本体的横直部长度为55—60mm，撕裂件本体的宽度为28—32mm。
所述的撕裂片的长度为50—55mm，撕裂片的宽度为18—2mm。
所述的弯折片内侧的撕裂片与撕裂件本体之间设置有冲裁预撕裂线，冲裁预撕裂线长度为3—5mm。
所述的拉脱锁为金属板材弯制、且与装配凹槽形状对应的U型夹层体，拉脱锁上呈上下状设置有冲压形成的上装配固定孔和下装配固定孔，上装配固定孔下方、下装配固定孔上方设置有冲压装配固定孔形成的卷缘，上装配固定孔的卷缘和下装配固定孔的卷缘相互接触连接，以增加拉脱锁弯制的整体强度和在装配时的稳定性，并同时对拉脱锁装配时进行限位。上装配固定孔和下装配固定孔为腰型孔。
所述的拉脱锁的弯折处端面上设置有端面弯折孔。
本发明的有益效果是：
该汽车转向管柱的吸能保护机构由撕裂件、拉脱锁、安装支架和横梁连接板构成，撕裂件本体由固紧螺钉通过撕裂片上的固定孔与转向管柱总成上的安装板连接，撕裂件本体由固紧螺钉通过撕裂件本体上的凸形孔与汽车横梁上的固定连接板连接，当汽车发生碰撞、转向管柱产生溃缩，拉脱锁拉脱后，撕裂件本体的两个安装点产生两个相反方向的位移，其中，转向管柱总成的上柱管带动撕裂片沿着冲裁槽开始形变位移，当形变位移超过预撕口后，撕裂片开始沿着冲裁路径撕裂，由此实现平稳吸能保护，满足了转向系统整体吸能要求，解决了现有因溃缩力峰值过高而导致溃缩保持力不足，极易对驾驶员造成二次伤害的的问题。该汽车转向管柱的吸能保护机构具有结构简单、实用性好的特点，在不改变现有管柱主体结构情况下，通过撕裂件有效提升了溃缩保持力，并使溃缩保持力保持稳定，特别适用于汽车转向管柱装配使用。
附图说明
图1为本发明的撕裂件的结构示意图；
图2为本发明的撕裂件的仰视结构示意图；
图3为本发明的撕裂件的截面结构示意图；
图4为本发明的拉脱锁的结构示意图；
图5为本发明的拉脱锁的装配俯视示意图；
图6为本发明的撕裂件本体的装配俯视示意图；
图7为本发明的撕裂件本体的装配立体示意图；
图8为本发明的汽车转向管柱受冲击后的受力示意图；
图9为转向管柱受冲击后的溃缩吸能力的分配示意图；
图10为有冲裁预撕裂线的撕裂片吸能曲线图；
图11为无冲裁预撕裂线的撕裂片吸能曲线图；
图12为现有汽车转向管柱的溃缩曲线图；
图13为加装本发明后的汽车转向管柱的溃缩曲线图；
图14为本发明的撕裂件的撕裂示意图。
图中：1、撕裂件本体，2、凸形孔，3、弯折头，4、撕裂片，5、弯折片，6、固定孔，7、冲裁预撕裂线，8、安装支架，9、拉脱锁，10、端面弯折孔，11、汽车转向管柱，12、上装配固定孔，13、卷缘，14、装配凹槽，15、撕裂件固定孔，16、固紧螺栓。
具体实施方式
该汽车转向管柱的吸能保护机构由撕裂件、拉脱锁9、安装支架10和横梁连接板构成，撕裂件由撕裂件本体1构成，撕裂件本体1为金属板材（冷链轧低碳钢板Q/BQB 403）弯折形成的L形，撕裂件本体1的竖直部上设置有冲压形成的凸形孔2（通孔），凸形孔2用于在撕裂件装配时，通过固定螺栓与拉脱锁9的连接。凸形孔2上方的竖直部端头设置有弯折头3，弯折头3用于在撕裂件装配时钩住拉脱锁9实现两者之间的限位，撕裂件本体1的竖直部高度为30—35mm，撕裂件本体的横直部长度为55—60mm，撕裂件本体的宽度为28—32mm。
撕裂件本体1的横直部设置有冲压形成的撕裂片4，撕裂片4的长度为50—55mm，撕裂片4的宽度为18—2mm。撕裂片4在撕裂件本体1上呈凹陷状，撕裂片4与撕裂件本体1之间的重合厚度为0.94—1.3mm。撕裂片4端头设置有朝向向下的弯折片5，弯折片5上设置有固定孔6。弯折片5和固定孔6用于与安装支架10的连接固定。
弯折片5内侧的撕裂片4与撕裂件本体1之间设置有冲压形成的冲裁预撕裂线7，冲裁预撕裂线7长度为3—5mm。冲裁预撕裂线7的目的是破坏撕裂点，以在汽车发生碰撞转向管柱产生溃缩、拉脱锁9拉脱后，撕裂片4以冲裁预撕裂线7为起点，并沿撕裂片4与撕裂件本体1之间的冲裁槽开始撕裂，使剪应力集中消除撕裂峰值，由此实现平稳吸能保护，满足转向系统整体吸能要求（参见附图1—3）。
