CN201228025Y

CN201228025Y - 一种汽车转向系统的吸能转向管柱

Info

Publication number: CN201228025Y
Application number: CNU2008200986059U
Authority: CN
Inventors: 何浩; 李华
Original assignee: Chongqing Changan Automobile Co Ltd
Current assignee: Chongqing Changan Automobile Co Ltd
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2009-04-29
Anticipated expiration: 2018-06-20

Abstract

本实用新型涉及一种汽车转向系统的吸能转向管柱，由转向柱安装座套管、转向轴、转向柱安装座组成，在上、下安装座套管中还安装有上簧座、下簧座、弹簧和橡胶套管，上簧座装在上安装座套管内，其轴向定位通过上安装座套管右端的收口结构实现，下簧座装在下安装座套管内，其轴向定位通过下安装座套管左端的收口结构实现，上簧座、下簧座之间设有弹簧，转向下轴总成靠近橡胶轴承处开设一孔，橡胶套管套装在该孔位置的转向下轴外圆上。本实用新型由于较普通吸能管柱在能量吸收上通过增加的弹簧、阻尼孔多吸收了弹簧的弹性势能和阻尼小孔产生的耗散能，这样，使作用于人体的碰撞能量减少，从而保证弹簧压缩后不回弹或缓慢回弹，避免回弹力对人员造成伤害。

Description

一种汽车转向系统的吸能转向管柱

技术领域

本实用新型涉及汽车转向技术，具体涉及一种汽车转向系统的转向管柱结构。

背景技术

目前，汽车的碰撞安全要求越来越高，各主机厂在汽车设计时对被动安全技术的要求也越来越高，国家在相关方面也制定了明确的规定，像国标GB11557-89中明确规定，最大碰撞力11.123KN，转向盘向后的最大位移量不得超过127mm。基于碰撞中保护驾驶者的需求，现在的转向管柱为了保证在碰撞压缩时转向盘向后位移量限值不大于127mm，同时保证二次碰撞时，转向盘对驾驶员胸部的碰撞力不超过11.123KN，目前普遍能量吸收式转向柱结构如图5所示，该转向柱由转向柱安装座套管、转向轴、转向柱安装座组成。其中，转向柱安装座套管由上安装座套管2-7、下安装座套管2-4组成，转向轴由转向上轴总成2-6、转向下轴总成2-1组成，转向柱安装座由上安装座2-8、下安装座2-3组成，转向轴安装在转向柱安装座套管内，转向柱的上安装座焊接在上安装座套管上，下安装座焊接在转向柱下安装座套管上，转向柱上安装座上安装有铝垫块2-10，铝垫块通过剪断销2-9与转向柱上安装座联接，并通过螺栓固定在车身上，转向轴上轴总成与下轴总成之间采用花键连接，并通过横穿过的注塑销2-5固定，橡胶轴承2-2安装在下安装座套管左端部。

当汽车发生碰撞时，驾驶者在自身惯性的作用下同转向盘撞击，撞击的力传递到转向上轴总成，当作用力达到一定时剪断销断开，转向柱同车身脱开，随作用力的增大注塑销也被剪断，这时转向下轴总成和转向上轴总成之间相对滑动，通过相对滑动的接触摩擦来消除部分碰撞力；其转向下轴总成和转向上轴总成间的相对位移量也将减少碰撞压缩时转向盘向后的位移量，保证位移量小于127mm的要求。

基于现有的普通吸能管柱吸收碰撞能量主要依靠摩擦力消耗，消耗的能量有限，大部分的能量还是被人体所吸收，不能对人体形成很好的保护。

发明内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提出一种汽车转向系统的吸能转向管柱，该吸能转向管柱能吸收更多的碰撞能量，延长碰撞力作用于人体的作用时间，以减少驾驶者所受的碰撞力，更好的保护驾驶者免受伤害。

