倪丹

（德州學(xué)院汽車工程學(xué)院,山東 德州 253023）

側(cè)面簾式安全氣囊的優(yōu)化設(shè)計(jì)

倪丹

（德州學(xué)院汽車工程學(xué)院,山東 德州 253023）

側(cè)面簾式安全氣囊在汽車碰撞事故中發(fā)揮著保護(hù)人體頭部,避免或減輕對(duì)人體傷害的作用,如何最優(yōu)的發(fā)揮側(cè)面簾式安全氣囊的保護(hù)功能,是設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文通過(guò)真車模型以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)側(cè)面簾式安全氣囊的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了分析。本研究以轎車側(cè)面簾式氣囊仿真實(shí)驗(yàn)以及氣囊實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),對(duì)側(cè)面簾式氣囊的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，以上研究結(jié)論達(dá)到了安全氣囊的優(yōu)化目的，通過(guò)實(shí)驗(yàn)計(jì)算得到證明。

簾式氣囊；側(cè)面碰撞；優(yōu)化參數(shù)；安全

1 前言

1.1 本文研究背景及意義

隨著近些年我國(guó)交通事故頻發(fā),給人們帶來(lái)了無(wú)法彌補(bǔ)的傷害。因此車輛安全越來(lái)越受到廣大社會(huì)群眾的重視。汽車安全分為主動(dòng)安全和被動(dòng)安全：主動(dòng)安全是汽車發(fā)生事故提前預(yù)警的能力；被動(dòng)安全是汽車發(fā)生事故后果的減輕能力。而安全氣囊則是汽車被動(dòng)安全中重要的一員。隨著人們對(duì)汽車安全性能要求的提高,各汽車生產(chǎn)商也隨之提高汽車安全系數(shù),以提高品牌知名度。據(jù)調(diào)查,在交通事故類型中,碰撞事故發(fā)生比率最高,其中側(cè)面碰撞占到30%以上。我國(guó)2010年道路交通事故統(tǒng)計(jì)年報(bào)總匯事故形態(tài)——四項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中顯示,如表1-1所示。

碰撞類事故形態(tài)達(dá)72.26%。由表1中數(shù)據(jù)顯示,2010年我國(guó)交通事故中碰撞事故發(fā)生頻率最高,且側(cè)面碰撞高于正面碰撞和尾隨碰撞之和。側(cè)面碰撞死亡人數(shù)僅次于正面碰撞,直接財(cái)產(chǎn)損失也最高。

汽車側(cè)面簾式安全氣囊在中國(guó)的應(yīng)用并不廣泛,一般只裝在中高檔車上。在發(fā)生側(cè)面碰撞事故時(shí),頭部、面部、頸部等部位受到的傷害比例較高。據(jù)統(tǒng)計(jì),這三個(gè)部位實(shí)際受傷比率達(dá)到75.5%,尤其是頭部,對(duì)人體產(chǎn)生致命的傷害的比率達(dá)到60.5%。側(cè)面簾式安全氣囊可在汽車受到側(cè)面碰撞時(shí),將設(shè)置在車頂側(cè)面的全氣囊瞬間膨脹,保護(hù)乘員安全,減輕對(duì)乘員頭部、面部受到汽車支架的硬性傷害。側(cè)面玻璃沖擊的同時(shí),還可抑制頸部的過(guò)度扭曲,減輕頭部受到的傷害。氣囊被動(dòng)安全作用在交通事故中起到了有效的保護(hù)作用,無(wú)論是駕駛員和乘員氣囊還是側(cè)面簾式安全氣囊,幾乎成為買車一族的標(biāo)配要求。

