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本文以某型号的电动助力转向管柱为研究对象,运用显示动力学的研究方法,对人——转向管柱系统进行了仿真模型的建立和碰撞仿真,并基于人体的受力情况,对转向管柱的溃缩吸能结构进行了改良设计研究。 回顾了汽车转向管柱在汽车诞生以来的发展历史,介绍了国内外针对汽车转向管柱的研究现状,以当前电动助力转向管柱为基础,介绍了c-EPS(驱动单元垂直于转向管柱)、d-EPS(驱动单元双齿轮)、p-EPS(驱动单元平行于转向机传动轴)三种类型管柱的运用领域,并针对研究对象c-EPS进行了结构分析,阐述了溃缩吸能结构的构成形式和一般工作原理。 详细比较了中、美、日、欧各个地区的关于汽车转向机构对驾驶员伤害的有关法规,叙述了各法规的具体细节,并确定以中国GB11557为研究背景,以此确认本文的有限元模型所参照的边界条件,同时,为同类型的产品的设计过程中,选取法规依据提供了便捷。 依据国标GB11557的规定,建立了人——转向管柱的有限元仿真模型。在对系统中构成模型的验证中,对试验设备拉压力试验机作了介绍和分析。通过对方向盘材料属性的修正后,经溃缩块溃缩性能的验证以及上下柱管的验证,来保证了不含人体的转向管柱系统的溃缩仿真曲线和试验曲线基本吻合。为人——转向管柱有限元模型的建立提供了试验基础和保证。并根据国家标准确定了边界条件。 利用构建完成的人——转向管柱有限元模型进行仿真计算,对仿真的整个过程进行了几个方面的研究,着重于对方向盘的应力和变形、转向管柱的支架应力和应变、溃缩吸能机构中的溃缩块及上、下柱管的缓冲对人体受力的减缓作用的计算和分析,得出该型号转向管柱对人体的保护受力曲线图。相关曲线和数据为同类型的转向管柱产品提供了设计参考,并根据相关曲线和数据分析了该类型产品的改良空间。 根据动量相关知识,对转向管柱的吸能结构进行了改进和分析。从改进的结果来看,人体所受到的水平方向的力较之前有所减小,与之对比改善更为明显的时人体头部的加速度和胸部的变形量,使驾驶员在碰撞的过程中减小了受伤的严重度。并将该改进方案运用于工程中,所运用车型经过了中国新车评价规程(C-NCAP)的测试,对该结构类型的吸能转向管柱的设计和制造具有参考价值。