一種滿足轉向保護法規頭型試驗的轉向盤設計

劉磊 王輝 楊時虎 魯明

摘要：近年來，隨著汽車行業的蓬勃發展，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注，相關法規要求也越來越嚴格。為滿足GB 11557《防止汽車轉向機構對駕駛員傷害的規定》中法規的要求，主機廠普遍需要采用帶氣囊的轉向盤才能達到降低沖擊過程中對人體頭部的傷害。本文詳細介紹一種不帶氣囊的轉向盤設計方案來滿足法規要求。

關鍵詞：轉向保護；頭型試驗；轉向盤

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生碰撞時，汽車要在極短時間內達到停止狀態。由于轉向盤需要實現控制汽車轉向的作用，轉向盤中間的飾蓋為滿足使用過程中不變形等要素，轉向盤和飾蓋需要設計一定的強度，但為了避免人體頭部受到過大的傷害，《GB 11557防止汽車轉向機構對駕駛員傷害的規定》對轉向盤的設計給出了詳細要求。

1.法規要求簡介

根據法規《GB 11557防止汽車轉向機構對駕駛員傷害的規定》要求，生產、銷售車型不帶駕駛員安全氣囊總成（以下簡稱DAB）的轉向盤需要滿足以下要求：

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

2）、按照附錄D規定的試驗程序，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。

轉向操縱裝置的設計、構成以及安裝固定應滿足以下要求：

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

2）試驗后，轉向操縱裝置面向駕駛員側的表面不得有可能引起或增加駕駛員傷害的危險尖角、棱邊等異常現象出現。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）轉向操縱裝置的設計、構成以及安裝固定應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。

2.方向盤設計方案

設計方案在滿足客戶需求的前提下，不僅要考慮通過相關試驗驗證，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構上并非直接使用帶有DAB的內部結構，“V”型的支架結構是比較常用的設計思路，并通過不斷設計改進達到設計要求。

以常用“V”型支架方案進行驗證，當裝機器以24.1Km/h的相對速度撞擊轉向操縱機構時，結果在所有驗證點中位于轉向盤輪轂中心點加速度曲線超出標準要求，最大減速度為158.8g。可以看出簡單的鈑金結構難以滿足性能要求。

3.設計方案改進、驗證

此基礎設計方案在轉向盤輪轂中心點加速度不滿足GB 11557-2011中關于以24.1Km/h的速度沖擊轉向盤，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的規定時。對試驗后樣件進行拆解發現，處于轉向盤輪轂中心位置飾蓋的強度較弱，支架位于轉向盤輪轂中心區域無支撐，根據失效原因制定了如下改進方案，并進行模擬碰撞驗證。

首先調整“V”型支架，將支架空白區域相連，結合以加強筋增加剛度。

其次在轉向盤飾蓋背部調整加強筋數量和高度。

通過以上結構方案的體現，進一步模擬碰撞顯示結果符合法規性能要求，有效降低了碰撞過程中轉向盤對人體頭部的傷害。

4.綜述

本問介紹的轉向盤飾蓋結構是在轉向盤飾蓋內加大鈑金布置范圍，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。

加大轉向盤飾蓋上的支架面積，使得支架布置范圍完全包含轉向管柱頭部，避免轉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，可以在轉向盤骨架上增加兩個支撐結構，支撐轉向盤飾蓋上的支架，避免人體頭部與轉向管柱頭部直接接觸。

此設計結構材料易取，避免選用特殊材料帶來的采購、管理等問題；結構設計簡單，工藝易實現，易于制造，可以減少開發周期，在滿足主機廠設計目標的情況下，滿足了產品性能要求，同時也節省了成本。

參考文獻

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作者簡介：劉磊（1984-），男（漢族），安徽蚌埠人，學士，主要從事汽車被動安全系統零部件設計工作。

（作者單位：蕪湖金鵬汽車部件有限公司工程部）