周厚林

（延鋒百利得（上海）汽車安全系統(tǒng)有限公司，上海 201315）

前言

在一些新項(xiàng)目的開發(fā)中，偶爾會(huì)出現(xiàn)副駕駛員氣囊（PAB）充氣時(shí)其氣袋擊碎風(fēng)擋的現(xiàn)象。對(duì)此，一般的應(yīng)對(duì)方法是調(diào)整PAB氣袋的折疊方案[1]，并重復(fù)驗(yàn)證，直到不再出現(xiàn)擊碎風(fēng)擋的現(xiàn)象為止。但是，氣袋擊碎風(fēng)擋存在一定的概率性，如果在方案驗(yàn)證過程中全部以真實(shí)風(fēng)擋試驗(yàn)結(jié)果的概率統(tǒng)計(jì)數(shù)來判斷方案的優(yōu)劣，勢(shì)必需要大量的試驗(yàn)，成本很高。本文旨在設(shè)計(jì)一種能模擬測(cè)試PAB氣袋對(duì)風(fēng)擋沖擊力的工裝及方法，并對(duì)工裝的可靠性進(jìn)行研究，最后結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行校驗(yàn)。

1 風(fēng)擋沖擊力測(cè)試工裝的設(shè)計(jì)

本文以常規(guī)的PAB靜態(tài)點(diǎn)爆工裝為基礎(chǔ)，在其風(fēng)擋模擬板中間部分，對(duì)應(yīng)于氣袋沖擊區(qū)開一個(gè)長方形的孔，相應(yīng)地嵌入一列共4塊金屬測(cè)力板。每塊金屬測(cè)力板背部左右兩端各設(shè)置有一個(gè)力傳感器，并通過力傳感器固定到風(fēng)擋模擬板背后的支架上。力傳感器通過線束連接到電腦系統(tǒng)。當(dāng)安裝在測(cè)試工裝內(nèi)的PAB被點(diǎn)爆時(shí)，氣袋拍打到風(fēng)擋模擬板及金屬測(cè)力板上，金屬測(cè)力板背后的力傳感器即可探測(cè)并記錄金屬測(cè)力板上受到的沖擊力，并匯總到電腦系統(tǒng)中，形成一條時(shí)間/力值的曲線。以此方法，即形成了模擬測(cè)量風(fēng)擋沖擊力的工裝及系統(tǒng)。

風(fēng)擋沖擊力測(cè)試工裝如圖1所示。

圖1 風(fēng)擋沖擊力測(cè)試工裝示意圖

本工裝設(shè)置有8個(gè)力傳感器，每次試驗(yàn)可采集8個(gè)數(shù)據(jù)。不管是這8個(gè)數(shù)據(jù)本身，還是其累加的“合力”數(shù)據(jù)，都不能直接等同于風(fēng)擋上受到的真實(shí)沖擊力。

本文的思路是研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與真實(shí)的風(fēng)擋受力（風(fēng)擋破裂風(fēng)險(xiǎn)）之間的規(guī)律，從而能夠使用簡(jiǎn)易經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)方法來推測(cè)實(shí)際項(xiàng)目的風(fēng)擋受力狀況和破裂風(fēng)險(xiǎn)。

2 風(fēng)擋沖擊力測(cè)試工裝及方法的重復(fù)性研究

在采信本文所測(cè)得的數(shù)據(jù)之前，首先需要確認(rèn)該測(cè)試系統(tǒng)的線性、偏倚、穩(wěn)定性、重復(fù)性和再現(xiàn)性[2]。因?yàn)楸疚牡闹髦荚谟跈M向?qū)Ρ炔煌O(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，因此略過線性、偏倚和穩(wěn)定性的研究，重點(diǎn)研究重復(fù)性和再現(xiàn)性。另外，由于本測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)完全來自于傳感器及與傳感器連接的電腦系統(tǒng)，人員在其中的作用僅僅是點(diǎn)擊按鈕的操作，因此本測(cè)量系統(tǒng)只做重復(fù)性分析。

本文選取X1 PAB和FE PAB來開展重復(fù)性分析。其中X1 PAB的安裝角度89°，PAB到風(fēng)擋距離小，且在開發(fā)過程中曾發(fā)生過氣袋擊碎風(fēng)擋的現(xiàn)象。作者將該項(xiàng)目的風(fēng)擋沖擊力測(cè)試數(shù)據(jù)定義為風(fēng)擋沖擊力的上極限規(guī)格。而FE PAB的安裝角度和風(fēng)擋距離比較適中，作為重復(fù)性試驗(yàn)樣本。選取1個(gè)批次的X1 PAB共4件，3個(gè)批次的FE PAB共12件，在上述的風(fēng)擋沖擊力測(cè)試工裝上進(jìn)行測(cè)試。因?yàn)槊總€(gè)傳感器上獲得的數(shù)據(jù)是一條時(shí)間/力值的曲線，為了方便分析，取每根曲線的峰值作為分析數(shù)據(jù)，單位為N。

試驗(yàn)結(jié)果如下：

表1 X1 PAB和FE PAB在設(shè)計(jì)工裝上測(cè)得的風(fēng)擋沖擊力“合力”數(shù)據(jù)

