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1、转向管柱的碰撞安全设计根据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
2、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。A可变帕支嚥转向轴套管转向屮闻轴支架、曲开支座万向节可压编斐 一形的转向拄图 1 典型的缓冲吸能转向系统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150
3、mm以上；（2）转向柱系统的最小临界压缩力：1.12.5kN；（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 24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
4、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。
转向管柱的碰撞安全设计
