一种转向管柱溃缩力的设计和测试方法

技术领域

本发明涉及汽车性能测试技术领域，具体为一种转向管柱溃缩力的设计和测试方法。

背景技术

汽车在发生碰撞等交通事故中，约束系统发挥作用，驾驶员撞击方向盘和主驾气囊的过程中，驾驶员承受很大的加速度冲击，为了减少撞击过程中驾驶员承受的加速度值。转向管柱一般会设计成可压溃式，用于抵消部分的能量，降低人体承受的加速度，降低驾驶员所受到的伤害，转向管柱的压溃力设计和测试验证是一个重点和难点，当前的技术方案主要采用按照静态压溃的方式设计一定的压溃力和持续力的方式，先采用静态压溃的方式进行测试，当静态压溃力满足设计的标准后，接下来开展滑台测试和整车测试，用来验证压溃力的设计是否满足碰撞中的设计要求。

当前的静态压溃+动态滑台的测试验证方法对于转向管柱的压溃力设计来说，因为静态压溃与动态滑台两者之间的工况不同，两者之间没有太大的关联性，没法通过保证静态压溃力后，推导出动态滑台试验中管柱的压溃；因此设计的稳健性很低，最终可能出现静态压溃完美达到设计要求，待开展滑台/整车测试时，结果不理想，还需要继续更新设计，再次开展静态测试+动态滑台测试，这样的周期很长；或者也可以直接采用动态滑台来验证，那么滑台试验每次都需要投入全部约束系统的零件，如如仪表总成、座椅总成、内饰总成、安全带、气囊等全部的物料支持，整车试验每次需要投入样车1台，这样的话，每次投入开展滑台测试的成本和投资很大，因此，总结下来，当前的管柱力压溃的验证测试具有周期长，成本投资大的缺点。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种转向管柱溃缩力的设计和测试方法，以解决上述背景技术中的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种转向管柱溃缩力的设计和测试方法,其具体步骤如下：

（1）.根据转向管柱的设计要求，确认管柱的静态压溃力不低于设计值；确保在正常使用的过程中，管柱不会出现非正常的自动压溃；采用工装转配管柱，安装在材料试验机上进行静态压缩管柱，获取静态压溃力的峰值力，持续压溃力；

（2）.滑台测试或基础车获取转向管柱受到的冲击力F1和加速度值a的曲线和角动量L：

a.在进行动态滑台验证压溃力之前，先进行一轮的滑车试验或整车碰撞测试，收集管柱受到的压溃力和假人撞击方向盘模块的运动姿态；

b.管柱压溃力的收集：在转向管柱上安装三轴力传感器，使用数采采集管柱上受到的力情况；

c.运动姿态的测量：采用高速相机采集整车/滑车试验过程中的假人运动姿态，确认撞击过程中的撞击角度，假人运动姿态模拟接近为钟摆运动，以臀部为旋转中心根据视频，测量假人姿态与方向盘接触时的相对夹角θ1；

d.计算假人相对方向盘的角动量L：根据采集的加速度进行积分计算速度，测量假人臀部中心点到假人与方向盘接触点位置的位移为d1，根据假人手册查询假人上半身重量为M1.根据以下公式计算角动量：

V1采用对加速度波形进行积分计算获取；

L=M1*V1*d1；

c.理论计算将动态冲击力转化为动态冲击：胸部模块的动态冲击为水平冲击，根据步骤（c）中测量的假人模块与方向盘接触位置的夹角θ，调整动态冲击中转向管柱与胸部模块冲击的角度为θ；冲击速度的计算：胸部模块根据胸部模块使用手册可查询，质量为M2,根据动量守恒，动态冲击的动量应等于滑台/整车测试中假人撞击方向盘的动量，则可以计算动态冲击的速度为V2；同样在转向管柱上同步骤（b）一致，安装一个三轴力传感器，用于计算转向管柱受到的力的变化；

（4）.使用胸部模块冲击验证动态压溃力：根据步骤（3）中计算的冲击速度，采集角度，开展动态冲击，检查每次转向管柱是否被压溃，直到管柱完全压溃，并状态稳定为止，该稳定的设计方案的转向管柱则下一步用于滑台验证；

（5）.滑台测试验证胸部模块：在步骤（4）验证通过的零件安装在滑台/整车试验中，开展测试，验证转向管柱的压溃情况,同时验证动态冲击测试和滑车/整车测试中转向管柱承受的力是否一致。

