副駕駛員氣囊風擋沖擊力測試工裝和方法研究

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

在一些新項目的開發(fā)中，偶爾會出現(xiàn)副駕駛員氣囊（PAB）充氣時其氣袋擊碎風擋的現(xiàn)象。對此，一般的應對方法是調(diào)整PAB氣袋的折疊方案[1]，并重復驗證，直到不再出現(xiàn)擊碎風擋的現(xiàn)象為止。但是，氣袋擊碎風擋存在一定的概率性，如果在方案驗證過程中全部以真實風擋試驗結(jié)果的概率統(tǒng)計數(shù)來判斷方案的優(yōu)劣，勢必需要大量的試驗，成本很高。本文旨在設(shè)計一種能模擬測試PAB氣袋對風擋沖擊力的工裝及方法，并對工裝的可靠性進行研究，最后結(jié)合實際項目進行校驗。

1 風擋沖擊力測試工裝的設(shè)計

本文以常規(guī)的PAB靜態(tài)點爆工裝為基礎(chǔ)，在其風擋模擬板中間部分，對應于氣袋沖擊區(qū)開一個長方形的孔，相應地嵌入一列共4塊金屬測力板。每塊金屬測力板背部左右兩端各設(shè)置有一個力傳感器，并通過力傳感器固定到風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)。當安裝在測試工裝內(nèi)的PAB被點爆時，氣袋拍打到風擋模擬板及金屬測力板上，金屬測力板背后的力傳感器即可探測并記錄金屬測力板上受到的沖擊力，并匯總到電腦系統(tǒng)中，形成一條時間/力值的曲線。以此方法，即形成了模擬測量風擋沖擊力的工裝及系統(tǒng)。

風擋沖擊力測試工裝如圖1所示。

圖1 風擋沖擊力測試工裝示意圖

本工裝設(shè)置有8個力傳感器，每次試驗可采集8個數(shù)據(jù)。不管是這8個數(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擋上受到的真實沖擊力。

本文的思路是研究實驗數(shù)據(jù)與真實的風擋受力（風擋破裂風險）之間的規(guī)律，從而能夠使用簡易經(jīng)濟的試驗方法來推測實際項目的風擋受力狀況和破裂風險。

2 風擋沖擊力測試工裝及方法的重復性研究

在采信本文所測得的數(shù)據(jù)之前，首先需要確認該測試系統(tǒng)的線性、偏倚、穩(wěn)定性、重復性和再現(xiàn)性[2]。因為本文的主旨在于橫向?qū)Ρ炔煌O(shè)計方案的優(yōu)劣，因此略過線性、偏倚和穩(wěn)定性的研究，重點研究重復性和再現(xiàn)性。另外，由于本測量系統(tǒng)的測試數(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擊按鈕的操作，因此本測量系統(tǒng)只做重復性分析。

本文選取X1 PAB和FE PAB來開展重復性分析。其中X1 PAB的安裝角度89°，PAB到風擋距離小，且在開發(fā)過程中曾發(fā)生過氣袋擊碎風擋的現(xiàn)象。作者將該項目的風擋沖擊力測試數(shù)據(jù)定義為風擋沖擊力的上極限規(guī)格。而FE PAB的安裝角度和風擋距離比較適中，作為重復性試驗樣本。選取1個批次的X1 PAB共4件，3個批次的FE PAB共12件，在上述的風擋沖擊力測試工裝上進行測試。因為每個傳感器上獲得的數(shù)據(jù)是一條時間/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。

試驗結(jié)果如下：

表1 X1 PAB和FE PAB在設(shè)計工裝上測得的風擋沖擊力“合力”數(shù)據(jù)

從原始試驗數(shù)據(jù)可見，單個力傳感器上的力值數(shù)據(jù)變差較大，可用度不高。相對的，8個力傳感器的“合力”變差較小，且從原理上也與風擋的真實受力存在高相關(guān)性，可以嘗試用于分析。需說明，因為每個力傳感器測得的曲線峰值不在同一時刻，因此8條曲線累加之后的峰值，并不等于8個峰值的算術(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測得的風擋沖擊“合力”最大值為3009N。在本文中作者將風擋沖擊力的上極限規(guī)格定義為試驗最大值加10%，即3300N。

使用Minitab軟件對FE PAB測得的風擋沖擊“合力”數(shù)據(jù)進行分析。分析時，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)計算，該測量系統(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，該測量系統(tǒng)不可用。

為此，作者對測試工裝進行了改進，主要在兩點：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力板之間及測力板與風擋模擬板之間的間隙。改進后重新按上述方法，用3個批次共12件FE PAB進行重復性分析。試驗結(jié)果如下：

重復前述計算，改進后的測量系統(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，該測量系統(tǒng)仍然不可用。但作者結(jié)合工程經(jīng)驗判斷，該現(xiàn)象的主要原因在于上述試驗為破壞性試驗，無法真正按理論正確方法進行重復性分析。同時，以本文的研究條件，該測量系統(tǒng)繼續(xù)改進的空間有限，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在改進工裝上測得的風擋沖擊力“合力”數(shù)據(jù)

3 風擋沖擊力測試工裝及方法的應用校驗

新項目B8 PAB的安裝角度為87°，PAB到風擋距離比較小，在客戶處做帶風擋的高溫點爆試驗時偶爾發(fā)生風擋被擊碎的現(xiàn)象。工程師先后設(shè)計了5個不同的氣袋折疊改進方案，加上原始設(shè)計方案，共6個方案，均在本文改進后的風擋沖擊力測試工裝上進行對比試驗，每種方案測試一個批次4個樣件。測試數(shù)據(jù)如下：

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

用Minitab軟件分析數(shù)據(jù)。改進方案3的“合力”平均值比原始方案高，不可用。改進方案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，最終選擇改進方案 5作為整改措施。

采取改進方案5的措施后，后續(xù)客戶處再做帶風擋的高溫點爆試驗，沒有出現(xiàn)風擋被擊碎的現(xiàn)象，改進措施達到了預期目標。

4 總結(jié)

本文設(shè)計并改進了一種 PAB風擋沖擊力測試工裝及方法。以理論方法分析，該測量系統(tǒng)的重復性不高，不可用。但從實踐角度，該測量系統(tǒng)對于PAB的不同設(shè)計方案對風擋沖擊力的大小有一定的辨識度，且在 B8項目中實際起到了對比不同方案優(yōu)劣的作用。相對于用真實風擋重復試驗測試風擋的破碎概率而言，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)人員進一步深入研究的基礎(chǔ)。

[1] 馬春生.基于提高乘員保護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.測量系統(tǒng)分析在制造業(yè)中的實際應用.電源技術(shù),2009,Vol.33 (11):1022-1025.