由于撕裂件本体1为金属板材弯折形成，且撕裂片4由冲压形成，通过调整撕裂件本体1和撕裂片4的重合厚度可控制撕裂力大小，消除撕裂力峰值。为了表明撕裂件本体1和撕裂片4的重合厚度对撕裂力大小的影响，申请人通过实验对其进行了验证，其结果见表1：
表1：撕裂件本体1和撕裂片4的重合厚度对撕裂力大小的影响
Figure DEST_PATH_IMAGE001
由表1可以看出，随着撕裂件本体1和撕裂片4的重合厚度增大，其撕裂力也随之增加。
撕裂件在装配时，首先将拉脱锁9通过U型口活动卡装在汽车转向管柱11的安装支架8两侧的装配凹槽14上，拉脱锁9为金属板材弯制、且与装配凹槽形状对应的U型夹层体，拉脱锁9上呈上下状设置有冲压形成的上装配固定孔13和下装配固定孔，上装配固定孔12和下装配固定孔为腰型孔。上装配固定孔12下方、下装配固定孔上方设置有冲压装配固定孔形成的卷缘13，上装配固定孔12的卷缘和下装配固定孔的卷缘相互接触连接，以增加拉脱锁9弯制的整体强度和在装配时的稳定性，并同时对拉脱锁9装配时进行限位；拉脱锁9的弯折处端面上设置有端面弯折孔10（参见附图4—5）。
拉脱锁9装配完成后，将撕裂件本体1放置在拉脱锁9上，使撕裂件本体1的竖直部与拉脱锁9贴合，其中，撕裂件本体1上的弯折头3与拉脱锁9的端面弯折孔10形成勾挂，同时，撕裂件本体1由固定孔6通过固紧螺栓16和撕裂件固定孔15安装固定在安装支架8上；撕裂件本体1同时由固紧螺钉穿过撕裂件本体1上的凸形孔2、上装配固定孔13和下装配固定孔与汽车横梁上的固定连接板连接，以在工作中，配合汽车转向管柱11的过盈溃缩吸能机构及拉脱锁拉脱吸能机构，来实现汽车转向管柱11的吸收冲击能量功能。即，当汽车发生碰撞后，转向管柱产生溃缩时，撕裂片4的两个安装点产生E向、F向两个相反方向的位移（如图8所示），上柱管带动撕裂片4沿冲裁槽开始形变，随着形变位移的逐渐增大，当形变位移超过冲裁预撕裂线7后，撕裂片4开始沿着冲裁路径撕裂，撕裂片4开始撕裂吸能。撕裂片4开始撕裂吸能的过程中，能使转向管柱溃缩力保持稳定，且不增加溃缩力峰值（参见附图6—11）。
由附图9可以看出，未加装撕裂件本体1之前，溃缩力峰值由管柱溃缩吸能点和拉脱锁溃缩点的拉脱力叠加形成；溃缩保持力由管柱溃缩吸能点提供，加装撕裂件本体1后，不增加溃缩力峰值，仅增加溃缩保持力。由附图10可以看出，由附图10可以看出，撕裂片4撕裂吸能的过程，满足了转向系统整体吸能要求。由附图11可以看出，其载荷远大于附图10的撕裂片4载荷，对撕裂片4的撕裂吸能过程有直接的影响。
为了进一步表明本发明的技术效果，申请人对现有汽车转向管柱和加装了吸能保护机构后的汽车转向管柱进行了对比试验，其结果如下（参见附图12、13）：
由图12可以看出，现有汽车转向管柱实际压溃曲线溃缩峰值可满足要求，溃缩保持力低于要求。
由图13可以看出，增加撕裂件后，溃缩保持力可完全满足要求。结论；通过加装撕裂件有效提升了汽车转向管柱溃缩保持力，并使溃缩保持力保持稳定，解决了现有因溃缩力峰值过高而导致溃缩保持力不足，极易对驾驶员造成二次伤害的的问题。
现有汽车转向管柱溃缩力计算：
吸能力的组成
Figure 837880DEST_PATH_IMAGE002
其中：
Ff：转向管柱总成溃缩力的峰值
Ft：转向管柱拉脱锁的拉脱力
Fz0：上下柱管最大静摩擦力
Fb：转向管柱吸能的持续保持力
Fz：上下柱管的滑动摩擦力
以上，各吸能点吸能力合成转向管柱总成吸能力。该结构的汽车转向管柱溃缩方案的Ff可满足设计要求，但是Fb低于设计要求。且Ff与Fb相互关联：Fb增大，Ff必然增大；Fb减小，Ff必然减小。表明该结构的汽车转向管柱不具备通用性。
本发明汽车转向管柱溃缩力计算：
吸能力的组成
Figure 967510DEST_PATH_IMAGE003
其中：
Ff：转向管柱总成溃缩力的峰值
Ft：转向管柱拉脱锁的拉脱力
Fz0：上下柱管最大静摩擦力