进一步的，所述步骤（2）中b处数采的采样率不低于20000HZ，下载采集到的力，生成CSV格式的数据，获取最大合力为F1，X、Y、Z方向的力分别为Fx1,Fy1,Fz1。

进一步的，所述步骤（2）中c处数采的采样率不低于20000HZ，下载采集到的力，生成CSV格式的数据，获取最大合力为F2，X、Y、Z方向的力分别为Fx2,Fy2,Fz2。

进一步的，所述步骤（1）中通过不断的测试和调整，确保压溃力在设计范围内。

综上所述，本发明主要具有以下有益效果：

本发明节省转向管柱压溃力设计验证的时间周期，使得压溃力以及滑台/整车测试完美达到设计要求，稳健性较高，且在测试过程中，无需多次投入样车，这样则大大节省设计开发过程中的成本和投资。

附图说明

图1为本发明的流程框示意图。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面根据本发明的整体结构，对其实施例进行说明。

实施例：一种转向管柱溃缩力的设计和测试方法,其具体步骤如下：

（1）.根据转向管柱的设计要求，确认管柱的静态压溃力不低于设计值；确保在正常使用的过程中，管柱不会出现非正常的自动压溃；采用工装转配管柱，安装在材料试验机上进行静态压缩管柱，获取静态压溃力的峰值力，持续压溃力；

（2）.滑台测试或基础车获取转向管柱受到的冲击力F1和加速度值a的曲线和角动量L：

a.在进行动态滑台验证压溃力之前，先进行一轮的滑车试验或整车碰撞测试，收集管柱受到的压溃力和假人撞击方向盘模块的运动姿态；

b.管柱压溃力的收集：在转向管柱上安装三轴力传感器，使用数采采集管柱上受到的力情况；

c.运动姿态的测量：采用高速相机采集整车/滑车试验过程中的假人运动姿态，确认撞击过程中的撞击角度，假人运动姿态模拟接近为钟摆运动，以臀部为旋转中心根据视频，测量假人姿态与方向盘接触时的相对夹角θ1；

d.计算假人相对方向盘的角动量L：根据采集的加速度进行积分计算速度，测量假人臀部中心点到假人与方向盘接触点位置的位移为d1，根据假人手册查询假人上半身重量为M1.根据以下公式计算角动量：

V1采用对加速度波形进行积分计算获取；

L=M1*V1*d1；

c.理论计算将动态冲击力转化为动态冲击：胸部模块的动态冲击为水平冲击，根据步骤（c）中测量的假人模块与方向盘接触位置的夹角θ，调整动态冲击中转向管柱与胸部模块冲击的角度为θ；冲击速度的计算：胸部模块根据胸部模块使用手册可查询，质量为M2,根据动量守恒，动态冲击的动量应等于滑台/整车测试中假人撞击方向盘的动量，则可以计算动态冲击的速度为V2；同样在转向管柱上同步骤（b）一致，安装一个三轴力传感器，用于计算转向管柱受到的力的变化；

（4）.使用胸部模块冲击验证动态压溃力：根据步骤（3）中计算的冲击速度，采集角度，开展动态冲击，检查每次转向管柱是否被压溃，直到管柱完全压溃，并状态稳定为止，该稳定的设计方案的转向管柱则下一步用于滑台验证；

（5）.滑台测试验证胸部模块：在步骤（4）验证通过的零件安装在滑台/整车试验中，开展测试，验证转向管柱的压溃情况,同时验证动态冲击测试和滑车/整车测试中转向管柱承受的力是否一致。

本发明中，所述步骤（2）中b处数采的采样率不低于20000HZ，下载采集到的力，生成CSV格式的数据，获取最大合力为F1，X、Y、Z方向的力分别为Fx1,Fy1,Fz1。

本发明中，所述步骤（2）中c处数采的采样率不低于20000HZ，下载采集到的力，生成CSV格式的数据，获取最大合力为F2，X、Y、Z方向的力分别为Fx2,Fy2,Fz2。

本发明中，所述步骤（1）中通过不断的测试和调整，确保压溃力在设计范围内。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但本具体实施例仅是对本发明的解释，其并不是对发明的限制，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合，本领域技术人员在阅读完本说明书后可在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，可以根据需要对实施例做出没有创造性贡献的修改、替换和变型等，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。