转向管柱动态溃缩性能的验证装置及验证方法

摘要

本发明公开了一种转向管柱动态溃缩性能的验证装置及验证方法。它包括试验台底座、转向管柱安装支撑座、转向管柱安装支架、加速度传感器、三轴向力传感器、力传感器支架和基准标志；所述试验台底座固定在水平地面上；所述转向管柱安装支撑座底部固定在试验台底座上，所述转向管柱安装支撑座顶部连接有转向管柱安装支架，转向管柱安装在转向管柱安装支架上，所述加速度传感器和三轴向力传感器和力传感器支架安装转向管柱上，所述转向管柱顶部连接方向盘。本发明具有监测方向盘中心点横向和纵向位移的功能，可有效评估和优化溃缩过程中方向盘中心点的运动量，确保转向管柱按照设计的运动方向溃缩。

权利要求

1.一种转向管柱动态溃缩性能的验证装置，包括试验台底座(1)、转向管柱安装支撑座(2)、转向管柱安装支架(3)、加速度传感器(5)、三轴向力传感器(7)、力传感器支架(8)；所述试验台底座(1)固定在水平地面上；所述转向管柱安装支撑座(2)底部固定在试验台底座(1)上，所述转向管柱安装支撑座(2)顶部连接有转向管柱安装支架(3)，转向管柱(4)安装在转向管柱安装支架(3)上，所述加速度传感器(5)和三轴向力传感器(7)和力传感器支架(8)安装转向管柱(4)上，所述转向管柱(4)顶部连接方向盘(6)，其特征在于：还包括基准标志(10)，所述基准标志包括分别设置在转向管柱安装支撑座(2)侧面的第一组基准标志(10.1)、转向管柱安装支架(3)上的第二组基准标志(10.2)和方向盘(6)侧面的第三基准标志(10.3)、方向盘(6)前面的第四基准标志(10.4)；

基于转向管柱动态溃缩性能的验证装置的验证方法：包括以下步骤：(1)、在转向管柱安装支架(3)上方，与其平面平行距离L1处设置一台高速摄像机，L1的设定应确保摄像机视角覆盖水平范围内的试验台架，在转向管柱安装支撑座(2)的上设置第一组基准标志(10.1)的一侧，与第一组基准标志(10.1)所在平面平行距离为L2处设置一台高速摄像机，L2的设定应确保摄像机视角覆盖侧向范围内的试验台架，重量和尺寸满足GB11557附录C要求的假人模块按照整车坐标系中相对方向盘(6)的位置连接在发射装置上；

(2)、试验开始前，通过高速摄像机采集的画面记录第三基准标志(10.3)相对第一组基准标志(10.1)连线的距离h1，和第四基准标志(10.4)相对第二组基准标志(10.2)连线的距离h2，然后按设定的发射速度V使用发射装置发射假人模块；

(3)、试验结束后，收集加速度传感器数据并通过积分法获取转向管柱的溃缩行程L，收集三轴向力传感器获取转向管柱的溃缩力F，通过高速摄像机采集的画面记录第三基准标志(10.3)相对第一组基准标志(10.1)连线的距离h1’和第四基准标志(10.4)相对第二组基准标志(10.2)连线的距离h2’，并与试验前数据对比计算，得到方向盘(6)中心点水平位移X＝h2’-h2和垂直位移Y＝h1’-h1。

2.根据权利要求1所述的转向管柱动态溃缩性能的验证装置，其特征在于：所述转向管柱安装支撑座(2)按照设定的与整车YZ平面夹角的侧向角度α＝0～5°固定在试验台底座(1)上，所述转向管柱安装支架(3)按照设定的与整车XY平面的水平角度β＝20～30°固定在转向管柱安装支撑座(2)上。

3.根据权利要求1所述的转向管柱动态溃缩性能的验证装置，其特征在于：还包括泡沫垫(9)，所述泡沫垫(9)安装在方向盘(6)上，所述第三基准标志(10.3)和第四基准标志(10.4)通过粘贴在泡沫垫(9)侧面和前面设置于方向盘(6)上。

4.根据权利要求1所述的转向管柱动态溃缩性能的验证装置，其特征在于：所述转向管柱安装支撑座(2)底部设有一个第一圆形通孔(2.1)和两个第一弧形通孔(2.2)，第一圆形通孔(2.1)的圆心与第一弧形通孔(2.2)的中心弧线圆心重合，两个第一弧形通孔(2.2)的相对位置可根据转向管柱安装支撑座(2)底部尺寸设置，转向管柱安装支撑座(2)顶部两侧分别设有一个第二圆形通孔(2.3)和一个第二弧形通孔(2.4)，第二弧形通孔(2.4)的中心弧线圆心与第二圆形通孔(2.3)的圆心重合。

