按GB11557/ECE R12法規(guī)要求進(jìn)行防止轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)駕駛員傷害的試驗(yàn)中，增加對(duì)安全氣囊的點(diǎn)爆和匹配，在安全氣囊展開最大時(shí)，實(shí)現(xiàn)人體軀干模塊對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的沖擊，評(píng)判轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在此狀態(tài)下的受力情況。

防止汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

對(duì)駕駛員傷害的規(guī)定

作為汽車產(chǎn)品安全強(qiáng)制認(rèn)證法規(guī)GB11557和ECE R12《防止汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)駕駛員傷害的規(guī)定》中定義轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為：由轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向柱、附件、轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向器外殼以及所有用以當(dāng)轉(zhuǎn)向盤受到碰撞時(shí)吸收能量的其他元件組成的整體。要求轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在與人體發(fā)生碰撞過程中吸收能量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體胸肋部的保護(hù)。

如圖一所示，人體模塊以24.1km/h的速度水平撞擊轉(zhuǎn)向盤時(shí)，作用在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上的水平力值不得大于11123N。其中的人體模塊有特定的技術(shù)要求：

（1）結(jié)構(gòu)尺寸方面的要求；

（2）質(zhì)量為34.0 -36.3kg；

（3）變形剛度為105-140N/mm；

（4）質(zhì)心距頭頂551mm±6mm；

（5）通過質(zhì)心繞橫軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為226N·cm·s2±22N·cm·s2（23.0kgf·cm·s2±2.3kgf·cm·s2）。

試驗(yàn)準(zhǔn)備及原理

（1）轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在車身上固定，轉(zhuǎn)向軸角度即為實(shí)車安裝角度。

（2）調(diào)整車身與試驗(yàn)平板之間的高度，確保座椅基準(zhǔn)R點(diǎn)與人體模塊之間的距離為19mm。

（3）通過氮?dú)鈮毫φ{(diào)節(jié)發(fā)射人體軀干模塊，通過光電傳感器信號(hào)獲得人體模塊發(fā)射速度。

（4）把三維力傳感器安裝在轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向盤之間，測(cè)得人體沖擊轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的力值。

（5）法規(guī)試驗(yàn)未包含氣囊展開相關(guān)內(nèi)容。

（6）設(shè)定試驗(yàn)方案為在安全氣囊展開最大時(shí)，實(shí)現(xiàn)人體軀干模塊對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的沖擊。

圖一

圖二

安全氣囊的點(diǎn)爆

在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)駕駛員傷害的試驗(yàn)中，點(diǎn)爆氣囊的信號(hào)必須由外部適時(shí)給予。在實(shí)際行車過程中安全氣囊根據(jù)傳感器不斷將車速變化的信息輸入到電子控制器，經(jīng)電子控制單元計(jì)算、分析、比較和判斷，隨時(shí)準(zhǔn)備發(fā)出指令。當(dāng)汽車高速?zèng)_撞時(shí)，前方傳感器，中央傳感器和安全傳感器同時(shí)向電子控制器輸出沖撞信號(hào)，電子控制器使電雷管引爆，氣囊展開。從發(fā)生沖撞、傳感器發(fā)出信號(hào)到控制器判斷引爆電雷管，一般需要10ms時(shí)間。引爆后，氣體發(fā)生器產(chǎn)生大量氮?dú)猓杆俅得洑饽?。從發(fā)生沖撞到氣囊形成，全過程所需時(shí)間為30-35ms。

點(diǎn)爆氣囊的準(zhǔn)備：

（1）從組合開關(guān)上把連接安全氣囊的點(diǎn)火接線跳出，并將接線頭與氣囊背面的插座連接。

（2）安全氣囊的點(diǎn)爆參數(shù)：提供≥2A的恒流源，保持2秒鐘。點(diǎn)火兩極間的電阻為2.15Ω±0.35Ω。

（3）設(shè)置安全氣囊點(diǎn)爆試驗(yàn)裝置（點(diǎn)爆控制器、光電傳感器、恒流源）確保氣囊只在試驗(yàn)輸入點(diǎn)爆信號(hào)時(shí)打開。

氣囊點(diǎn)爆的控制

要解決提供氣囊爆炸觸發(fā)信號(hào)的問題。通過光電信號(hào)經(jīng)過氣囊點(diǎn)爆控制電路來實(shí)現(xiàn)精確點(diǎn)爆控制。（圖二是一個(gè)具有二級(jí)氣囊點(diǎn)爆功能的電路）

（1）光電信號(hào)通過一個(gè)激光發(fā)射器和一個(gè)光電傳感器（光電開關(guān)）組成。

（2）光電傳感器為NPN型結(jié)構(gòu)，棕端與電源正極連接，蘭端與電源負(fù)極連接，黑端為光電傳感器開關(guān)的輸出端。常態(tài)時(shí)，光電傳感器接收到激光發(fā)射器發(fā)出的紅光后，光電傳感器的蘭端和黑端是斷開的，此時(shí)正電源通過電阻R2到晶體三極管T1的b極，使晶體管三極管T1導(dǎo)通，晶體三極管T2為T1的反向器連接，當(dāng)T1導(dǎo)通時(shí)T2即截止，繼電器J1、J2處于釋放狀態(tài)。

