本發(fā)明涉及汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，特別是涉及一種搭載可提升管柱頻率剛度特性潰縮機(jī)構(gòu)的高性能轉(zhuǎn)向管柱及其性能量化方法。

背景技術(shù)：

1、汽車(chē)安全是當(dāng)前汽車(chē)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的三大主題之一，在汽車(chē)的生產(chǎn)研發(fā)過(guò)程中，其主被動(dòng)安全顯得尤為重要。據(jù)最新交通事故統(tǒng)計(jì)資料和汽車(chē)碰撞試驗(yàn)的研究結(jié)果表明：當(dāng)汽車(chē)發(fā)生正面碰撞時(shí)，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是導(dǎo)致駕駛員受傷的主要部件，轉(zhuǎn)向管柱上的潰縮機(jī)構(gòu)是防止駕駛員受傷的最關(guān)鍵部件。故研發(fā)一種搭載安全性能好且可提升管柱頻率剛度等性能潰縮機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向管柱顯得尤為重要，而其中找到潰縮力等各類(lèi)性能的量化控制方法更是研發(fā)高性能轉(zhuǎn)向管柱的核心內(nèi)容。本專(zhuān)利所涉及的高性能轉(zhuǎn)向管柱經(jīng)驗(yàn)證，其頻率剛度性能遠(yuǎn)超過(guò)搭載常規(guī)潰縮機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向管柱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種高性能轉(zhuǎn)向管柱，包括潰縮機(jī)構(gòu)、柱管機(jī)構(gòu)、支架機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向軸機(jī)構(gòu)；所述轉(zhuǎn)向軸機(jī)構(gòu)頂部連接方向盤(pán)，并通過(guò)軸承與柱管機(jī)構(gòu)相連接；所述支架機(jī)構(gòu)上部與防護(hù)罩相連，并通過(guò)潰縮機(jī)構(gòu)與柱管機(jī)構(gòu)相連。

2、優(yōu)選地，所述柱管機(jī)構(gòu)包括上柱管和下柱管；所述上柱管和下柱管通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)向軸機(jī)構(gòu)相連，其中上柱管可在下柱管中實(shí)現(xiàn)軸向移動(dòng)；下柱管連接手柄及支架機(jī)構(gòu)，末端通過(guò)轉(zhuǎn)向軸機(jī)構(gòu)與整車(chē)連接。

3、優(yōu)選地，所述支架機(jī)構(gòu)包括u型支架、上底板與下底板；其中上底板與u型支架固定連接，用于上柱管和下柱管之間的夾緊，上底板和下底板分別通過(guò)螺栓與防護(hù)罩相連。

4、優(yōu)選地，所述潰縮機(jī)構(gòu)包括吸能帶、鉚釘、手柄、長(zhǎng)螺栓、齒形槽支架和卡齒；其中吸能帶與卡齒固定連接，并通過(guò)鉚釘與下柱管進(jìn)行鉚接；齒形槽支架與上柱管固定連接；當(dāng)手柄鎖死時(shí)，手柄末端接觸卡齒頂部并將卡齒壓入齒形槽支架完成潰縮機(jī)構(gòu)的連接。

5、優(yōu)選地，所述上柱管通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)向軸機(jī)構(gòu)相連的軸承壓入?yún)^(qū)域采用過(guò)盈接觸；所述上柱管頂部采用多錨點(diǎn)壓入方式提升軸承拉脫力。

6、優(yōu)選地，所述上柱管之上焊接齒形槽支架。

7、優(yōu)選地，所述下柱管采用鋁合金材質(zhì)，所述支架機(jī)構(gòu)采用鋼材。

8、優(yōu)選地，所述u型支架兩側(cè)的剛度不同，在剛度低的一側(cè)進(jìn)行開(kāi)槽處理。

9、本發(fā)明還提供一種轉(zhuǎn)向管柱的性能量化方法，所述性能量化方法包括對(duì)管柱潰縮力和管柱軸承拉脫力的量化，所述管柱潰縮力包括潰縮峰值力和潰縮持續(xù)力；所述轉(zhuǎn)向管柱為權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)向管柱。

10、優(yōu)選地，所述潰縮峰值力的計(jì)算方法為，f1＝0.85n×σ×a，其中f1為潰縮峰值力，n為鉚釘個(gè)數(shù)，σ為鉚釘?shù)目估瓘?qiáng)度，a為剪切面面積。

11、優(yōu)選地，潰縮持續(xù)力的計(jì)算方法為，其中f3為潰縮持續(xù)力，k為吸能帶變形系數(shù)，rm為吸能帶材料的屈服強(qiáng)度，l為吸能帶截面寬度，d為吸能帶截面厚度，r為吸能帶折彎半徑，f2為柱管摩擦力。

12、優(yōu)選地，所述柱管摩擦力的計(jì)算方法為，其中μ為柱管之間的摩擦系數(shù)，k1為夾緊效率，k0為擰緊力系數(shù)，d為螺紋公稱直徑，t為手柄扭矩。

