一种测试转向管柱向上转动角度变化量的装置及方法与流程

本发明涉及汽车转向机构，具体涉及一种测试转向管柱向上转动角度变化量的装置及方法。

背景技术：

目前，生产的大多数轿车，已经安装可溃式转向管柱，以降低在正面碰撞的交通事故中对驾驶员的受伤程度。在转向管柱的冲击实验和正面碰撞的交通事故中，方向盘受到人体胸部的冲击力后，转向管柱会以下安装点为轴心，往上转动，使转向管柱的倾斜角度发生变化，从而不利于转向管柱溃缩和吸能。所以，可溃式转向管柱的溃缩性能，除了与吸能空间、剪切块、注塑等相关，还与安装角度以及转向管柱的转向轴向上转动角度变化量相关。

当前，测量转向管柱的转向轴向上角度变化量的方法，通常是使用角速度传感器测量角速度，然后积分得到。由于转向轴向上转动角度随碰撞时刻的变化量较小，角速度传感器测量较小的角度变化量较困难，在实际运用中，传感器零飘大，积分误差大，不能精确测量，具有很大误差。cn202869764u公告的一种新型转向盘和转向管柱多角度振动试验装置，包括工作台，所述工作台上设有支架、转向管柱、转向盘、角度调节机构与锁止机构，转向管柱与支架的中部通过螺栓可调固定，所述转向管柱与转向盘相连，转向管柱与锁止机构连接，转向盘与角度调节机构连接。其结构简单，工作可靠性高；加工方便，制作成本较低；能完成对转向管柱与转向盘的振动性能试验。cn1276310公开的“轿车转向管柱角度的在线测量方法”，测量步骤：(1)将一个实际零件与基准台l₁和l₂面贴紧；(2)用摄像机摄取零件豁口的图形，经过计算机图象预处理，可以得到零件的边缘图象；(3)根据l₁、l₄与l₂、l₃之间的比例关系，推算出e₀o与摄像轴线h₁h₂的夹角α；(4)测得实际工件的角度为：θ＝θ₀+α。毋庸置疑，上述现有技术都是所属技术领域的有益尝试。但是，在车辆正面碰撞和人体模块实验过程中，没有一种有效的方法直接测量转向管柱的转向轴向上转动角度变化量的装置和方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种测试转向管柱向上转动角度变化量的装置，其能够在人体模块实验过程中，测量转向管柱向上角度变化量，并解决角速度传感器零飘大，对较小的角度变化量不灵敏、积分计算存在较大误差的问题。本发明还提供一种测试转向管柱向上转动角度变化量的方法，为汽车碰撞安全研发设计提供支撑。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现：

一种测试转向管柱向上转动角度变化量的装置，包括设在转向管柱实验安装台和转向管柱之间的装置本体,所述转向管柱通过上固定构件和下固定构件与所述转向管柱实验安装台连接；所述装置本体包括连接在所述转向管柱实验安装台上的角度变化量检测构件、一端与角度变化量检测构件配合连接的曲柄连杆机构、一端与曲柄连杆机构另一端连接的转向管柱连接件，所述转向管柱连接件的另一端和曲柄连杆机构的另一端还分别并与所述转向管柱配合连接；所述角度变化量检测构件包括呈“┓”形的安装座板、固定连接在安装座板的竖直块后侧面下部的凸焊螺母、与凸焊螺母对应配合的下心轴顶丝杆、定位连接在所述安装座板的竖直块前侧面上部且相互对称的左支撑块和右支撑块、两端分别与左支撑块和右支撑块配合连接并通过固定螺母固定的传感器安装轴、配合连接在传感器安装轴中部的角度传感器；所述下心轴顶丝杆与所述转向管柱的下心轴的端部紧抵，所述角度传感器与设在半身假人上的bia设备电连接，所述半身假人与连接在所述转向管柱上端的方向盘正对，所述转向管柱的轴心线与水平线之间的夹角为α。