（3）當(dāng)人體模塊飛過遮擋激光發(fā)射器光源時(shí)，光電傳感器的蘭端和黑端導(dǎo)通，使晶體三極管T1的b、e極之間的電壓為0，T1截止，此時(shí)正電源通過電阻R3到晶體三極管T2的b極，使晶體管三極管T2導(dǎo)通，由于T2的導(dǎo)通使繼電器J1線圈得電吸合，繼電器J1為具有三組觸點(diǎn)，此時(shí)利用一組常開觸點(diǎn)控制了氣囊點(diǎn)爆，另一組常開觸點(diǎn)控制了攝像機(jī)的攝像，還有一組常開觸點(diǎn)并聯(lián)在電路中的晶體三極管T2的e、c極之間，使電路自鎖，保持繼電器J1線圈繼續(xù)得電吸合。

（4）在電路中電容C1、可變電阻R5、電阻R6、晶體三極管T3和繼電器J2組成了延時(shí)點(diǎn)爆控制電路，控制第二個(gè)氣囊的點(diǎn)爆。在延時(shí)點(diǎn)爆控制電路中，電容C1、可變電阻R5組成了一個(gè)積分電路，通過改變可變電阻R5的阻值，改變電容C1的充電時(shí)間，達(dá)到第二個(gè)氣囊延時(shí)點(diǎn)爆0-10ms的可調(diào)時(shí)間要求，延時(shí)點(diǎn)爆時(shí)間的調(diào)節(jié)刻度可通過示波器進(jìn)行校準(zhǔn)。

（5）電路中發(fā)光二極管LED1-LED3分別為電源指示、第一級(jí)點(diǎn)爆指示和第二級(jí)延時(shí)點(diǎn)爆指示，二極管D1和D2分別為繼電器J1和J2的續(xù)流二極管，主要為釋放繼電器J1和J2線圈的反電勢(shì)而設(shè)。

（6）高速攝影能自動(dòng)設(shè)置截取觸發(fā)前幾毫秒的映像進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。

圖三

氣囊展開至最大程度時(shí)

與人體模塊發(fā)生碰撞的匹配

在汽車發(fā)生前碰撞時(shí)，車內(nèi)乘員在慣性力作用下仍以原來速度繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣囊引爆后，氣體發(fā)生器產(chǎn)生氮?dú)?，迅速吹脹氣囊。從發(fā)生沖撞到氣囊形成，進(jìn)而到安全帶拉緊，全過程所需時(shí)間為30-35ms，而此時(shí)正是氣囊與乘員相接觸的時(shí)刻。當(dāng)安全氣囊尚未展開至最大時(shí)乘員即與氣囊相碰，會(huì)由于氣囊在爆炸過程中的沖力對(duì)乘員造成二次傷害；而當(dāng)安全氣囊從展開至最大程度過渡到泄氣過程乘員與氣囊相碰會(huì)由于氣囊的癟氣，達(dá)不到吸收乘員的運(yùn)動(dòng)能量的作用。在氣囊點(diǎn)爆的匹配過程中要獲取以下參數(shù)并進(jìn)行計(jì)算。

（1）當(dāng)安全氣囊被完全點(diǎn)爆時(shí)（即氣囊展開至最大程度），定義帶轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)位置及安全氣囊展開的尺寸（特別是水平尺寸）。

（2）安全氣囊受到點(diǎn)爆信號(hào)，氣囊展開至最大程度所用的精確時(shí)間。

（3）轉(zhuǎn)向軸與水平面夾角A。

（4）根據(jù)以上參數(shù)作圖三，計(jì)算得出氣囊觸發(fā)點(diǎn)的位置。

（5）根據(jù)氣囊觸發(fā)點(diǎn)位置精確設(shè)置光電傳感器位置。

L：氣囊觸發(fā)點(diǎn)到與人體模塊碰撞點(diǎn)間的距離＝氣囊從點(diǎn)爆到展開到最大的時(shí)間×發(fā)射假人的初速度

L1：氣囊觸發(fā)點(diǎn)至方向盤中心的距離（設(shè)定值）L1=L+L2+L3

L2：1/2Cushsion Diameter*SinA

L3：1/2Cushsion Thickness*CosA

A：轉(zhuǎn)向軸的角度

圖四 觸發(fā)氣囊

圖五 氣囊展開至最大

試驗(yàn)過程照片

控制發(fā)射，人體模塊即以設(shè)置的初速度25km/h飛出，光電開關(guān)時(shí)觸發(fā)氣囊點(diǎn)爆，安全氣囊開始打開，當(dāng)安全氣囊展開至最大程度時(shí)，人體模塊氣囊相吻合，然后氣囊在其沖擊下開始泄氣，轉(zhuǎn)向軸與轉(zhuǎn)向盤之間的壓力傳感器記錄作用在作用力。見圖四、圖五。

試驗(yàn)結(jié)果圖形

按照GB11557/ECE R12法規(guī)要求進(jìn)行帶有氣囊展開的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)駕駛員傷害試驗(yàn)，圖六為試驗(yàn)合成水平力原始數(shù)據(jù)圖形，試驗(yàn)結(jié)果表明氣囊展開能有效減少軀干受力情況。

圖六

結(jié)論

越來越多的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對(duì)駕駛員傷害的試驗(yàn)，要求在氣囊展開的情況下按GB11557/ECE R12法規(guī)來進(jìn)行測(cè)試。在沖擊的過程中，準(zhǔn)確點(diǎn)爆和匹配氣囊，并用高速攝影來還原試驗(yàn)場(chǎng)景，是實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)的最有效途徑。