本实用新型的技术方案如下：

一种汽车转向系统的吸能转向管柱，由转向柱安装座套管、转向轴、转向柱安装座组成；其中，转向柱安装座套管由上安装座套管、下安装座套管组成，转向轴由转向上轴总成、转向下轴总成组成，转向柱安装座由上安装座、下安装座组成；转向轴的转向上轴总成、转向下轴总成分别通过上安装座、下安装座安装在上、下安装座套管内，上安装座焊接在上安装座套管上，下安装座焊接在下安装座套管上；上安装座通过剪断销连接安装有铝垫块，铝垫块通过螺栓固定在车身上；转向轴的的转向上轴总成与转向下轴总成之间采用花键连接，并通过横穿过的注塑销固定，转向下轴总成与下安装座套管的装配位置设置有橡胶轴承。本实用新型是在普通的吸能管柱的结构基础上增设一组吸能结构，即在上、下安装座套管中还安装有上簧座、下簧座、弹簧和橡胶套管，上簧座装在上安装座套管内，其轴向定位通过上安装座套管右端的收口结构实现，下簧座装在下安装座套管内，其轴向定位通过下安装座套管左端的收口结构实现，上簧座、下簧座之间设有弹簧，转向下轴总成靠近橡胶轴承处开设一孔，橡胶套管套装在该孔位置的转向下轴外圆上。

参见图1，根据能量守恒定律，转向管柱的力学模型图，这样整个管柱系统在碰撞时，管柱本身所吸收的能量如下：

弹性势能：

E_{k} = \frac{1}{2} K δ^{2}

(由弹性变形吸收的能量)

K—弹性元件刚度；δ--变形量

耗散能：

E_{c} = \frac{1}{2} {Cv}^{2}

(由系统相对运动件间阻尼产生的能量)

C—阻尼系数；v--相对速度

热能：E_r＝FS (由摩擦力产生)

F—动摩擦力；S—相对位移

这里人体吸收的能量我们以Ew表示

由能量守恒：

碰撞中由人和管柱共同作用需要吸收的能量∑E＝Ew+Ek+Ec+Er　　　(1)

由式(1)可知，在总能量∑E为定值时，其余方式的能量增加将使人体吸收的能量Ew减少，从而更好的保护人体；

根据动量守恒，弹簧力、剪断销剪断力、阻尼力的选取时要充分考虑人体所受最大力11.123KN的限制要求，力的确定根据动量守恒：

F*t＝m*v

转向下轴总成和橡胶套管构成了一单向阻尼器，弹簧可以吸收更多的碰撞能量，将其以弹性势能的形式存储，同时配合阻尼结构，实现在整个溃缩吸能过程中均布力，以降低碰撞峰值力；当二次碰撞时，转向上轴总成同转向下轴总成间相对滑动时，转向下轴总成中的空气被压缩，空气从上、下轴的结合处溢出，单向阻尼结构主要起两个作用，一是压缩空气流出时产生阻尼力，以便控制碰撞时上、下轴相对的滑移速度，以控制作用时间，同时产生

E_{c} = \frac{1}{2} {Cv}^{2}

的耗散能；二是弹簧在压缩后，转化的弹性势能会在后期释放，这样将又反过来作用在人体，使人体反弹受到再次伤害，单向阻尼结构可以阻止弹性势能的短时释放，防止人体受到伤害。

由于本实用新型的吸能转向管柱中增加弹簧，可以吸收更多的碰撞能量，采用单向阻尼器结构，可以阻止弹性势能的短时释放，防止人体受到伤害。这样，碰撞被吸收的能量，有摩擦力产生的热能、螺簧的弹性势能、管柱材料变形的弹性势能、单向阻尼结构产生的耗散能等，这样，人体吸收的能量将大为减少，可更好的保护驾驶者免受伤害。

附图说明

图1为转向管柱力学模型图；

图2为本实用新型结构示意图；

图3为本实用新型单向阻尼器示意图；

图4本实用新型弹簧安装示意图；

图5现有技术的吸能转向管柱结构示意图

具体实施方式

如图2、图3和图4所示，本吸能转向管柱是在普通的吸能管柱的结构基础上增设一组吸能结构，即由螺簧7、下簧座6、上簧座12、橡胶套管4和下轴总成1组成一套吸能结构，即增加系统弹性系数K、系统阻尼C来调解力的大小及能量的吸收。