從原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見，單個(gè)力傳感器上的力值數(shù)據(jù)變差較大，可用度不高。相對(duì)的，8個(gè)力傳感器的“合力”變差較小，且從原理上也與風(fēng)擋的真實(shí)受力存在高相關(guān)性，可以嘗試用于分析。需說明，因?yàn)槊總€(gè)力傳感器測(cè)得的曲線峰值不在同一時(shí)刻，因此8條曲線累加之后的峰值，并不等于8個(gè)峰值的算術(shù)和。另外，本文限于篇幅，此處只展示了“合力”數(shù)據(jù)，而非全部原始數(shù)據(jù)。

X1 PAB測(cè)得的風(fēng)擋沖擊“合力”最大值為3009N。在本文中作者將風(fēng)擋沖擊力的上極限規(guī)格定義為試驗(yàn)最大值加10%，即3300N。

使用Minitab軟件對(duì)FE PAB測(cè)得的風(fēng)擋沖擊“合力”數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。分析時(shí)，假設(shè)同一批次的PAB是完全一致的，而不同批次之間存在差異。經(jīng)計(jì)算，該測(cè)量系統(tǒng)的規(guī)格百分比為 33.5%?？蓞^(qū)分類別數(shù)為 1。按一般要求，該測(cè)量系統(tǒng)不可用。

為此，作者對(duì)測(cè)試工裝進(jìn)行了改進(jìn)，主要在兩點(diǎn)：一是將力傳感器從單軸傳感器改成3軸傳感器；二是粘貼膠帶封住測(cè)力板之間及測(cè)力板與風(fēng)擋模擬板之間的間隙。改進(jìn)后重新按上述方法，用3個(gè)批次共12件FE PAB進(jìn)行重復(fù)性分析。試驗(yàn)結(jié)果如下：

重復(fù)前述計(jì)算，改進(jìn)后的測(cè)量系統(tǒng)的規(guī)格百分比為18.7%?？蓞^(qū)分類別數(shù)為1。按一般要求，該測(cè)量系統(tǒng)仍然不可用。但作者結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)判斷，該現(xiàn)象的主要原因在于上述試驗(yàn)為破壞性試驗(yàn)，無法真正按理論正確方法進(jìn)行重復(fù)性分析。同時(shí)，以本文的研究條件，該測(cè)量系統(tǒng)繼續(xù)改進(jìn)的空間有限，因此決定以此狀態(tài)繼續(xù)開展后續(xù)的研究工作。

表2 FE PAB在改進(jìn)工裝上測(cè)得的風(fēng)擋沖擊力“合力”數(shù)據(jù)

3 風(fēng)擋沖擊力測(cè)試工裝及方法的應(yīng)用校驗(yàn)

新項(xiàng)目B8 PAB的安裝角度為87°，PAB到風(fēng)擋距離比較小，在客戶處做帶風(fēng)擋的高溫點(diǎn)爆試驗(yàn)時(shí)偶爾發(fā)生風(fēng)擋被擊碎的現(xiàn)象。工程師先后設(shè)計(jì)了5個(gè)不同的氣袋折疊改進(jìn)方案，加上原始設(shè)計(jì)方案，共6個(gè)方案，均在本文改進(jìn)后的風(fēng)擋沖擊力測(cè)試工裝上進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，每種方案測(cè)試一個(gè)批次4個(gè)樣件。測(cè)試數(shù)據(jù)如下：

表3 B8 PAB幾種方案在改進(jìn)工裝上測(cè)得的風(fēng)擋沖擊力“合力”數(shù)據(jù)

用Minitab軟件分析數(shù)據(jù)。改進(jìn)方案3的“合力”平均值比原始方案高，不可用。改進(jìn)方案1和4的“合力”與原始方案之間的差異不顯著。只有改進(jìn)方案2和5的“合力”比原始方案顯著偏小。結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，最終選擇改進(jìn)方案 5作為整改措施。

采取改進(jìn)方案5的措施后，后續(xù)客戶處再做帶風(fēng)擋的高溫點(diǎn)爆試驗(yàn)，沒有出現(xiàn)風(fēng)擋被擊碎的現(xiàn)象，改進(jìn)措施達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)并改進(jìn)了一種 PAB風(fēng)擋沖擊力測(cè)試工裝及方法。以理論方法分析，該測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性不高，不可用。但從實(shí)踐角度，該測(cè)量系統(tǒng)對(duì)于PAB的不同設(shè)計(jì)方案對(duì)風(fēng)擋沖擊力的大小有一定的辨識(shí)度，且在 B8項(xiàng)目中實(shí)際起到了對(duì)比不同方案優(yōu)劣的作用。相對(duì)于用真實(shí)風(fēng)擋重復(fù)試驗(yàn)測(cè)試風(fēng)擋的破碎概率而言，使用本文所述的工裝和方法可大幅度節(jié)約試驗(yàn)成本。本文所闡述的研究內(nèi)容也可作為相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)一步深入研究的基礎(chǔ)。

[1] 馬春生.基于提高乘員保護(hù)效能的安全氣囊折疊方法研究.汽車工程,2005,Vol.27(3):350-353.

[2] 竇智.測(cè)量系統(tǒng)分析在制造業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用.電源技術(shù),2009,Vol.33 (11):1022-1025.