5.根据权利要求1所述的转向管柱动态溃缩性能的验证装置，其特征在于：所述转向管柱安装支架(3)两侧各设有一个第一螺纹孔(3.1)和一个第二螺纹孔(3.2)，转向管柱安装支架(3)端面上设有两个第三螺纹孔(3.3)，第三螺纹孔(3.3)的孔中心距与转向管柱(4)的下安装孔间距一致，转向管柱安装支架(3)顶部设有两个备焊螺柱(3.4)，备焊螺柱(3.4)轴线间距与转向管柱(4)上安装孔间距一致。

6.根据权利要求1所述的转向管柱动态溃缩性能的验证装置，其特征在于：所述力传感器支架(8)包括下连接板(8.1)和上连接板(8.2)，下连接板(8.1)上设有与转向管柱(4)的转向轴匹配的第四螺纹孔(8.1.1)和与三轴向力传感器(7)上的安装孔匹配的第三圆形通孔(8.1.2)，上连接板(8.2)上设有与方向盘安装轴头匹配的第五螺纹孔(8.2.1)和与三轴向力传感器(7)上的安装孔匹配的第四圆形通孔(8.2.2)。

7.根据权利要求3所述的转向管柱动态溃缩性能的验证装置，其特征在于：所述泡沫垫(9)包括泡沫填充块(9.1)、泡沫盘(9.2)和扎带(9.3)，泡沫填充块(9.1)边缘形状与方向盘气囊边缘形状相近，并安置在方向盘(6)内部，泡沫盘(9.2)边缘设有与方向盘(6)轮缘形状相近的凹槽(9.2.1)，用于安置方向盘(6)的轮缘部分，泡沫盘(9.2)的边缘适当位置设有小孔(9.2.2)，扎带(9.3)穿过小孔(9.2.2)将方向盘(6)和泡沫盘(9.2)连接在一起。

8.根据权利要求1所述的转向管柱动态溃缩性能的验证装置的验证方法，其特征在于：上述步骤(2)中，所述V＝5.0～5.5m/s。

说明书

转向管柱动态溃缩性能的验证装置及验证方法

技术领域

[0001] 本发明属于转向管柱试验技术领域，具体涉及一种转向管柱动态溃缩性能的验证装置及验证方法。

背景技术

[0002] 随着汽车被动安全技术的发展，为进一步完善和优化整车碰撞中乘员保护性能，转向管柱一般设计带有溃缩功能。为保证在碰撞发生时，转向管柱能够按照设计的标准发
生作用，需要在设计阶段进行充分的验证。现有的转向管柱溃缩性能台架验证试验大多为
静态压溃方式，由于在实际碰撞发生时，驾驶员与方向盘接触姿态具有不可可预见性，这就
需要在台架上进行动态溃缩性能验证，以确保其在实际碰撞中最大限度的适应不同的碰撞
工况要求。

[0003] 公开号为CN105699102A的专利公开了一种汽车转向管柱动态溃缩力测量装置，其包括台车连接板、转向管柱安装支架、力传感器支架和力传感器、搁脚支座、座椅安装支座
和安全带安装支架。这种台架本质上属于滑车试验台架的一部分，其存在如下问题：(1)无
法测量转向管柱的溃缩行程；(2)无法模拟人体模块侧向冲击转向管柱时的溃缩性能；(3)
无法评估碰撞过程中方向盘中心的横向和纵向运动量；(4)这种台架需要配合滑台装置进
行试验，试验周期长，费用高，不利于快速多次验证。

发明内容

[0004] 本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种转向管柱动态溃缩性能的验证装置。

[0005] 本发明采用的技术方案是：一种转向管柱动态溃缩性能的验证装置，包括试验台底座、转向管柱安装支撑座、转向管柱安装支架、加速度传感器、三轴向力传感器、力传感器
支架和基准标志；所述试验台底座固定在水平地面上；所述转向管柱安装支撑座底部固定
在试验台底座上，所述转向管柱安装支撑座顶部连接有转向管柱安装支架，转向管柱安装
在转向管柱安装支架上，所述加速度传感器和三轴向力传感器和力传感器支架安装转向管
柱上，所述转向管柱顶部连接方向盘，所述泡沫垫安装在方向盘上，所述基准标志包括分别
粘贴在转向管柱安装支撑座侧面的第一组基准标志(两个)、转向管柱安装支架上的第二组
基准标志(两个)和泡沫垫侧面的第三基准标志、泡沫垫前面的第四基准标志；

