摘要：为了解决当前方向盘位置的调节锁止手柄手感欠佳问题，并确保车辆发生严重意外碰撞时，锁止手柄不被弹开，文章对方向盘位置调节的锁止操作手感进行工程化分解，锁止手柄不被弹开的工况参考《C-NCAP管理规则》50Km/h正面100%重叠刚性壁障碰撞。通过仿真分析、计算及案例测试验证，方向盘位置调节的锁凸轮压紧面、上升角度和高度组合关系进行了研究，研究结果表明压紧面上升角度与旋转角度的曲线连续、平滑，并在锁止位置设计转折能提高锁止感、有利手感平顺性，并能提高锁紧的可靠性。
关键词：调节性能；凸轮；被动安全
前言
乘用汽车的方向盘位置调节方式分为机械手动调节、电动调节两种形式。方向盘电动调节的驱动电机及控制系统成本高昂，并且不利于转向管柱溃缩吸能结构的布置，机械手动调节的锁紧性能决定操作手感的品质、管柱锁紧的可靠性，当前国内外在车辆的操作手感品质上，对汽车换挡及电器操作键有了深度的研究并取得成果。在方向盘位置调节的锁止性能上，尚未有深度的研究及公开发表。因此，提高机械手动调节锁止的操作品质，确保锁止功能有很高的研究价值。
1方向盘位置锁止及锁止调节性能分析
1.1方向盘位置调节的锁止性能分析。乘用汽车常规的管柱调节锁止采用凸轮结构。从操作角度性能分析，锁止结构对手柄操作品质的影响，不仅仅是力的峰值大小，还包括行程感、力感、档位感及力值大小，随锁紧手柄角度变化而表现平顺性。单从锁止手柄力的大小来设计，不能满足操作的品质要求。从汽车的感官品质来看，管柱调节凸轮设计开发具有一定的研究价值。常规的方向盘位置调节锁止形式如图1所示。止为止。在碰撞前驾驶员与车辆基本处于相同的速度，具有一定的动力。为了降低驾驶员在车辆发生正面碰撞时造成的伤害，乘用汽车在被动安全结构上的设计有安全带、安全气囊及溃缩式转向管柱等。溃缩式转向管柱主要在驾驶员对安全气囊冲击力达到设置的力值时，管柱溃缩，并且吸收驾驶员的动能，同时产生位移使安全带继续吸能，降低驾驶员的加速，从而降低驾驶员的伤害值。为了防止正常驾驶过程中转向管柱溃缩的风险，将压溃力的峰值设计在结构即将溃缩的位置，溃缩过程中保持一定的溃缩力来吸收驾驶员的动能。转向管柱锁止结构须在整个溃缩过程中处于锁紧状态，溃缩力大小如式（1）。若管柱锁止结构在碰撞的过程中弹开，凸轮夹紧机构打开，壳体与管柱芯轴的夹紧力迅速减小，管柱直接滑动，吸能结构不能起到作用，滑移力的大小与设置管柱轴向的调节力大小相等，受力如式（3）：
1.2方向盘位置调节锁止手感性能分析。转向管柱的锁止结构如图3所示。在凸轮旋转夹紧的状态下实现管柱调节结构固定，旋转凸轮松开状态时可以实现管柱位置可调。基于力感、行程感、档位感，研究锁止手柄的调节品质。力感是驾驶员调节手柄过程中，手柄反馈给驾驶员力值变化趋势的感觉，即反馈力值的大小与手柄角度的变化关系 ，通过力值的大小及变化趋势预判锁止手柄的位置状态。行程感是手柄锁紧或松开的过程中，力值曲线的拐点行程与总成的比值，即行程与力值曲线函数单调性改变的极限位置行程与总行程的比值。档位感是手柄锁紧的过程中，手柄反馈给驾驶员档位变化的感觉，驾驶员通过手柄反馈的力值变化趋势及手柄旋转位置行程，基于力值与转角变化趋势，辅助预判手柄所处的位置。采用凸轮机构的锁紧结构，解锁力是手柄松开过程中，手柄力值随手柄松开的角度变化而形成的曲线，如图4所示。曲线中的峰值是手柄松开的最大力值，如图4中的Fm力值。
1.3凸轮锁紧力特性分析。凸轮的受力分布如图5所示。凸轮结构力来源于壳体刚性张开力在凸轮主轴方向的推力。操作力来源于旋转手柄的过程中，凸轮外侧手柄带动顶杆压紧力，凸轮位置的调节力如式（7）所示。）在锁止机构壳体刚度不变的情况下，凸轮与顶杆处于某一位置，F壳体的大小及方向是恒定。式（7）F顶杆的大小，变量为tin，其变化曲线如图6所示。即合理设计凸轮的角，可以实现锁止手柄操作的品质感，同时防止锁止手柄在整车碰撞过程中松开。
2案例分析
2.1凸轮参数分析。通过某车型为案例进行分析，根据锁止手柄的设计锁紧角度，设计凸轮的起始点、锁止峰值点、锁止点、限位点等相应的角度位置。参考锁止机构壳体刚度设计凸轮曲面的上升高度。
2.2试验验证。通过某车型的锁紧凸轮设计方案进行验证，锁止扭力及松开扭矩与角度的关系曲线如图10所示，通过实测结果体现。锁紧手柄的开启扭矩值及锁止扭矩值与手柄旋转角度的曲线平顺、变化趋势与目标走向一致，符合操作行程感、力感及档位感，并能有利防止车辆在碰撞过程中手柄弹开。
3结束语
根据某车型的设计案例分析，结合壳体的刚度及几何尺寸，合理的设计凸轮的曲面上升角度、能提高锁止手柄的操作品质及锁紧的可靠性，在前期设计的过程中能起到方向性的参考作用。
作者:吴成伟 单位:吉利汽车研究院（宁波）有限公司