进一步，所述角度变化量检测构件的安装座板的平直块上设有两道贯通且相互平行的横向条形槽、竖直块的上部设有两道贯通且相互平行的纵向条形槽，所述角度变化量检测构件的左支撑块前部设有左通孔，所述左支撑块的后侧设有两个左连接孔，所述两个左连接孔与竖直块左边的一道纵向条形槽对应，并通过螺栓连接固定；所述角度变化量检测构件的右支撑块前部设有的与所述左通孔对应的右通孔，所述右支撑块的后侧设有两个右连接孔，所述两个右连接孔与竖直块右边的一道纵向条形槽对应，并通过螺栓连接固定；所述传感器安装轴的两端分别与所述左通孔和右通孔对应配合并通过螺母固定；所述安装座板的平直块上的两道横向条形槽分别与设在所述转向管柱实验安装台上的螺孔对应，并通过螺栓连接固定。

进一步，所述的曲柄连杆机构包括传感器曲柄、管柱后曲柄、一端与管柱后曲柄铰接另一端与传感器曲柄铰接的上连杆、一端与管柱后曲柄铰接另一端与传感器曲柄的铰接并与所述上连杆平行的下连杆，四者构成曲柄连杆机构，还包括与所述管柱后曲柄的前侧面对应连接的管柱前曲柄；

所述传感器曲柄的下部与所述角度变化量检测构件的角度传感器连接，所述管柱后曲柄和管柱前曲柄的下部与设在转向管柱上的下安装销配合。

进一步，所述传感器曲柄的右侧面设有后上销轴和后下销轴，所述管柱后曲柄的右侧面设有前上销轴和前下销轴；所述上连杆的一端配合有后上轴承、另一端配合有前上轴承，所述后上轴承与后上销轴配合连接，所述前上轴承与前上销轴配合连接；

所述下连杆的一端配合有后下轴承、另一端配合有前下轴承，所述后下轴承与后下销轴配合连接，所述前下轴承与前下销轴配合连接。

进一步，所述传感器曲柄的下部设有传感器曲柄内曲面，所述传感器曲柄内曲面与所述角度变化量检测构件的角度传感器外圆粘接；

所述管柱后曲柄的上部设有贯通前后的螺纹孔、下部设有c形圆弧结构；所述管柱前曲柄的上部设有贯通前后并与所述螺纹孔对应的过孔、下部设有与所述c形圆弧结构对应的反c形圆弧结构；所述管柱后曲柄下部的c形圆弧结构和管柱前曲柄下部的反c形圆弧结构与设在转向管柱上的下安装销卡合。

进一步，所述的转向管柱连接件包括l型板，所述l型板的竖直面上设有一通孔，还包括一连接杆，所述连接杆的后部设有后外螺纹、前部设有前外螺纹，所述连接杆的前部穿过所述l型板竖直面上的通孔，与一螺母配合连接，所述l型板平直面与所述转向管柱的粘接，所述连接杆的后部穿过所述管柱前曲柄上的过孔与所述管柱后曲柄上的螺纹孔配合连接。

本发明所述的一种测试转向管柱向上转动角度变化量的方法，参见图1，包括以下步骤：

第一步，将转向管柱安装在转向管柱实验安装台上，并将转向管柱调整到实验状态，并记录初始的转向管柱向上的角度α；

第二步，将装置本体安装在转向管柱实验安装台和转向管柱上，将半身假人安装在bia设备上，并使半身假人正对方向盘；

第三步，按照冲击速度方向θ发射半身假人，半身假人冲击方向盘的过程中，引起转向管柱向上转动角度α发生变化；该角度变化通过管柱连接构件和曲柄连杆机构按照一比一的比例传递给角度传感器上，角度传感器测量的角度值记录在bia设备中。

本发明的有益效果：

1.本发明所述的一种测试转向管柱向上转动角度变化量的装置，可测量在人体模块实验中转向管柱向上角度变化量，为设计和研究转向管柱溃缩性能提供了准确的转向管柱向上角度变化信息。