1.2 側(cè)面簾式氣囊國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

汽車安全氣囊系統(tǒng),簡(jiǎn)稱 SRS（Supplement Restraint System）,側(cè)面簾式氣囊簡(jiǎn)稱IC(Inflatab Curtain),也被成為CAB（Curtain Airbag）。SRS是汽車被動(dòng)安全技術(shù)中技術(shù)含量較高的產(chǎn)品之一,保護(hù)效果已經(jīng)被世人普遍認(rèn)識(shí)。SRS最早出現(xiàn)在美國(guó),1958年出現(xiàn)安全氣囊的第一個(gè)專利。20世紀(jì)80年代后期,一些汽車的生產(chǎn)廠家開(kāi)始逐步安裝安全氣囊。到20世紀(jì)90年代是安全氣囊的蓬勃發(fā)展時(shí)期。我國(guó)從1991年底開(kāi)始研究汽車安全氣囊,并于1992年9月研制出了汽車安全氣囊的樣品且申請(qǐng)了國(guó)家專利。安全氣囊在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家達(dá)到快速的普及。瑞典的沃爾沃側(cè)撞防護(hù)體統(tǒng)于1991年設(shè)計(jì)了第三代產(chǎn)品IC側(cè)撞防護(hù)氣簾,并在1998年將其引入到生產(chǎn)的某款車型當(dāng)中。到1995年,美國(guó)汽車安裝SRS比例達(dá)到60%,并規(guī)定1997年之后生產(chǎn)的小型轎車需要安裝側(cè)面簾式安全氣囊。

1.3 側(cè)面氣囊相關(guān)法規(guī)

汽車安全法規(guī)分為兩類：①由國(guó)家頒布的汽車安全技術(shù)法規(guī)：如美國(guó)的 FMVSS(Federal Mortor Vehicle Satety Standards),每一輛被出售的汽車必須滿足這項(xiàng)規(guī)定。②汽車安全星級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),如新車評(píng)估組織NCAP（New Car Assessment Program）的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。向消費(fèi)者提供了每一輛車型相對(duì)安全的水平等級(jí)。歐洲于1991年頒布了ECE《側(cè)面碰撞保護(hù)》草案,1995年頒布了正式的ECE R95側(cè)面碰撞法規(guī)。我國(guó)的汽車碰撞安全性研究比歐、美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家落后。從我國(guó)發(fā)展安全氣囊,經(jīng)過(guò)多年的迅速發(fā)展,我國(guó)于2006年頒布實(shí)施了國(guó)標(biāo)GB20071-2006《汽車側(cè)面碰撞的成員保護(hù)》,此法規(guī)推動(dòng)了簾式氣囊的發(fā)展。

1.4 側(cè)面簾式氣囊存在的問(wèn)題

側(cè)面簾式氣囊經(jīng)折疊后安裝在車輛側(cè)面頂篷橫梁和內(nèi)飾板之間,發(fā)生碰撞事故時(shí),IC能夠有效地保護(hù)乘員頭部和頸部,降低傷害,無(wú)論從結(jié)構(gòu)還是保護(hù)功能上都有其自身的特點(diǎn)。由于側(cè)面碰撞比正面碰撞的時(shí)間歷程要短的多,且簾式氣囊的覆蓋面積也比一般氣囊大,因此對(duì)側(cè)面簾式氣囊的傳感器系統(tǒng)和氣體發(fā)生器系統(tǒng)提出了更高的要求。在具體的IC設(shè)計(jì)中,由于簾式氣囊的設(shè)計(jì)參數(shù)眾多,在相關(guān)參數(shù)優(yōu)化時(shí),定量分析耗時(shí)耗力,優(yōu)化設(shè)計(jì)分析有限。文章基于現(xiàn)有IC存在的問(wèn)題,研究?jī)?nèi)容如下：

（1）研究簾式氣囊模塊的構(gòu)成及原理；

（2）以相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)例為依據(jù)研究簾式氣囊充氣過(guò)程,及乘員與其接觸過(guò)程；

（3）對(duì)簾式氣囊模塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)詳細(xì)的分析研究；（4）對(duì)簾式氣囊相關(guān)部件參數(shù)的優(yōu)化選擇。

表1 事故形態(tài)-四項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2 汽車側(cè)面簾式安全氣囊的工作原理和結(jié)構(gòu)

2.1 側(cè)面簾式安全氣囊簡(jiǎn)介

簾式安全氣囊又被稱作IC(Inflatable Curtain),也叫頭部側(cè)氣簾（Curtain Airbag）。簾氣囊主要組成有：氣體發(fā)生器、簾式氣袋、導(dǎo)管、發(fā)生器支架等。由于車輛在發(fā)生碰撞時(shí)氣囊系統(tǒng)開(kāi)始工作,氣囊要在成員頭部與車窗之間彈出,防止乘員頭部與汽車側(cè)面部位發(fā)生碰撞,所以簾式安全氣囊一般安裝在車輛側(cè)面頂棚的橫梁上。汽車側(cè)碰時(shí),對(duì)乘員的傷害主要有以下3個(gè)方面：①巨大的側(cè)向沖擊力,是直接導(dǎo)致乘員受到傷害的力量；②車輛內(nèi)飾件的損壞飛射，車窗玻璃的破碎,車窗、車體結(jié)構(gòu)變型對(duì)乘員造成的威脅；③車身翻滾導(dǎo)致乘員撞擊車內(nèi)堅(jiān)硬物體導(dǎo)致的傷害。

