劉磊 王輝 楊時虎 魯明

摘要：近年來，隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車已快速成為家庭出行代步工具，其安全性能日益被大眾關(guān)注，相關(guān)法規(guī)要求也越來越嚴(yán)格。為滿足GB 11557《防止汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對駕駛員傷害的規(guī)定》中法規(guī)的要求，主機(jī)廠普遍需要采用帶氣囊的轉(zhuǎn)向盤才能達(dá)到降低沖擊過程中對人體頭部的傷害。本文詳細(xì)介紹一種不帶氣囊的轉(zhuǎn)向盤設(shè)計方案來滿足法規(guī)要求。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向保護(hù)；頭型試驗；轉(zhuǎn)向盤

A Design plan for Head type test meet Protective steering of laws and regulations

Lei Liu

Wuhu JinPeng Auto Parts Co.，Ltd. Wuhu，Anhui 241000，liulei953@163.com

【Abstract】In recent years，with the vigorous development of the autoindustry，cars have become a family travel transport fast，its safety performance is increasingly attention by people，more and more strict regulations promulgated.To meet the requirements of regulations in GB 11557 《The stipulation protecting driers from being injured by motor vehicle steering mechanism》，OEM generally use airbag to reduce the impact on the human bady in the process of head injuries.this paper introduces a design of the steering wheel without airbag to meet regulatory requirements.

【Keywords】 Protective Steering，Head type test，Steering wheel

前言

汽車高速運行過程中遇到障礙物發(fā)生碰撞時，汽車要在極短時間內(nèi)達(dá)到停止?fàn)顟B(tài)。由于轉(zhuǎn)向盤需要實現(xiàn)控制汽車轉(zhuǎn)向的作用，轉(zhuǎn)向盤中間的飾蓋為滿足使用過程中不變形等要素，轉(zhuǎn)向盤和飾蓋需要設(shè)計一定的強度，但為了避免人體頭部受到過大的傷害，《GB 11557防止汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對駕駛員傷害的規(guī)定》對轉(zhuǎn)向盤的設(shè)計給出了詳細(xì)要求。

1.法規(guī)要求簡介

根據(jù)法規(guī)《GB 11557防止汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)對駕駛員傷害的規(guī)定》要求，生產(chǎn)、銷售車型不帶駕駛員安全氣囊總成（以下簡稱DAB）的轉(zhuǎn)向盤需要滿足以下要求：

1）、按照附錄C規(guī)定的試驗程序，人體模塊以24.1Km/h～25.3Km/h的相對速度撞擊轉(zhuǎn)向操縱裝置時，轉(zhuǎn)向操縱裝置作用在人體模塊上的水平力不得超過11123N。（若轉(zhuǎn)向操縱裝置裝備有DAB的車輛滿足GB/T 20913-2007中4.2.2.4和4.2.2.5的規(guī)定，則認(rèn)為該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)滿足上述要求）。

2）、按照附錄D規(guī)定的試驗程序，撞擊頭型以24.1Km/h～25.3Km/h的相對速度撞擊轉(zhuǎn)向操縱裝置時，作用在該撞擊頭型上的減速度超過80g的累積作用時間不得大于3ms，且最大減速度不得超過120g。

轉(zhuǎn)向操縱裝置的設(shè)計、構(gòu)成以及安裝固定應(yīng)滿足以下要求：

1）、試驗前，轉(zhuǎn)向操縱裝置面向駕駛員側(cè)能被直徑為165mm球體接觸的部分應(yīng)平滑，尖角或凸起部位的圓角半徑不得小于2.5mm。

2）試驗后，轉(zhuǎn)向操縱裝置面向駕駛員側(cè)的表面不得有可能引起或增加駕駛員傷害的危險尖角、棱邊等異?，F(xiàn)象出現(xiàn)。對于安裝在剛性支撐上的突出部分，若表面材料為邵氏（A）硬度小于50的非剛性材料，則只適用于剛性支撐部分。