[0006] 基于转向管柱动态溃缩性能的验证装置的验证方法：包括以下步骤：

[0007] (1)、在转向管柱安装支架上方，与其平面平行距离L1处设置一台高速摄像机，L1的设定应确保摄像机视角覆盖水平范围内的试验台架，在转向管柱安装支撑座的上设置第
一组基准标志的一侧，与第一组基准标志所在平面平行距离为L2处设置一台高速摄像机，
L2的设定应确保摄像机视角覆盖侧向范围内的试验台架，重量和尺寸满足GB 11557附录C
要求的假人模块按照整车坐标系中相对方向盘的位置连接在发射装置上；

[0008] (2)、试验开始前，通过高速摄像机采集的画面记录第三基准标志相对第一组基准标志连线的距离h1，和第四基准标志相对第二组基准标志连线的距离h2，然后按照设定的
发射速度V使用发射装置发射假人模块；

[0009] (3)、试验结束后，收集加速度传感器数据并通过积分法获取转向管柱的溃缩行程L，收集三轴向力传感器获取转向管柱的溃缩力F，通过高速摄像机采集的画面记录第三基
准标志相对第一组基准标志连线的距离h1’和第四基准标志相对第二组基准标志连线的距
离h2’，并与试验前数据对比计算，得到方向盘中心点水平位移X＝h2’-h2和垂直位移Y＝
h1’-h1。

[0010] 进一步地，上述步骤(2)中，V＝5.0～5.5m/s。

[0011] 进一步地，所述转向管柱安装支撑座按照设定的与整车YZ平面夹角的侧向角度α＝0～5°固定在试验台底座上，所述转向管柱安装支架按照设定的与整车XY平面的水平角
度β＝20～30°固定在转向管柱安装支撑座上。

[0012] 进一步优选的结构，还包括泡沫垫，所述泡沫垫安装在方向盘上，所述第三基准标志和第四基准标志通过粘贴在泡沫垫侧面和前面设置于方向盘上。

[0013] 进一步优选的结构，所述转向管柱安装支撑座底部设有一个第一圆形通孔和两个第一弧形通孔，第一圆形通孔的圆心与第一弧形通孔的中心弧线圆心重合，两个第一弧形
通孔的相对位置可根据转向管柱安装支撑座底部尺寸设置，转向管柱安装支撑座顶部两侧
分别设有一个第二圆形通孔和一个第二弧形通孔，第二弧形通孔的中心弧线圆心与第二圆
形通孔的圆心重合。

[0014] 进一步优选的结构，所述转向管柱安装支架两侧各设有一个第一螺纹孔和一个第二螺纹孔，转向管柱安装支架端面上设有两个第三螺纹孔，第三螺纹孔的孔中心距与转向
管柱的下安装孔间距一致，转向管柱安装支架顶部设有两个备焊螺柱，备焊螺柱轴线间距
与转向管柱上安装孔间距一致。

[0015] 进一步优选的结构，所述力传感器支架包括下连接板和上连接板，下连接板上设有与转向管柱的转向轴匹配的第四螺纹孔和与三轴向力传感器上的安装孔匹配的第三圆
形通孔，上连接板上设有与方向盘安装轴头匹配的第五螺纹孔和与三轴向力传感器上的安
装孔匹配的第四圆形通孔。

[0016] 进一步优选的结构，所述泡沫垫包括泡沫填充块、泡沫盘和扎带，泡沫填充块边缘形状与方向盘气囊边缘形状相近，并安置在方向盘内部，泡沫盘边缘设有与方向盘轮缘形
状相近的凹槽，用于安置方向盘的轮缘部分，泡沫盘的边缘适当位置设有小孔，扎带穿过小
孔将方向盘和泡沫盘连接在一起。

[0017] 本发明所述装置使用加速度传感器和三轴向力传感器采集转向管柱溃缩行程和溃缩力，具有较高的测量精度；所述装置具有监测方向盘中心点横向和纵向位移的功能，可
有效评估和优化溃缩过程中方向盘中心点的运动量，确保转向管柱按照设计的运动方向溃
缩；所述装置结构较为简单，可重复使用，可进行多次快速验证，降低了试验成本和周期。

