汽车安全带紧急锁止性能试验台的研制

杨 梅，田春艳

（1.吉林工程技术师范学院，长春130052；2.空军航空大学，长春1300220）

0 引言

安全带是汽车上一种典型的安全装置，它能有效减少事故中驾乘人员的伤亡。安全带的紧急锁止性能，是安全带技术标准中关键性能之一［1］，而安全带紧急锁止性能测试设备是检测安全带可靠性的关键设备［2］。目前国内对该设备以引进为主，自主开发研制还比较滞后。自主研制高精度、高可靠性、高自动化程度的安全带试验台是适应我国汽车业高速发展的必然要求。本文所研制的汽车安全带紧急锁止性能试验台的整体系统基于工控机（IPC）与DSP运动控制板卡的测控系统，采用直线电动机作为驱动机构，并结合PWM调速技术和模糊PID控制算法实现闭环控制。

1 试验台功能及特点

1.1 试验台功能

本安全带试验台用于检测各类汽车安全带的紧急锁止性能，可实现带感和车感两种试验。试验台适用于国标GB 14166—2003《机动车成年乘员用安全带和约束系统》［3］，美国联邦法规209号，欧标EEC指令，德国大众TL－VW470等国内外标准和法规的相应条款。试验台采用了先进的直线电机及其伺服控制器［4］，在微机控制下可以按照各种技术标准和法规设定的加速度值及其斜率自动完成对汽车安全带紧急锁止性能的检验和评价［5］。

1.2 试验台技术参数

1.2.1 加速度范围

车感分8挡即0.3g，0.45g，0.5g，0.6g，0.7g，0.8g，1.0g，1.2g；带感分6挡即 0.3g，0.8g，1.0g，1.2g，1.5g，2.0g。

1.2.2 加速度状态

加速度的重复性偏差 ≤0.01g；加速度的测量精度 ±10%F.S；加速度斜率在10g/s～100g/s范围内保证到达设定加速度时间在（25±5）ms内，加速度的最大超调量小于设定加速度值的10%。

长征期间，中国共产党通过制定有效的民族政策，争取和团结少数民族有识之士，组建革命武装和地方政权，这些革命政权具有鲜明的民族自治性质，因为在这些政权当中少数民族人民是享有选举权和被选举权的，而且强调少数民族在革命政权机关中应当占绝对或主要的领导地位，如川边藏区的甘孜博巴政府就是多德任主席，达吉、孔撒、格达任副主席，均为藏族，这样，各族人民管理自己内政的权利就充分体现了，这种做法使正受苦难煎熬的各族人民看到了希望，点燃了各族人民的革命热情，赢得了广大少数民族同胞的拥护与支持，从而使播下的革命火种在广大民族地区逐步燃烧，为推进中国革命向前发展发挥了积极作用。

1.2.3 锁止状态

系统主要由频综、发射机、收/发天线、低噪放、接收机、信号处理和数据处理显控终端等几部分组成。组成框图如图1所示。

根据国家汽车行业标准GB 14166—1993《汽车安全带性能要求和试验方法》，本试验台能检测各种类型汽车安全带的紧急锁止性能，可实现带感试验和车感试验两种。

2 试验台的机械结构与工作原理

2.1 机械结构

试验台由主机框架、工业控制计算机、伺服控制卡、直线电机及驱动器、加速度传感器、负荷传感器、气动缓冲装置、辅助连接板、手动转台及驱动器卷收器夹持装置、织带夹持压板、A/D数据采集板等构成。结构如图1所示，其中直线电机作为驱动装置，安全带总成（车感）或织带（带感）通过夹具固定于电机动子上，通过改变直线电机的运动加速度模拟实际车况下安全带的紧急锁止性能。对应不同的加速度值，锁止距离、锁止时间、织带张力可实时得到检测，并通过人机界面直观显示试验曲线及试验数据，用以判定检测结果是否满足国家相关标准。

图1 试验台结构图

2.2 工作原理

例如，在讲解《海上日出》一课的过程中，教师就可以通过多媒体的介入，来创设出教学情境，增强学生的阅读体验，使其的阅读效果得以强化。比如，教师可以先利用课前导入这一环节，以多媒体为载体，为学生播放出海上日出的小视频，引导其观看；而在这之后，教师就可以继续引导：“同学们，你们看过日出吗？”“日出是什么样子的呢？”“你觉得在作者的笔下海上日出会有什么不同呢？”让学生进行分析、阐述，使其畅所欲言，并自然而然的投入到课文阅读中，达到强化其阅读效果的目的。在此模式下，可以彰显学生的主体地位，并深化其的阅读体验等，使教学效果事半功倍。

带感试验使用右侧的动头8。试验前，先将安全带卷收器固定在转角夹具13上，通过其上的导轮，将安全带水平压附于负荷传感器11上，并由带感波纹夹具10夹紧，整个夹具体固定于直线导轨12上，在夹具座尾端串联一缓冲汽缸9，上述总成固定于8号动头上。试验开始后，电机带动夹具按给定加速度运动，在安全带锁止前，在缓冲气缸9的作用下，安全带也按给定加速度伸出。当安全带锁止后，气缸伸出，实现缓冲，完成一次试验。