3）轉(zhuǎn)向操縱裝置的設(shè)計、構(gòu)成以及安裝固定應(yīng)保證不得有在正常行駛過程中可能勾住駕駛員衣物或其它穿戴品而影響駕駛員正常駕駛的部件出現(xiàn)。

2.方向盤設(shè)計方案

設(shè)計方案在滿足客戶需求的前提下，不僅要考慮通過相關(guān)試驗驗證，也要在功能與成本之間尋找平衡點。因而通常方向盤飾蓋結(jié)構(gòu)上并非直接使用帶有DAB的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，“V”型的支架結(jié)構(gòu)是比較常用的設(shè)計思路，并通過不斷設(shè)計改進(jìn)達(dá)到設(shè)計要求。

以常用“V”型支架方案進(jìn)行驗證，當(dāng)裝機(jī)器以24.1Km/h的相對速度撞擊轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)時，結(jié)果在所有驗證點中位于轉(zhuǎn)向盤輪轂中心點加速度曲線超出標(biāo)準(zhǔn)要求，最大減速度為158.8g?？梢钥闯龊唵蔚拟k金結(jié)構(gòu)難以滿足性能要求。

3.設(shè)計方案改進(jìn)、驗證

此基礎(chǔ)設(shè)計方案在轉(zhuǎn)向盤輪轂中心點加速度不滿足GB 11557-2011中關(guān)于以24.1Km/h的速度沖擊轉(zhuǎn)向盤，作用在撞擊頭型上的減速度超過80g的累積作用時間不得大于3ms，且最大減速度不得超過120g的規(guī)定時。對試驗后樣件進(jìn)行拆解發(fā)現(xiàn)，處于轉(zhuǎn)向盤輪轂中心位置飾蓋的強度較弱，支架位于轉(zhuǎn)向盤輪轂中心區(qū)域無支撐，根據(jù)失效原因制定了如下改進(jìn)方案，并進(jìn)行模擬碰撞驗證。

首先調(diào)整“V”型支架，將支架空白區(qū)域相連，結(jié)合以加強筋增加剛度。

其次在轉(zhuǎn)向盤飾蓋背部調(diào)整加強筋數(shù)量和高度。

通過以上結(jié)構(gòu)方案的體現(xiàn)，進(jìn)一步模擬碰撞顯示結(jié)果符合法規(guī)性能要求，有效降低了碰撞過程中轉(zhuǎn)向盤對人體頭部的傷害。

4.綜述

本問介紹的轉(zhuǎn)向盤飾蓋結(jié)構(gòu)是在轉(zhuǎn)向盤飾蓋內(nèi)加大鈑金布置范圍，通過鈑金變形吸收沖擊過程中的能量，降低對人體頭部的傷害。

加大轉(zhuǎn)向盤飾蓋上的支架面積，使得支架布置范圍完全包含轉(zhuǎn)向管柱頭部，避免轉(zhuǎn)向管柱頭部對人體頭型有突然高的傷害。支架上做加強筋，在鈑金變形的過程中吸收沖擊能量，減小對頭部的傷害和加速度。若有必要，可以在轉(zhuǎn)向盤骨架上增加兩個支撐結(jié)構(gòu)，支撐轉(zhuǎn)向盤飾蓋上的支架，避免人體頭部與轉(zhuǎn)向管柱頭部直接接觸。

此設(shè)計結(jié)構(gòu)材料易取，避免選用特殊材料帶來的采購、管理等問題；結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，工藝易實現(xiàn)，易于制造，可以減少開發(fā)周期，在滿足主機(jī)廠設(shè)計目標(biāo)的情況下，滿足了產(chǎn)品性能要求，同時也節(jié)省了成本。

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作者簡介：劉磊（1984-），男（漢族），安徽蚌埠人，學(xué)士，主要從事汽車被動安全系統(tǒng)零部件設(shè)計工作。

（作者單位：蕪湖金鵬汽車部件有限公司工程部）