簾式氣囊的氣袋起到直接保護(hù)乘員的作用,氣袋可分為功能區(qū)和非功能區(qū)。功能區(qū)域直接與乘員頭部接觸,是簾式氣囊膨脹重啟的區(qū)域,在碰撞過(guò)程中緩沖和吸能,降低對(duì)頭部的傷害值。非功能區(qū)域與拉帶聯(lián)合作用,為非充氣區(qū)域,保證氣囊展開(kāi)時(shí)的穩(wěn)定性,防止側(cè)碰時(shí)乘員頭部或上身伸到車窗外。非功能區(qū)域的設(shè)計(jì)可減少發(fā)生側(cè)碰時(shí)導(dǎo)致乘員射出窗外的情況發(fā)生,乘員被射出窗外所受的傷害比在車內(nèi)所受傷害大三倍圖。高中檔轎車車內(nèi)的簾式氣囊展開(kāi)如圖1所示。

圖1 簾式安全親囊展開(kāi)圖

2.2 側(cè)面簾式安全氣囊工作原理

不同氣囊對(duì)乘員保護(hù)的側(cè)重點(diǎn)不同,但其工作原理基本是一樣的,安全氣囊系統(tǒng)控制系統(tǒng)和氣囊模塊?？刂葡到y(tǒng)主要負(fù)責(zé)采集信號(hào)和發(fā)出指令,由碰撞傳感器（SIS）和電子控制單元（ECU）組成。汽車在行駛時(shí),由于速度的不斷變化,加速度傳感器會(huì)不斷地向控制器發(fā)送加速度的信息,控制器會(huì)根據(jù)接受的信息對(duì)是否發(fā)生碰撞進(jìn)行判定,確定其是否超過(guò)預(yù)定值,如果被判定為發(fā)生碰撞,此時(shí)控制器就會(huì)對(duì)氣體發(fā)生器發(fā)出指令,氣體發(fā)生器發(fā)生化學(xué)反應(yīng)且產(chǎn)生大量氣體,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)氣袋沖破車中內(nèi)飾物,氣袋被氣體充滿,隔離乘員與車體,完成簾式氣囊的工作。還有另外一種氣囊工作方法：由傳感器直接對(duì)氣體發(fā)生器發(fā)出點(diǎn)火電流,爆管在接收到點(diǎn)火電流后，激發(fā)產(chǎn)生大量氣體,發(fā)生器產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成大量氣體充入氣囊氣袋中,在發(fā)生二次碰撞前沖破內(nèi)飾物,氣袋充滿氣體,達(dá)到保護(hù)乘員的作用，原理如圖2所示。

圖2 安全氣囊系統(tǒng)組成

發(fā)生側(cè)碰時(shí),由于乘員和車側(cè)面的擠壓空間特別小,空間有限,所以對(duì)側(cè)面簾式安全氣囊的展開(kāi)感應(yīng)、充氣、展開(kāi)時(shí)間等具有以下3點(diǎn)要求：①側(cè)面碰撞時(shí),側(cè)碰感應(yīng)系統(tǒng)6～13ms內(nèi)區(qū)分出碰撞情況；氣囊氣袋展開(kāi)在45ms之內(nèi)；②簾式安全氣囊所需覆蓋面積大,能夠覆蓋多扇側(cè)面車窗；③對(duì)氣體發(fā)生器要求較高,由于簾式氣囊面積大,所需氣體多,充氣過(guò)程要求氣體分配均勻,不能產(chǎn)生應(yīng)力集中。為了滿足側(cè)面簾式氣囊的特殊設(shè)計(jì)要求,通常會(huì)在氣袋的頂部放置一個(gè)氣體輸送管,能夠使簾式氣囊更好地完成充氣過(guò)程,這是與一般氣囊的的不同之處。

2.3 側(cè)面簾式安全氣囊的結(jié)構(gòu)