附图说明

[0018] 图1为本发明装置的装配示意图；

[0019] 图2为本发明的转向管柱安装支撑座结构示意图；

[0020] 图3为本发明的转向管柱安装支架结构结构示意图；

[0021] 图4为本发明的力传感器支架下连接板结构分解示意图；

[0022] 图5为本发明的力传感器支架上连接板结构分解示意图；

[0023] 图6为本发明的泡沫垫结构示意图；

[0024] 图中：1-试验台底座；2-转向管柱安装支撑座；3-转向管柱安装支架；4-转向管柱；5-加速度传感器；6-方向盘；7-三轴向力传感器；8-力传感器支架；9-泡沫垫；10-基准标志。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

[0026] 如图1所示的一种转向管柱动态溃缩性能的验证装置，包括试验台底座1、转向管柱安装支撑座2、转向管柱安装支架3、加速度传感器5、三轴向力传感器7、力传感器支架8、
泡沫垫9、基准标志10。试验台底座1上设有孔径为20mm的螺纹孔，孔间距为50mm×50mm，用
于适应不同角度的转向管柱安装支撑座位置，试验台底座1固定在水平地面上。转向管柱安
装支撑座2底部固定在试验台底座1上，转向管柱安装支撑座2顶部连接有转向管柱安装支
架3，转向管柱4安装在转向管柱安装支架3上，加速度传感器5和三轴向力传感器及支座7安
装转向管柱4上，转向管柱4顶部连接方向盘6，泡沫垫9安装在方向盘6上，基准标志10分别
按照设定位置粘贴在转向管柱安装支撑座2、转向管柱安装支架3和泡沫垫9上。

[0027] 如图2所示，转向管柱安装支撑座2底部设有一个第一圆形通孔2.1和两个第一弧形通孔2.2，其圆形通孔用于定位，弧形通孔用于调整转向管柱安装支撑座的角度，第一圆
形通孔中心与第一弧形通孔中心重合，第一圆形通孔2.1和第一弧形通孔2.2直径均为
22mm，第一圆形通孔2.1的圆心与第一弧形通孔2.2的中心弧线圆心重合，第一弧形通孔2.2
的中心弧线半径为200mm，两个第一弧形通孔2.2的相对位置可根据转向管柱安装支撑座2
底部尺寸设置。在进行转向管柱安装支撑座2的安装时，先将转向管柱支撑座2的圆形通孔
2.1与试验台底座1上的某个螺纹孔重合并使用M20的螺栓预拧紧，然后调整转向管柱支撑
座2相对整车YZ平面的角度，调整完成后，使用两个M20螺栓分别穿过两个弧形通孔2.2并对
准试验台底座1上螺纹孔，最后按照设定力矩将3个M20螺栓拧紧，完成转向管柱安装支撑座
2在试验台底座1上的安装；转向管柱安装支撑座2顶部两侧分别设有一个第二圆形通孔2.3
和一个第二弧形通孔2.4，用于连接转向管柱安装支架并使其具备角度调节功能，第二圆形
通孔2.3和第二弧形通孔2.4直径均为14mm，第二弧形通孔2.4的中心弧线圆心与第二圆形
通孔2.3的圆心重合，第二弧形通孔2.4的中心弧线半径为100mm。

[0028] 如图3所示，转向管柱安装支架3两侧各设有一个第一螺纹孔3.1和一个第二螺纹孔3.2，圆形通孔孔间距与转向管柱安装支撑座顶部开孔孔间距一致，第一螺纹孔3.1和第
二螺纹孔3.2直径均为12mm，第一螺纹孔3.1和第二螺纹孔3.2的孔中心距为100mm。在进行
转向管柱安装支架3安装时，先将第一螺纹孔3.1与转向管柱安装支撑座2上的第二圆形通
孔2.3对准，分别使用两个M12螺栓预拧紧，然后调整转向管柱安装支架3与整车XY平面角
度，调整完成后，使用两个M12螺栓分别穿过转向管柱安装支撑座2上的第二弧形通孔2.4并
对准转向管柱安装支架3上的第二螺纹孔3.2，最后按照设定力矩将4个M12螺栓拧紧，完成
转向管柱安装支架3在转向管柱安装支撑座2上的安装；转向管柱安装支架3端面上设有两
个第三螺纹孔3.3，用于固定转向管柱，安装孔和安装螺柱的间距和尺寸与被测量转向管柱
安装尺寸一致，第三螺纹孔3.3的直径为8mm，第三螺纹孔3.3的孔中心距与转向管柱4的下
安装孔间距一致，转向管柱安装支架3顶部设有两个备焊螺柱3.4，备焊螺柱3.4直径8mm，备
焊螺柱3.4轴线间距与转向管柱4上安装孔间距一致。