2.本发明所述的一种测试转向管柱向上转动角度变化量的装置，使用了平行的双连杆构造的曲柄连杆机构，实现一比一的比例传递角度，避免了后期数据处理过程。

3.本发明所述的一种测试转向管柱向上转动角度变化量的装置，采用角度传感器，解决角速度传感器零飘大，对较小的角度变化量不灵敏、积分计算存在较大误差的问题。

4.本发明所述的一种测试转向管柱向上转动角度变化量的装置，与管柱常规冲击设备一起使用，节约制作成本，轻便小巧，便于安装与拆卸，使用灵活方便。

附图说明

图1是本发明用于转向管柱动态冲击实验的装配示意图；

图2是图1的a部放大示意图；

图3是装置本体的轴测图；

图4是装置本体的角度变化量检测构件的爆炸图；

图5是装置本体的曲柄连杆机构后部的爆炸图；

图6是装置本体的曲柄连杆机构前部的爆炸图；

图7是装置本体的转向管柱连接构件的爆炸图；

图8是装置本体的曲柄连杆机构前部、转向管柱连接构件与转向管柱的爆炸图。

图中：1－角度变化量检测构件，10－安装座板，11－下心轴顶丝杆，12－左支撑块，13－右支撑块，14－传感器安装轴，15－角度传感器，16－固定螺母，17－凸焊螺母；

2－曲柄连杆机构，20－传感器曲柄，21－管柱后曲柄，22－管柱前曲柄，23－上连杆，24－下连杆，25－后上轴承，26－后下轴承，27－前上轴承，28－前下轴承；

3－转向管柱连接构件；30－l型板，31－连接杆，32－螺母；

4－转向管柱，40－下安装销，41－下心轴；

5－转向管柱实验安装台，50－上固定构件,51－下固定构件；

6－方向盘，7－半身假人，8－bia设备；

101－纵向条形，102－横向条形；

121－左连接孔，122－左通孔；131－右连接孔，132－右通孔；

201－后上销轴，202后下销轴，211－前上销轴，212－前下销轴，213－螺纹孔、214－c形圆弧结构；223－过孔，224－反c形圆弧结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做另一步的描述。

参见图1、图2和图3所示的一种测试转向管柱向上转动角度变化量的装置，包括设在转向管柱实验安装台5和转向管柱4之间的装置本体,所述转向管柱4通过上固定构件50和下固定构件51与所述转向管柱实验安装台5连接；所述装置本体包括连接在所述转向管柱实验安装台上的角度变化量检测构件1、一端与角度变化量检测构件配合连接的曲柄连杆机构2、一端与曲柄连杆机构另一端连接的转向管柱连接构件3，所述转向管柱连接构件的另一端和曲柄连杆机构的另一端还分别并与所述转向管柱4配合连接。

所述角度变化量检测构件1包括呈“┓”形的安装座板10、固定连接在安装座板的竖直块后侧面下部的凸焊螺母17、与凸焊螺母对应配合的下心轴顶丝杆11、定位连接在所述安装座板的竖直块前侧面上部且相互对称的左支撑块12和右支撑块13、两端分别与左支撑块和右支撑块配合连接并通过固定螺母16固定的传感器安装轴14、配合连接在传感器安装轴中部的角度传感器15；所述下心轴顶丝杆11与所述转向管柱4的下心轴41的端部紧抵，所述角度传感器与设在半身假人7上的bia设备8电连接(bia设备是一种进口于法国的零部件冲击试验设备，可实现多种零部件碰撞领域中法规规定的试验。)，所述半身假人7与连接在所述转向管柱4上端的方向盘6正对，所述转向管柱4的轴心线与水平线之间的夹角为α。