（1）控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)主要包括電子控制單元（ECU）和碰撞傳感器（SIS）。電子控制單元負(fù)責(zé)處理由碰撞傳感器實(shí)時(shí)發(fā)過(guò)來(lái)的信息,對(duì)信息進(jìn)行分析和檢測(cè)并判斷是否發(fā)生碰撞,并及時(shí)發(fā)送點(diǎn)火指令。電子控制單元核心元器件如圖3所示。

圖3 電子控制器（ECU）內(nèi)部核心元器件圖

碰撞傳感器根據(jù)其功能的不同可分為：觸發(fā)碰撞傳感器,實(shí)時(shí)收集加速度變化量的信號(hào),并給電子控制單元實(shí)時(shí)傳送碰撞信號(hào)；防護(hù)碰撞傳感器,通常與觸發(fā)碰撞傳感器結(jié)合使用,主要是為了防止車內(nèi)安全氣囊誤爆。常見(jiàn)的碰撞傳感器分類，如表2所示。

表2 碰撞傳感器的分類

（2）簾式安全氣囊模塊。①氣體發(fā)生器。氣體發(fā)生器是整個(gè)簾式安全氣囊模塊的核心部件。其特點(diǎn)是性能穩(wěn)定、耐久性好、環(huán)保、工作可靠。由于對(duì)簾式氣囊要求比較高,對(duì)發(fā)生器產(chǎn)生氣體的時(shí)間控制也非常嚴(yán)格，產(chǎn)生的氣體主要以對(duì)人體無(wú)害的二氧化碳為主,其中也包括：一氧化碳、二氧化碳、氨氣和氧化氮等。一般發(fā)生器內(nèi)部都有點(diǎn)火器,當(dāng)收到電子控制器的點(diǎn)火信號(hào)后,打開(kāi)混合氣體存儲(chǔ)室,氣體通過(guò)排氣孔,將大量氣體大量充入氣袋,將其充滿。常見(jiàn)一般氣體發(fā)生器，如下圖4所示。②簾式氣袋。它是一種高強(qiáng)度尼龍布，外面涂有硅涂層,通過(guò)特殊的技術(shù)進(jìn)行縫制而成的承載氣體的簾式袋子。氣袋的材料具有一定的柔韌性,充分考慮到了氣袋的物理性能,對(duì)氣袋的縫制和材料選擇要求非常高,否則會(huì)導(dǎo)致氣袋縫線口開(kāi)合或氣袋撕裂等問(wèn)題。③氣袋的折疊。氣袋除了本身的質(zhì)量一定要符合要求外,由于車內(nèi)空間有限,不但要求美觀，而且要實(shí)用,所以對(duì)于氣袋的折疊也是非常重要的。要考慮到氣囊展開(kāi)的方向、角度、平穩(wěn)性及所占空間,這些都直接影響到安全氣囊工作的效果。若氣袋的折疊方式不正確,可能會(huì)導(dǎo)致充氣不充分,時(shí)間不符合規(guī)定條件。所以氣袋的折疊也根據(jù)其整車的實(shí)際條件,有其合理的折疊方式。

圖4 氣體發(fā)生器示意圖

3 側(cè)面簾式氣囊的參數(shù)優(yōu)化選擇

3.1 側(cè)面簾式氣囊袋的參數(shù)優(yōu)化

（1）氣袋的面積選擇。側(cè)面簾式氣囊所需覆蓋面積大,氣袋設(shè)計(jì)設(shè)有前部吸能區(qū)——非吸能區(qū)——后部吸能區(qū),既可以保護(hù)前排駕乘人員,也可以保護(hù)后排乘員的安全。如圖5所示，a、b、c、d、e、h均要大于20mm才能達(dá)到保護(hù)各類乘員的保護(hù)效果。也正因此,氣袋的覆蓋面積較大,所以對(duì)于氣袋充氣,各個(gè)區(qū)域的氣體分配則是被考慮到的重點(diǎn),要求在充氣過(guò)程中不能產(chǎn)生應(yīng)力集中。不同高度人包括后排座位可坐的6歲兒童，簾式氣囊所需覆蓋的面積如圖5所示。

圖5 簾式氣囊覆蓋面積示意圖

側(cè)簾氣囊的面積設(shè)計(jì)上要根據(jù)車型大小，以及考慮不同人高度的情況下，保證人頭部輪廓邊緣與側(cè)簾氣囊袋各邊緣留有20mm的距離，才能達(dá)到一個(gè)面積標(biāo)準(zhǔn)值。如果設(shè)計(jì)面積過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致充氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；面積過(guò)小，則達(dá)不到保護(hù)效果。