[0029] 如图4、图5所示，力传感器支架8包括下连接板8.1和上连接板8.2，下连接板8.1上设有与转向管柱4的转向轴匹配的第四螺纹孔8.1.1和与三轴向力传感器7上的安装孔匹配
的第三圆形通孔8.1.2，上连接板8.2上设有与方向盘安装轴头匹配的第五螺纹孔8.2.1和
与三轴向力传感器7上的安装孔匹配的第四圆形通孔8.2.2。在进行装配时，使用与三轴向
力传感器7上的安装孔匹配的螺栓，将三轴向力传感器7与下连接板8.1、上连接板8.2连接
在一起，然后将下连接板8.1上的第四螺纹孔8.1.1拧紧在转向管柱4的转向轴螺纹上，方向
盘安装轴头拧紧在上连接板8.2上的第五螺纹孔8.2.1内，完成三轴向力传感器7、力传感器
支架8与转向管柱4的连接。

[0030] 如图6所示，泡沫垫9包括泡沫填充块9.1、泡沫盘9.2和扎带9.3，泡沫填充块9.1边缘形状与方向盘气囊边缘形状相近，并安置在方向盘6内部，泡沫盘9.2边缘设有与方向盘6
轮缘形状相近的凹槽9.2.1，安装泡沫盘9.2时，将方向盘6的轮缘镶嵌在凹槽9.2.1内，在泡
沫盘9.2边缘适当位置设有小孔9.2.2，使用扎带9.3穿过小孔9.2.2将泡沫盘9.2和方向盘6
的轮缘连接在一起，完成整个泡沫垫9在方向盘6上的安装。

[0031] 进行测量时，先将转向管柱安装支撑座2按照设定的侧向角度α(与整车YZ平面夹角)固定在试验台底座1上，转向管柱安装支架3按照设定的水平角度β(与整车XY平面)固定
在转向管柱安装支撑座2上，将需要测量的转向管柱4按照规定力矩安装在转向管柱安装支
架3上，加速度传感器5使用胶水粘贴在转向管柱4的支架上，使用三轴向力传感器7及力传
感器支架8连接转向管柱4和方向盘6，并在方向盘6内安装泡沫填充块9.1，将泡沫盘9.2安
装在方向盘轮缘上，使用扎带9.3将泡沫盘与方向盘轮缘连接起来，在泡沫盘9.2前边缘和
侧边缘粘贴基准标志10，基准标志10的中心与方向盘6中心点位于同一平面内，并在转向管
柱安装支撑座2和转向管柱安装支架3上按照装配图1所示分别粘贴两个基准标志10。

[0032] 在转向管柱安装支架3上方，与其平面平行距离L1处设置一台高速摄像机，L1的设定应确保摄像机视角覆盖水平范围内的试验台架，在转向管柱安装支撑座2的上设置第一
组基准标志(两个)10.1的一侧，与第一组基准标志10.1所在平面平行距离为L2处设置一台
高速摄像机，L2的设定应确保摄像机视角覆盖侧向范围内的试验台架，重量和尺寸满足GB 
11557附录C要求的假人模块按照整车坐标系中相对方向盘6的位置连接在发射装置上；

[0033] 试验开始前，通过高速摄像机采集的画面记录第三基准标志10.3相对第一组基准标志(两个)10.1连线的距离h1，和第四基准标志10.4相对第二组基准标志(两个)10.2连线
的距离h2，然后按照设定的发射速度V＝5.0～5.5m/s使用发射装置发射假人模块；

[0034] 试验结束后，收集加速度传感器数据并通过积分法获取转向管柱的溃缩行程L，收集三轴向力传感器获取转向管柱的溃缩力F，通过高速摄像机采集的画面记录第三基准标
志10.3相对第一组基准标志10.1连线的距离h1’和第四基准标志10.4相对第二组基准标志
10.2连线的距离h2’，并与试验前数据对比计算，得到方向盘6中心点水平位移X＝h2’-h2和
垂直位移Y＝h1’-h1。

[0035] 本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。