参见图4，所述角度变化量检测构件1的安装座板10的平直块上设有两道贯通且相互平行的横向条形槽102、竖直块的上部设有两道贯通且相互平行的纵向条形槽101，所述角度变化量检测构件1的左支撑块12前部设有左通孔122，所述左支撑块12的后侧设有两个左连接孔121，所述两个左连接孔121与竖直块左边的一道纵向条形槽101对应，并通过螺栓连接固定；所述角度变化量检测构件1的右支撑块13前部设有与所述左通孔122对应的右通孔132，所述右支撑块13的后侧设有两个右连接孔131，所述两个右连接孔131与竖直块右边的一道纵向条形槽101对应，并通过螺栓连接固定；所述传感器安装轴14的两端分别与所述左通孔122和右通孔132对应配合并通过螺母16固定；

所述角度变化量检测构件1的安装座板10的平直块上的两道横向条形槽102分别与设在所述转向管柱实验安装台5上的螺孔(图中未画出)对应，并通过螺栓连接固定。

参见图5和图6、所述的曲柄连杆机构2包括传感器曲柄20、管柱后曲柄21、一端与管柱后曲柄21铰接另一端与传感器曲柄20铰接的上连杆23、一端与管柱后曲柄21铰接另一端与传感器曲柄20的铰接并与所述上连杆23平行的下连杆24，四者构成曲柄连杆机构；还包括与所述管柱后曲柄21的前侧面对应连接的管柱前曲柄22。

所述传感器曲柄20的下部与所述角度变化量检测构件1的角度传感器15连接，所述管柱后曲柄21和管柱前曲柄22的下部与设在转向管柱4上的下安装销40配合。

所述传感器曲柄20的右侧面设有后上销轴201和后下销轴202，所述管柱后曲柄21的右侧面设有前上销轴211和前下销轴212；

所述上连杆23的一端配合有后上轴承25、另一端配合有前上轴承27，所述后上轴承25与后上销轴201配合连接，所述前上轴承27与前上销轴211配合连接；

所述下连杆24的一端配合有后下轴承26、另一端配合有前下轴承28，所述后下轴承26与后下销轴202配合连接，所述前下轴承28与前下销轴212配合连接；

参见图7和图8所述传感器曲柄20的下部设有传感器曲柄内曲面203，所述传感器曲柄内曲面与所述角度变化量检测构件1的角度传感器15外圆粘接；

所述管柱后曲柄21的上部设有贯通前后的螺纹孔213、下部设有c形圆弧结构214；所述管柱前曲柄22的上部设有贯通前后并与所述螺纹孔213对应的过孔223、下部设有与所述c形圆弧结构214对应的反c形圆弧结构224；所述管柱后曲柄21下部的c形圆弧结构214和管柱前曲柄22下部的反c形圆弧结构224与设在转向管柱4上的下安装销40卡合。

参见图7，所述的转向管柱连接件3包括l型板30，所述l型板的竖直面上设有一通孔301，还包括一连接杆31，所述连接杆的后部设有后外螺纹311、前部设有前外螺纹312，所述连接杆的前部穿过所述l型板30竖直面上的通孔301，与一螺母32配合连接，所述l型板30平直面与所述转向管柱4的表面粘接，所述连接杆的后部穿过所述管柱前曲柄22上的过孔223与所述管柱后曲柄21上的螺纹孔213配合连接。

本发明所述的一种测试转向管柱向上转动角度变化量的方法，包括以下步骤：

第一步，将转向管柱4安装在转向管柱实验安装台5上，参见图1，并将转向管柱4调整到实验状态，记录初始的转向管柱向上的角度α；

第二步，将装置本体安装在转向管柱实验安装台5和转向管柱4上，将半身假人7安装在bia设备8上，并使半身假人7正对方向盘6；

第三步，按照冲击速度方向θ发射半身假人7，半身假人7冲击方向盘6的过程中，引起转向管柱4向上转动角度α发生变化；该角度变化通过管柱连接构件3和曲柄连杆机构2按照一比一的比例传递给角度传感器15上，角度传感器测量的角度值记录在bia设备8中；

第四步，实验后，从bia设备8中导出冲击过程中各个时刻的角度传感器15记录的角度值数据，与初始的转向管柱向上转动角度α值相加，得到冲击过程中各个时刻的转向管柱向上转动的角度α。