（2）氣袋的厚度設(shè)計(jì)。對(duì)于氣袋充滿時(shí)的厚度,可以根據(jù)在實(shí)驗(yàn)中假人的移位來(lái)計(jì)算出合理的氣袋厚度,以保證氣囊達(dá)到理想的保護(hù)效果,使傷害值達(dá)到最低。

圖6 氣袋厚度設(shè)計(jì)示意圖

圖6所示為理想情況下，車發(fā)生碰撞，假人產(chǎn)生位移與氣囊接觸時(shí)的平面簡(jiǎn)圖，其中各參數(shù)及公式如下：

L為碰撞前假人頭部到柱的距離,假設(shè)一般人頭部直徑154mm；Lo為碰撞前假人頭部（臨窗側(cè)）到柱；S為開(kāi)始碰撞到氣袋充滿時(shí)間；S1為開(kāi)始碰撞到開(kāi)始點(diǎn)火；S2—為氣袋充滿時(shí)間。

L1為開(kāi)始碰撞到氣袋充滿頭部位移距離；

l1為開(kāi)始碰撞到氣袋充滿時(shí)刻頭部到柱距離；

由圖可知,氣袋的最大侵入位移不能超過(guò)l1；最大加速度為48g。得出力值：所以最大力不應(yīng)超過(guò)3202N。

常見(jiàn)的氣袋厚度的選擇有以下4種，如表3所示：

表3 四種氣袋厚度

由以上3點(diǎn)可以總結(jié)，氣袋厚度為160mm時(shí),氣囊展開(kāi)保護(hù)成員效果最佳。所以在氣袋厚度的選擇上首先要確保其最大應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)3202N，且最佳厚度為160mm。

（3）氣袋縫制線的選擇。氣袋的縫制線要求有一定的拉伸回彈性能,能夠抵制氣體發(fā)生器產(chǎn)生的熱,具有抗熱性和耐摩擦的性能,在縫制中要求最少的跳針、跳線和斷線情況?？p紉線的正確選取,在氣囊設(shè)計(jì)中也是必不可少的重要環(huán)節(jié)。一般采用黃色尼龍線、綠色尼龍線、藍(lán)色尼龍線、粉色尼龍線,這四種縫紉線能夠達(dá)到規(guī)定的氣囊氣袋縫紉標(biāo)準(zhǔn),其性能如表4所示。

表4 四種縫紉線性能

（4）氣袋用的布料。氣袋的材料選擇，需要滿足以下7點(diǎn)進(jìn)行選擇。①能承受氣體發(fā)生器產(chǎn)生的熱能；②能阻止灼熱粒子擊穿布料；③能使氣袋方便順利從模塊中沖出和展開(kāi)；④能夠阻止乘員大幅度運(yùn)動(dòng)；⑤能夠吸收撞擊產(chǎn)生的能量；⑥可壓縮折疊保存15年在-35℃到到+85℃的溫度條件下；⑦可以方便的折疊合適的體積并放入氣囊模塊中。

如表5所示，根據(jù)上述要求,選擇氣袋材料時(shí)需要注意的材料性能如下：

（1）斷裂強(qiáng)度：不同車型所選擇的氣袋材料規(guī)格不同,布料規(guī)格越高,斷裂強(qiáng)度越大,需根據(jù)自身設(shè)計(jì)需求,考慮到自身斷裂強(qiáng)度和產(chǎn)品成本，一般車輛會(huì)選擇使用470dtex規(guī)格的布料。

表5 不同規(guī)格氣袋面斷裂強(qiáng)度

（2）撕裂強(qiáng)度：氣袋的撕裂性能和布料的拉伸強(qiáng)度、與縫制線間的摩擦以及織物的自身結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。粗紗織的布料撕裂強(qiáng)烈度較高；紗線密度越大,布料撕裂強(qiáng)度越差；紗線間摩擦越小,布料撕裂強(qiáng)度越大。