本吸能转向管柱的下轴总成1通过聚氨酯销8同上轴总成9相连形成一根可以传递扭矩的轴；上下轴分别通过上端轴承13和下端橡胶轴承2同管柱的上下外壳体相连，实现转动；上安装座套管10和上安装座11焊接连接；铝垫块15通过8个剪断销14同上安装座11相连；铝垫块15通过螺栓同车身相连实现管柱上段同车身的安装；上簧座12通过小过盈装入上安装座套管10，轴向定位通过上安装座套管10上端的收口结构实现；下安装座3同下安装座套管5焊接连接；下簧座6通过小过盈装入下安装座套管5，轴向定位通过下安装座套管5下端的收口结构实现；上簧座12、下簧座6之间设螺簧7，上安装座套管10和下安装座套管5相套入一定长度尺寸实现上、下段管柱移动时的导向作用；橡胶套管4的同下轴管外壁的套紧情况是要同下轴上开出的阻尼孔17直径相匹配。

具体的工作如下，碰撞吸能分两种情况：

情况一：一次碰撞中，车体向驾驶舱内溃缩造成下十字节叉16受到图1中F1方向的力后管柱向驾驶者方向移动。此时的管柱吸能结构的作用主要是保证碰撞压缩时转向盘向后的位移量在127mm以内，本实用新型管柱对于此种碰撞时吸收的能量作用很小，主要是这时的碰撞能量很大，相对来说管柱吸收的能量很小，所以，此种情况下本实用新型和普通吸能管柱的区别不大。

情况二：二次碰撞时是人体在惯性的作用下冲向方向盘并与其碰撞，此时管柱的吸能作用对于人员的伤害来说就很重要，此种情况下的吸能工作情况如下：

1、人体同方向盘发生接触方向盘产生弹性变形吸收部分能量，当人体和方向盘的作用力图1中的力F的轴向分力达到剪断销14的剪断极限时，同车身相连的铝垫块15同上安装座11分离，这样方向盘带动上轴总成9，上轴总成9又通过上端轴承13与上安装座11和上安装座套管10相连，整个转向柱上部完成第一次碰撞吸能，随着轴向力的继续增加，聚氨酯销8被剪断，完成二次缓冲吸能，此后整个转向管柱上部相对下部产生滑移，这时上簧座12随管柱上安装座套管10一同向下移动，螺簧7压缩，下轴管中空气被压缩，通过阻尼孔17冲开橡胶套管4排出产生阻尼力和耗散能，同时调节上轴同下轴相对移动速度，当管柱上部下移到行程极限时，螺簧7会回弹，这时上轴总成9反向移动造成下轴管中产生负压，由于橡胶套管4的作用使下轴管中的负压无法得到减少，使螺簧7无法或非常缓慢的回弹，起到单向阻尼控制。

通过上述的工作过程，本实用新型较普通吸能管柱在能量吸收上通过增加的弹簧、阻尼孔多吸收了弹簧的弹性势能、和阻尼小孔产生的耗散能，这样，作用于人体的碰撞能量就减少了；单向阻尼结构是为了保证弹簧压缩后不回弹或缓慢回弹，以免回弹力对人员造成伤害。

Claims

1、一种汽车转向系统的吸能转向管柱，由转向柱安装座套管、转向轴、转向柱安装座组成；其中，转向柱安装座套管由上安装座套管、下安装座套管组成，转向轴由转向上轴总成、转向下轴总成组成，转向柱安装座由上安装座、下安装座组成；转向轴的转向上轴总成、转向下轴总成分别通过上安装座、下安装座安装在上、下安装座套管内，上安装座焊接在上安装座套管上，下安装座焊接在下安装座套管上；上安装座通过剪断销连接安装有铝垫块，铝垫块通过螺栓固定在车身上；转向轴的的转向上轴总成与转向下轴总成之间采用花键连接，并通过横穿过的注塑销固定，转向下轴总成与下安装座套管的装配位置设置有橡胶轴承；其特征在于：在上、下安装座套管中还安装有上簧座、下簧座、弹簧和橡胶套管，上簧座装在上安装座套管内，其轴向定位通过上安装座套管右端的收口结构实现，下簧座装在下安装座套管内，其轴向定位通过下安装座套管左端的收口结构实现，上簧座、下簧座之间设有弹簧，转向下轴总成靠近橡胶轴承处开设一阻尼孔，橡胶套管套装在该孔位置的转向下轴外圆上。