Fsx：撕裂片形变力（经试验小于100N，可不做考虑）
Fb：转向管柱吸能的持续保持力
Fz：上下柱管的滑动摩擦力
Fs：撕裂片撕裂力
该结构的汽车转向管柱特性是：在不改变Ff、Fz0、Fz的前提下，增大Fb，此结构方案就可解决现有汽车转向管柱持续保持力不足的问题，具备通用性。
该汽车转向管柱的吸能保护机构解决了现有因溃缩力峰值过高而导致溃缩保持力不足，极易对驾驶员造成二次伤害的问题。该汽车转向管柱的吸能保护机构具有结构简单、实用性好的特点，在不改变现有管柱主体结构情况下，通过加装撕裂件有效提升了汽车转向管柱的溃缩保持力，并使汽车转向管柱的溃缩保持力保持稳定，特别适用于汽车转向管柱装配使用。

Claims (10)

1.一种汽车转向管柱的吸能保护机构，它由撕裂件、拉脱锁（9）、安装支架（8）和横梁连接板构成，其特征在于：汽车转向管柱的安装支架（8）两侧对称设置有装配凹槽（14），装配凹槽（14）上设置有U型口，装配凹槽（14）上通过U型口活动卡装有拉脱锁（9），U型口端头的装配凹槽（14）上设置有撕裂件固定孔（15），撕裂件一端由固紧螺栓（16）通过撕裂件固定孔（15）与安装支架（8）固定连接，撕裂件另一端由固定螺栓穿过拉脱锁（9）与横梁连接板固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种汽车转向管柱的吸能保护机构，其特征在于：所述的撕裂件由撕裂件本体（1）构成，撕裂件本体（1）为金属板材弯折形成的L形，撕裂件本体（1）的竖直部设置有冲压形成的凸形孔（2），凸形孔（2）上方的竖直部端头设置有弯折头（3），撕裂件本体（1）的横直部设置有冲压形成的撕裂片（4），撕裂片（4）端头设置有朝向向下的弯折片（5），弯折片（5）上设置有固定孔（6）。
3.根据权利要求2所述的一种汽车转向管柱的吸能保护机构，其特征在于：所述的撕裂片（4）在撕裂件本体（1）上凹陷状，撕裂片（4）上表面与撕裂件本体（1）下表面之间的重合厚度为0.94—1.3mm。
4.根据权利要求3所述的一种汽车转向管柱的吸能保护机构，其特征在于：所述的撕裂件本体（1）的竖直部高度为30—35mm，撕裂件本体（1）的横直部长度为55—60mm，撕裂件本体（1）的宽度为28—32mm。
5.根据权利要求3所述的一种汽车转向管柱的吸能保护机构，其特征在于：所述的撕裂片（4）的长度为50—55mm，撕裂片（4）的宽度为18—2mm。
6.根据权利要求2所述的一种汽车转向管柱的吸能保护机构，其特征在于：所述的弯折片（5）内侧的撕裂片（4）与撕裂件本体（1）之间设置有冲裁预撕裂线（7），冲裁预撕裂线（7）长度为3—5mm。
7.根据权利要求1所述的一种汽车转向管柱的吸能保护机构，其特征在于：所述的拉脱锁（9）为金属板材弯制、且与装配凹槽（14）形状对应的U型夹层体。
8.根据权利要求7所述的一种汽车转向管柱的吸能保护机构，其特征在于：拉脱锁（9）上呈上下状设置有冲压形成的上装配固定孔（12）和下装配固定孔，上装配固定孔（12）下方、下装配固定孔上方设置有冲压装配固定孔形成的卷缘（13），上装配固定孔（12）的卷缘（13）和下装配固定孔的卷缘（13）相互接触连接，以增加拉脱锁（9）弯制的整体强度和在装配时的稳定性，并同时对拉脱锁（9）装配时进行限位。
9.根据权利要求8所述的一种汽车转向管柱的吸能保护机构，其特征在于：上装配固定孔（12）和下装配固定孔均为腰型孔。
10.根据权利要求7所述的一种汽车转向管柱的吸能保护机构，其特征在于：所述的拉脱锁（9）的弯折处端面上设置有端面弯折孔。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116902059A (zh) * 2023-09-12 2023-10-20 江铃汽车股份有限公司 一种新型带溃缩结构的转向管柱总成及车辆

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