（3）縫接強(qiáng)度：布料縫接強(qiáng)度會(huì)影響氣袋展開(kāi)效果,織物自身結(jié)構(gòu)和紗線間的摩擦影響著氣袋的縫接強(qiáng)度。氣袋密度越大,縫接強(qiáng)度越強(qiáng)。一般簾式氣囊的氣袋布有一層輕薄的硅涂層,這種硅膠可減少摩擦,變得滑潤(rùn),所以此時(shí)的縫接強(qiáng)力比非涂層的要小，所以選擇有硅涂層的布料性能更好。

（4）氣密性：氣密性不夠,會(huì)使氣袋內(nèi)的氣壓不夠、泄氣過(guò)快等問(wèn)題。一般氣袋分為有硅涂層的尼龍布和無(wú)涂層的尼龍布,就氣密性而言,選擇有硅涂層的尼龍布?xì)獯鼩饷苄愿鼜?qiáng)。

（5）老化性能：應(yīng)選擇氣袋可以在-35℃到+85℃的條件下，折疊壓縮保存15年的氣袋布料。

（6）阻燃性：發(fā)生器在工作時(shí)可能產(chǎn)生火花,所以要選擇具有阻燃性的布料。

綜上所述，可選擇可隆的硅涂層尼龍布，其各參數(shù)符合以上標(biāo)準(zhǔn)，參數(shù)如表6所示。

3.2 側(cè)面簾式氣囊折疊方式的選擇

氣囊的折疊方式的選擇,對(duì)于側(cè)面簾式安全氣囊的展開(kāi)過(guò)程尤為重要,折疊后體積的大小和折疊方式,影響在車體內(nèi)的安裝。一般比較好的折疊方式可以使安全氣囊在合理的時(shí)間內(nèi)平順的打開(kāi),不被車體內(nèi)飾件所干擾,同時(shí)正確的折疊方法可以使氣囊體積更小,更容易安裝于車內(nèi)而不會(huì)影響到車內(nèi)的美觀，更重要的是，好的折疊方法可以有效地達(dá)到保護(hù)車內(nèi)乘員的效果。側(cè)面簾式安全氣囊的充氣過(guò)程需要20ms～40ms,氣囊展開(kāi)的瞬間會(huì)釋放大量的能量,能夠產(chǎn)生9000kN的沖擊力,氣囊邊緣展開(kāi)速度可以達(dá)到192km/h～320km/h。簾式安全氣囊的折疊方式有很多種,其中比較常見(jiàn)的是卷入式和對(duì)折式。兩種折疊方式都有各自的優(yōu)勢(shì)，折疊方法如圖7（卷入式）、圖8對(duì)折式）所示。

圖7 卷入式圖

圖8 對(duì)折式圖

表6 硅涂層尼龍性能結(jié)果

這兩種折疊方式有各自的優(yōu)缺點(diǎn)：①卷入式折疊方法,展開(kāi)式阻力比較大,不易展開(kāi),但是方向性很強(qiáng),比較穩(wěn)定,容易控制。②對(duì)折式折疊方法,由于氣囊反復(fù)折疊,阻力比較小,容易展開(kāi),方向性也比較容易控制。簾式安全氣囊的折疊方法中有時(shí)候也會(huì)選擇對(duì)折和卷入同時(shí)使用。氣囊的不同折疊方法和相關(guān)展開(kāi)數(shù)據(jù)如表6所示

由表6看出,5號(hào)的折疊方式效果最好,展開(kāi)方向向下,利用空間小,符合側(cè)面簾式氣囊有限空間的條件,且展開(kāi)過(guò)程平穩(wěn)。但是該表數(shù)據(jù)是在未安裝在車體內(nèi)的氣囊在靜態(tài)起爆下的數(shù)據(jù),當(dāng)氣囊安裝在車內(nèi)時(shí),氣囊的相關(guān)特性會(huì)有所改變。

表7說(shuō)明同樣是5號(hào)數(shù)據(jù)折疊方式更好。綜合兩組數(shù)據(jù),無(wú)論是在靜態(tài)起爆條件下還是撞車使用條件下，5號(hào)折疊方式展開(kāi)非常平穩(wěn),且方向性較強(qiáng),符合側(cè)面簾式安全氣囊的展開(kāi)條件,展開(kāi)時(shí)間較快且充滿時(shí)刻較早,最終得出5號(hào)折疊是最優(yōu)方案。

