一种满足转向保护法规头型试验的转向盘设计

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　　摘要：近年来，随着汽车行业的蓬勃发展，汽车已快速成为家庭出行代步工具，其安全性能日益被大众关注，相关法规要求也越来越严格。为满足GB 11557《防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定》中法规的要求，主机厂普遍需要采用带气囊的转向盘才能达到降低冲击过程中对人体头部的伤害。本文详细介绍一种不带气囊的转向盘设计方案来满足法规要求。
　　关键词：转向保护；头型试验；转向盘
　　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
　　汽车高速运行过程中遇到障碍物发生碰撞时，汽车要在极短时间内达到停止状态。由于转向盘需要实现控制汽车转向的作用，转向盘中间的饰盖为满足使用过程中不变形等要素，转向盘和饰盖需要设计一定的强度，但为了避免人体头部受到过大的伤害，《GB 11557防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定》对转向盘的设计给出了详细要求。
　　1.法规要求简介
　　根据法规《GB 11557防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定》要求，生产、销售车型不带驾驶员安全气囊总成（以下简称DAB）的转向盘需要满足以下要求：
　　1）、按照附录C规定的试验程序，人体模块以24.1Km/h～25.3Km/h的相对速度撞击转向操纵装置时，转向操纵装置作用在人体模块上的水平力不得超过11123N。（若转向操纵装置装备有DAB的车辆满足GB/T 20913-2007中4.2.2.4和4.2.2.5的规定，则认为该转向机构满足上述要求）。
　　2）、按照附录D规定的试验程序，撞击头型以24.1Km/h～25.3Km/h的相对速度撞击转向操纵装置时，作用在该撞击头型上的减速度超过80g的累积作用时间不得大于3ms，且最大减速度不得超过120g。
　　转向操纵装置的设计、构成以及安装固定应满足以下要求：
　　1）、试验前，转向操纵装置面向驾驶员侧能被直径为165mm球体接触的部分应平滑，尖角或凸起部位的圆角半径不得小于2.5mm。
　　2）試验后，转向操纵装置面向驾驶员侧的表面不得有可能引起或增加驾驶员伤害的危险尖角、棱边等异常现象出现。对于安装在刚性支撑上的突出部分，若表面材料为邵氏（A）硬度小于50的非刚性材料，则只适用于刚性支撑部分。
　　3）转向操纵装置的设计、构成以及安装固定应保证不得有在正常行驶过程中可能勾住驾驶员衣物或其它穿戴品而影响驾驶员正常驾驶的部件出现。
　　2.方向盘设计方案
　　设计方案在满足客户需求的前提下，不仅要考虑通过相关试验验证，也要在功能与成本之间寻找平衡点。因而通常方向盘饰盖结构上并非直接使用带有DAB的内部结构，“V”型的支架结构是比较常用的设计思路，并通过不断设计改进达到设计要求。
　　以常用“V”型支架方案进行验证，当装机器以24.1Km/h的相对速度撞击转向操纵机构时，结果在所有验证点中位于转向盘轮毂中心点加速度曲线超出标准要求，最大减速度为158.8g。可以看出简单的钣金结构难以满足性能要求。
　　3.设计方案改进、验证
　　此基础设计方案在转向盘轮毂中心点加速度不满足GB 11557-2011中关于以24.1Km/h的速度冲击转向盘，作用在撞击头型上的减速度超过80g的累积作用时间不得大于3ms，且最大减速度不得超过120g的规定时。对试验后样件进行拆解发现，处于转向盘轮毂中心位置饰盖的强度较弱，支架位于转向盘轮毂中心区域无支撑，根据失效原因制定了如下改进方案，并进行模拟碰撞验证。
　　首先调整“V”型支架，将支架空白区域相连，结合以加强筋增加刚度。
　　其次在转向盘饰盖背部调整加强筋数量和高度。
　　通过以上结构方案的体现，进一步模拟碰撞显示结果符合法规性能要求，有效降低了碰撞过程中转向盘对人体头部的伤害。
　　4.综述
　　本问介绍的转向盘饰盖结构是在转向盘饰盖内加大钣金布置范围，通过钣金变形吸收冲击过程中的能量，降低对人体头部的伤害。
　　加大转向盘饰盖上的支架面积，使得支架布置范围完全包含转向管柱头部，避免转向管柱头部对人体头型有突然高的伤害。支架上做加强筋，在钣金变形的过程中吸收冲击能量，减小对头部的伤害和加速度。若有必要，可以在转向盘骨架上增加两个支撑结构，支撑转向盘饰盖上的支架，避免人体头部与转向管柱头部直接接触。
　　此设计结构材料易取，避免选用特殊材料带来的采购、管理等问题；结构设计简单，工艺易实现，易于制造，可以减少开发周期，在满足主机厂设计目标的情况下，满足了产品性能要求，同时也节省了成本。
　　参考文献
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　　作者简介：刘磊（1984-），男（汉族），安徽蚌埠人，学士，主要从事汽车被动安全系统零部件设计工作。
　　（作者单位：芜湖金鹏汽车部件有限公司工程部）
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