于保军 于文函 刘胜岩 于丙金 朱荟霖

摘 要：安全带作为汽车被动安全装置对驾驶员和乘员的安全起着至关重要的作用，因此设计一种安全带车感性能性能的检测设备具有良好的市场前景。本研究基于国标的要求设计了卷收器夹具、织带夹具、直线运动平台和旋转平台并对其结构、原理和作用做了说明。为了保护设备，研究设计了相应织带夹具的气动缓冲装置和直线运动平台的液压缓冲装置。

关键字：安全带;紧急锁止;车感;结构设计

中图分类号：U471  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）04-89-04

前言

2015年，我国共发生交通事故187781次，死亡58022人，受伤199880人。^[1]2016年年末全国民用汽车保有量已达到19440万辆，未来数年仍将持续增长。^[2]据交管部门统计，不系安全带是交通事故死亡的主要原因之一，每10万人中约有2人因不系安全带死亡。研究数据表明，安全带在交通事故碰撞过程中平均可减少45%～73%的人员伤亡，在交通事故中，未正确佩戴安全带的乘员的危险度仅为正确佩戴安全带乘员的0.39倍^[3]，若同时配合使用安全气囊，死亡率减少63%。^[4]安全带作为汽车被动安全^[5]装置，已经有很多文献研究了卷收器的结构^[6-9]，但是很少研究者提出安全带车感和带感性能检测设备的相关设计。本研究基于国标对安全带紧急锁止的要求，设计出一套可以检测汽车安全带车感和带感的设备。

1 车感检测设备的结构设计

1.1 安全带紧急锁止性能的国标要求

从表1可知车感实验需要对卷收器进行加速度和安装角度的改变，带感实验需要对织带进行加速度的改变。本研究设计的卷收器夹具、织带夹具、电动转台、直线运动平台配合使用可以完成汽车安全带车感检测实验。

1.2 车感性能检测设备的整体结构布局

Solidworks以其功能强大和易用性等特点，已被广泛应用到机械制造行业中。设备的机械结构部分如图2所示。图中1为电动转台;2为直线运动平台;3为卷收器夹具;4为织带夹具。车感试验是把3号夹具取出并固定在左侧的1号夹具上，并将安全带卷收器固定在3号夹具上，然后将安全带的织带自由端通过动头上的转轴，水平压附于负荷传感器上，并由2号夹具夹紧。整个2号夹具固定在主框架上，试验时由计算机控制直线电机带动直线运动平台按指定加速度加速、停止。整个设备的尺寸为1500*600*1600（mm）。车感实验的运动部分设计在设备的中间偏左，固定部分设计在右手方便活动的位置。设备的主要机械结构部分布局合理、方便拆卸和安装，符合人机工程学原理。

1.3 车感性能检测设备的卷收器夹具设计

如图2所示，安全带卷收器固定安装在试件安装板上，试件安装板和U型旋转调整夹具都可以旋转达到调整卷收器安装角度的作用。固定板起着定位卷收器的作用，底板和底板支架上的孔为减重孔。支架固定时，U型旋转调整夹具可绕支架固定孔旋转，再通过支架调整孔固定;上端固定座可绕U型旋转调整夹具固定孔旋转，再通过左右调整孔固定。卷收器夹具可携带安全带卷收器，在垂直平面内进行0-90?任意旋转测试车感部件锁止性能。

1.4 电动转台结构设计

如图3所示，卷收器夹具固定在电动转台上，整个旋转平台的运动由步进电机控制。该转台可以在水平面上携带安全带卷收器进行0°、90°、180°、270°四个角度旋转，这可以试验车上各个安装位置的卷收器工况。底座固定在直线电机上可以实验不同加速度运动的工况。选用的此步进电机没有抱闸功能，所以旋转平台的左端设计了一个线拉刹车。每次车感实验调整完角度后，由PLC控制气缸，气缸收到命令后收缩拉紧闸线致使线拉刹车抱死刹车片，支撑平台得以固定。

1.5 车感性能检测设备的织带夹具设计

如图4、5所示，卷收器固定在卷收器夹具上，织带自由端绕过气缸活塞连接板并穿过膜盒式称重传感器和L 型支架之间的缝隙，最后将自由端铺平放于偏心轮与挤压底座缝隙中，转动偏心轮的手柄挤压安全带织带，产生摩擦力达到加紧效果。滑块可沿固定底座上的导轨滑动，并通过安装在其前端的缓冲气缸活塞杆回位。织带自由端通过L型支架下方的膜片式力传感器测出安全带织带张力并通过公式转化为织带的拉力。织带夹具固定底座上有四个销孔可固定在直线电机上固定实现不同加速度运动的带感实验。

2 直线运动平台和气动缓冲装置设计

如图6所示，图3的旋转电机沿着导向柱由快速夹钳固定在底板上，直线电机在计算的控制下带动平台沿着运动导轨运动，运动的加速度由加速度传感器检测并反馈给电脑。如图7所示直线运动平台的运动行程由伸出和缩回限位确定，整个平台最后由液压缓冲器实施保护。

由于缓冲汽缸的作用，安全带锁止前，车感夹具与直线电机一同动作，动头达到指定加速度时，如果安全带锁止，则汽缸伸出，实现缓冲，完成一次试验。缓冲气缸可以在车感和带感锁止时保护安全带、卷收器和夹具。

3 实验

测试开始前首先要进行联机操作，将直线电机（parker伺服驱动器控制）的两个动头运动到起始位置。在运动程序中设定动头运动的加速度、位移及判断条件等参数。在发出运动开始命令后，動头将在伺服控制下按照其指定的加速度、位移等参数完成运动。而运动过程中通过访问伺服控制器可以获得直线电机动头运动的实际速度。通过检测安装在动头上的加速度传感器数据，可以获得加速度值。通过检测安装于夹具前方的负荷传感器的数据，可以得到负荷的数值。如图9所示，本设备可以较好地完成车感实验。

4 结论

a）本研究提出的卷收器夹具和织带夹具配合使用可以完成卷收器和织带的固定、测力、缓冲等作用。

b）本研究提出的电动转台通过步进电机控制实施各种角度的改变进而改变卷收器的安装角度。

c）本研究提出的直线运动平台加速度的改变、运动的实现和停止由直线电机控制。直线运动平台上安装的加速度传感器可以实施反馈给电脑。

d）本研究提出的气动缓冲装置可以对直线电机和运动平台起到缓冲和保护作用。

参考文献

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