3.3 側(cè)面簾式氣囊導(dǎo)氣管的選擇

由于側(cè)面簾式氣囊與其他普通氣囊不同,它的覆蓋面積大,氣體發(fā)生器產(chǎn)生的氣體壓力無(wú)法準(zhǔn)確均勻的將氣體傳送到各個(gè)區(qū)域內(nèi),所以需要一個(gè)軟硬適中的導(dǎo)氣管來(lái)傳送氣體,以保證氣囊在充氣過(guò)程中,可以短時(shí)間平順地完成充氣過(guò)程,而不會(huì)出現(xiàn)氣體充氣發(fā)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致對(duì)乘員的傷害。一般的導(dǎo)氣管上面都設(shè)有導(dǎo)氣孔,且有兩端,一端與氣體發(fā)生器相連,而另一端則處于開(kāi)口狀態(tài)。氣體發(fā)生器必須迅速將產(chǎn)生的氣體通過(guò)這個(gè)導(dǎo)氣管的氣孔,快速的充滿整個(gè)氣袋。所以導(dǎo)氣管的選擇在側(cè)面簾式氣囊的優(yōu)化中也至關(guān)重要。對(duì)于導(dǎo)氣管的相關(guān)參數(shù)如：導(dǎo)氣管的材質(zhì)、導(dǎo)氣管的形狀、導(dǎo)氣管內(nèi)徑、導(dǎo)氣管的氣孔直徑、氣孔位置的分布、個(gè)數(shù)等等,則成為選擇一個(gè)最優(yōu)導(dǎo)氣管的重要參數(shù)，圖9為常見(jiàn)導(dǎo)氣管。

表6 氣袋不同折疊方式下靜態(tài)起爆特性數(shù)據(jù)

表7 氣袋不同折疊方式下裝車后起爆特性數(shù)據(jù)

圖9 簾式氣囊導(dǎo)氣管

在介紹簾式氣囊時(shí)已經(jīng)提到,簾式氣囊分為吸能區(qū)和非吸能區(qū),且功能區(qū)又有前吸能區(qū)和后吸能區(qū),前吸能區(qū)要比后吸能區(qū)大的多,所以根據(jù)實(shí)際情況可判定,前部吸能區(qū)的氣孔分布個(gè)數(shù)一定多于后部吸能區(qū)的氣孔個(gè)數(shù)。由此以保證前后部分充氣的一致性,以及簾式氣囊內(nèi)的壓力平衡,從而避免一處壓力過(guò)大導(dǎo)致氣袋損壞等情況。表8是一般普通簾式氣囊導(dǎo)氣管的幾種參數(shù)。

表8 導(dǎo)管各參數(shù)數(shù)據(jù)

由此表分析各不同參數(shù)對(duì)導(dǎo)管內(nèi)壓力和對(duì)導(dǎo)管壓力的影響。導(dǎo)氣管參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)是氣囊內(nèi)部壓力的快速平衡,避免出現(xiàn)氣囊內(nèi)局部壓力過(guò)大的情況，這樣就要求氣體發(fā)生器在充氣過(guò)程中，保證導(dǎo)氣管內(nèi)壓力足夠大且持續(xù)夠大，在氣囊逐漸被氣體充滿，壓力逐漸增強(qiáng)的條件下，要保證導(dǎo)氣管內(nèi)仍然有足夠壓強(qiáng)將氣體壓入氣囊，直至充滿整個(gè)簾式氣囊且導(dǎo)氣管內(nèi)壓力值與氣囊內(nèi)壓力值達(dá)到平衡，可以根據(jù)恒定參數(shù)的簡(jiǎn)單方法，討論出最佳導(dǎo)氣管參數(shù)：

（1）B、C一定的條件下，氣孔個(gè)數(shù)越少，壓力值越大，氣囊袋越容易達(dá)到平衡值，充氣充分且不易出現(xiàn)局部壓力過(guò)大情況，則A3符合要求。

（2）A、C一定的條件下，導(dǎo)管直徑越小，導(dǎo)管內(nèi)壓力越強(qiáng)，越容易將氣體快速擠壓充入氣囊袋，所以選擇B1。

（3）A、B一定的條件下，導(dǎo)管氣孔的直徑越小，導(dǎo)管內(nèi)壓力越大，且充氣越均勻；若導(dǎo)管氣孔直徑過(guò)大，則會(huì)引起導(dǎo)管內(nèi)壓力不足，氣囊袋內(nèi)壓力不均勻，則充氣不充分，所以選擇C3。