本试验台测控系统I/O点数少，控制现场数据量不大，采用研祥IPC－810工控机和PARKER1505控制卡，二者通过研华PCI－1716L采集卡实现数据通讯，织带张力负荷值经A/D卡放大后实现模拟量和数字量的转换。图2为测控原理图。

1.3 文献质量评价 由两名研究者根据Newcastle-Ottawa Scale（NOS）评价量表对纳入研究独立进行质量评价，采用星级系统的半量化原则，满分为9分，≥7分为高质量研究［10］。如有分歧，请第三位研究者重新评价。

测试开始前首先要进行联机操作，将直线电机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，动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。通过安装在动头上的加速度传感器，可以获得加速度值。通过安装于夹具前方的负荷传感器，可以得到负荷的数值。

车感测试中方向的改变通过手动转台6来实现，该转台可以在水平面上携带安全带卷收器5进行0°、90°、180°、270°4个角度旋转；带感测试中，转角夹具13可携带安全带卷收器14，在垂直平面内进行0°～90°任意旋转。

3 试验台测控系统组成

3.1 硬件系统

车感试验使用左侧的动头7（图1示所位置）。动头上安装手动转台6。试验前，先将安全带卷收器固定在手动转台6上，然后将安全带的拉出端通过动头上的转轴，水平压附于负荷传感器3上，并由车感波纹夹具2夹紧，整个波纹夹具体固定于直线导轨4上，在夹具座尾端串联一缓冲汽缸1。试验时由计算机控制直线电机带动动头7按指定加速度运动，由于缓冲汽缸1的作用，安全带锁止前，车感夹具5与直线电机一同动作，动头7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。

双动头行程为300mm，可按用户要求设定各自行程，锁止距离测量精度±0.01mm。锁止状态由负荷传感器判定，负荷传感器量程≤200N，精度为0.5%。

图2 测控系统原理图

谢瑞天有些慌张，用一种很复杂的眼神望着我。男人就是这样，喜欢在外面搞些小动作，却又担心家里搞出什么大动作。

直线电机及驱动器选用进口美国PARKER产品，该驱动器具有驱动功率大、安全、可靠的特点。为了提高直线电机的响应速度，有效抑制系统的扰动，采用模糊PID控制算法，经试验：其效果比经典PID控制更好，降低了超调量，有较强的鲁棒性和自适应性，提高了检测精度与检测效率。

3.2 软件系统

测控软件系统采用VC＋＋6.0软件编制的人机交互界面。该软件系统具有专用性强、实时性高的特点，可以直观地观察加速度—时间、负荷—时间、位移—时间等测试曲线及各项测量参数的实时值，还可以实现历史数据重现，随机调用某一次测试结果，实现数据转换，可以用图线形式和Excel数据形式输出试验结果。

4 试验情况介绍

按照该型号安全带使用性能要求：车感加速度小于等于0.3g时，安全带无锁止；带感加速度小于等于1.0g时，安全带无锁止。即安全带加速度临界值分别是车感0.3g、带感1.0g。加速度超过临界值时安全带应是锁止的。以下是安全带紧急锁止性能测试过程的截屏图，其中图3是车感0.3g时的加速度显示，此时加速度保持0.3g，负荷值不上升，安全带无锁止；图4是车感0.45g时的加速度显示，此时在110ms处，负荷值陡然上升，安全带锁止；图5是车感曲线0.7g时的加速度示值，此时在90ms处，负荷值上升，安全带锁止；图6是带感曲线1g时的加速度示值，加速度保持1.0g，负荷值不上升，安全带无锁止；图7是带感曲线2.0g时的加速度示值，此时，在50ms处，负荷值陡然上升，安全带锁止。

图3 车感0.3g时的加速度显示

图4 车感0.45g时的加速度显示

图5 车感曲线0.7g时的加速度显示

图6 带感曲线1.0g时的加速度显示

图7 带感曲线2.0g时的加速度显示

上述试验检测经多个样品的抽样试验结果一致，曲线重复性高，满足性能使用要求。

5 结语

本文研制的安全带紧急锁止性能试验台，可进行各种型号汽车安全带包括带感式、车感式和复合敏感式紧急锁止性能测试。其特点是：加速度由微机闭环伺服控制，测控精度高，重复性良好；对复合敏感式安全带首次实现一次装卡自动完成全部检测；对带感式和车感式安全带具有灵活的多功能组合检测。该试验台具有美观、友好、快捷，方便的人机对话测控界面，可完成全自动或组合检测，实时显示加速度曲线，加速度峰值及其斜率，锁止状态和距离等参数，可存储打印输出标准检测报告。经实际使用验证该试验台性能达到相应国家标准，在实际中有较好的应用价值。目前该试验台已经在一汽技术中心车身部使用了3年，运行良好、工作可靠，成为该中心承担各类汽车安全带的送检平台。

［1］孙永芳.TD2001型汽车安全带紧急锁止性能试验台［J］.天津汽车，2002（4）：8－10.

［2］赵晓昱，邢彦锋，吴铮.基于ADAMS的汽车安全带卷收器锁止性能的研究［J］.机械设计与制造，2010（12）：220－221.

［3］GB 14166—2003，机动车成年乘员用安全带和约束系统［S］.

［4］陈伯时.电力拖动自动控制系统：运动控制系统［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［5］葛如海，刘志强，陈晓东.汽车安全工程［M］.北京：化学工业出版社，2005.