13、優(yōu)選地，管柱軸承拉脫力的計(jì)算方法為，其中p為管柱軸承拉脫力，δ為實(shí)際過(guò)盈量，d為被包容件外徑名義值，ra1、ra2分別為兩個(gè)表面的表面粗糙度，σ為材料屈服強(qiáng)度，s為上柱管壓入面積。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以效降低轉(zhuǎn)向管柱研發(fā)生產(chǎn)成本，并提升管柱的潰縮、頻率及剛度性能，縮減轉(zhuǎn)向管柱研發(fā)周期，并可以精確控制管柱潰縮行程的潰縮力。

技術(shù)特征：

1.一種高性能轉(zhuǎn)向管柱，其特征在于，包括潰縮機(jī)構(gòu)、柱管機(jī)構(gòu)、支架機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向軸機(jī)構(gòu)；所述轉(zhuǎn)向軸機(jī)構(gòu)頂部連接方向盤(pán)，并通過(guò)軸承與柱管機(jī)構(gòu)相連接；所述支架機(jī)構(gòu)上部與防護(hù)罩相連，并通過(guò)潰縮機(jī)構(gòu)與柱管機(jī)構(gòu)相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能轉(zhuǎn)向管柱，其特征在于，所述柱管機(jī)構(gòu)包括上柱管和下柱管；所述上柱管和下柱管通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)向軸機(jī)構(gòu)相連，其中上柱管可在下柱管中實(shí)現(xiàn)軸向移動(dòng)；下柱管連接手柄及支架機(jī)構(gòu)，末端通過(guò)轉(zhuǎn)向軸機(jī)構(gòu)與整車(chē)連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能轉(zhuǎn)向管柱，其特征在于，所述支架機(jī)構(gòu)包括u型支架、上底板與下底板；其中上底板與u型支架固定連接，用于上柱管和下柱管之間的夾緊，上底板和下底板分別通過(guò)螺栓與防護(hù)罩相連。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高性能轉(zhuǎn)向管柱，其特征在于，所述潰縮機(jī)構(gòu)包括吸能帶、鉚釘、手柄、長(zhǎng)螺栓、齒形槽支架和卡齒；其中吸能帶與卡齒固定連接，并通過(guò)鉚釘與下柱管進(jìn)行鉚接；齒形槽支架與上柱管固定連接；當(dāng)手柄鎖死時(shí)，手柄末端接觸卡齒頂部并將卡齒壓入齒形槽支架完成潰縮機(jī)構(gòu)的連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高性能轉(zhuǎn)向管柱，其特征在于，所述上柱管通過(guò)軸承與轉(zhuǎn)向軸機(jī)構(gòu)相連的軸承壓入?yún)^(qū)域采用過(guò)盈接觸；所述上柱管頂部采用多錨點(diǎn)壓入方式提升軸承拉脫力。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高性能轉(zhuǎn)向管柱，其特征在于，所述上柱管之上焊接齒形槽支架。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高性能轉(zhuǎn)向管柱，其特征在于，所述下柱管采用鋁合金材質(zhì)，所述支架機(jī)構(gòu)采用鋼材。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高性能轉(zhuǎn)向管柱，其特征在于，所述u型支架兩側(cè)的剛度不同，在剛度低的一側(cè)進(jìn)行開(kāi)槽處理。

9.一種轉(zhuǎn)向管柱的性能量化方法，其特征在于，所述性能量化方法包括對(duì)管柱潰縮力和管柱軸承拉脫力的量化，所述管柱潰縮力包括潰縮峰值力和潰縮持續(xù)力；所述轉(zhuǎn)向管柱為權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)向管柱。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)向管柱的性能量化方法，其特征在于，所述潰縮峰值力的計(jì)算方法為，f1＝0.85n×σ×a，其中f1為潰縮峰值力，n為鉚釘個(gè)數(shù)，σ為鉚釘?shù)目估瓘?qiáng)度，a為剪切面面積。

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)向管柱的性能量化方法，其特征在于，潰縮持續(xù)力的計(jì)算方法為，其中f3為潰縮持續(xù)力，k為吸能帶變形系數(shù)，rm為吸能帶材料的屈服強(qiáng)度，l為吸能帶截面寬度，d為吸能帶截面厚度，r為吸能帶折彎半徑，f2為柱管摩擦力。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)向管柱的性能量化方法，其特征在于，所述柱管摩擦力的計(jì)算方法為，其中μ為柱管之間的摩擦系數(shù)，k1為夾緊效率，k0為擰緊力系數(shù)，d為螺紋公稱直徑，t為手柄扭矩。

13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)向管柱的性能量化方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種高性能轉(zhuǎn)向管柱，包括潰縮機(jī)構(gòu)、柱管機(jī)構(gòu)、支架機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向軸機(jī)構(gòu)；所述轉(zhuǎn)向軸機(jī)構(gòu)頂部連接方向盤(pán)，并通過(guò)軸承與柱管機(jī)構(gòu)相連接；所述支架機(jī)構(gòu)上部與防護(hù)罩相連，并通過(guò)潰縮機(jī)構(gòu)與柱管機(jī)構(gòu)相連。本發(fā)明可以效降低轉(zhuǎn)向管柱研發(fā)生產(chǎn)成本，并提升管柱的潰縮、頻率及剛度性能，縮減轉(zhuǎn)向管柱研發(fā)周期，并可以精確控制管柱潰縮行程的潰縮力。

技術(shù)研發(fā)人員：孫坤,宋全,李振,王佳良,許棟鵬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：博世華域轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（煙臺(tái)）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9