由以上3點(diǎn)可以得出結(jié)論，在選擇A3B1C3時(shí)刻滿足，壓力值夠大且能保證不會(huì)出現(xiàn)局部壓力，在短時(shí)間內(nèi)快速充滿整個(gè)氣囊等要求。

4 結(jié)語(yǔ)

文章結(jié)合中國(guó)交通事故頻發(fā)的實(shí)際情況,根據(jù)我國(guó)實(shí)施的《車輛側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)》,和中國(guó)汽車技術(shù)研究中心推出的新車測(cè)試評(píng)價(jià)程序C-NCAP中的要求進(jìn)行研究。側(cè)面簾式氣囊為側(cè)面碰撞中保護(hù)乘員生命安全的至關(guān)重要被動(dòng)安全系統(tǒng)。側(cè)面碰撞獨(dú)有的碰撞特性,對(duì)側(cè)面簾式氣囊的各項(xiàng)復(fù)雜參數(shù)選擇,提出了更高的要求。文章深入的探討了簾式氣囊袋的體積、厚度、織物、折疊方式的設(shè)計(jì)確定,以及對(duì)氣氣囊導(dǎo)管的參數(shù)選擇確定了方向。

本文具體工作和結(jié)論為以下方面：

（1）閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)法規(guī),簡(jiǎn)單介紹了側(cè)面碰撞的一些特性,闡述了國(guó)內(nèi)外側(cè)面碰撞法規(guī)。

（2）對(duì)側(cè)面簾式氣囊的工作原理、側(cè)面簾式氣囊的結(jié)構(gòu),以及側(cè)面簾式氣囊在側(cè)面碰撞中的作用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。

（3）討論簾式氣囊在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中各關(guān)鍵部件的參數(shù)優(yōu)化：①對(duì)側(cè)面簾式氣囊的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算：氣袋的覆蓋面積、氣袋厚度、氣囊導(dǎo)管直徑尺寸、導(dǎo)管氣孔個(gè)數(shù)、導(dǎo)管氣孔直徑；②對(duì)氣袋縫紉線選擇、氣袋布料的選擇、氣袋折疊方式的選擇提供了選擇優(yōu)化和評(píng)估方法。通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)、相關(guān)實(shí)驗(yàn),提出了不同優(yōu)化參數(shù)值,獨(dú)立的對(duì)每個(gè)部件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),最終選擇最佳方案。

側(cè)面碰撞與側(cè)面簾式安全氣囊無(wú)論是在我國(guó)還是在國(guó)外,都處于發(fā)展階段,沒(méi)有形成一個(gè)系統(tǒng)的全面的安全體系,出具的相關(guān)資料較少,在研究中發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題：①由于條件限制,對(duì)相關(guān)部件的優(yōu)化參數(shù)較少,數(shù)據(jù)相互獨(dú)立,在實(shí)際行車中可能會(huì)發(fā)生各部件相互影響等情況,所以研究結(jié)果在實(shí)際應(yīng)用情況下要進(jìn)一步加強(qiáng)。②側(cè)面簾式氣囊由于其覆蓋面積較大,除了受到自身特性和折疊方式的限制外,汽車內(nèi)飾也影響它的工作性能。具體還需做進(jìn)一步的研究。③在簾式氣囊導(dǎo)管的選擇上,未考慮導(dǎo)管的泄氣率,下一步可以對(duì)泄氣率進(jìn)行模擬研究。

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OptimaizedDesign forSde Curtain Airbags

NI Dan
(Automotive Engineering Institute;Dezhou College Dezhou,Shandong 253023，China)

The side curtain airbags playsarole in protecting head,avoiding or reducing the harm to human bodyin a car crash,how to optimallymakeuse of the protectionfunction of the side curtain airbags,,is the important and difficult pointof the design.This paper,based onthe real car model and relevant experimental data,analyzedstructure and working principle of the side curtain airbag.Based on the simulation experiment of curtain air bagof car and the experiment data of airbag,this papermade optimized calculation for each parameterand the researchabove achieved the optimization of the airbag,and was proved throughthe experimentcalculation.

curtain air bag;side collision;optimaizeparameter;safety

U491.61

A

2095-980X（2015）02-0020-06

2015-01-18

倪丹（1992-），女，大學(xué)本科，主要研究方向：交通運(yùn)輸。