鮑翔　鮑彤　吳志剛　王超

【摘? 要】汽車市場(chǎng)經(jīng)過(guò)這么多年的快速發(fā)展，汽車安全氣囊作為在造車過(guò)程中重要的組成部分在對(duì)駕駛員及乘坐人員保駕護(hù)航起到至關(guān)重要的作用。膝部氣囊作為氣囊家族中的一員，其發(fā)展空間是巨大的，針對(duì)以后龐大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，各主機(jī)廠及供應(yīng)商研發(fā)設(shè)計(jì)膝部安全氣囊是必然趨勢(shì)。本文針對(duì)膝部氣囊進(jìn)行了簡(jiǎn)單的說(shuō)明。

【關(guān)鍵詞】工作原理;保護(hù)作用;研發(fā)熱點(diǎn);發(fā)展前景;膝部氣囊;底置膝部氣囊

伴隨著中國(guó)對(duì)汽車人均保有量的提高，我國(guó)的交通事故也變的越來(lái)越多，給很多家庭帶來(lái)了不幸，同時(shí)這樣的結(jié)果也不斷警醒世人需要對(duì)車輛安全更加重視?，F(xiàn)在的人們選擇車輛時(shí)，不僅僅考慮汽車的外觀，對(duì)于汽車的安全性能要求也越來(lái)越高。汽車安全系統(tǒng)分為主動(dòng)安全和被動(dòng)安全，被動(dòng)安全主要是依靠安全氣囊和安全帶功能搭配組成，在保護(hù)乘員過(guò)程中至關(guān)重要。目前，市面上應(yīng)用的安全氣囊主要有座椅氣囊，側(cè)氣簾，駕駛員氣囊和副駕駛座氣囊，這些氣囊在各類事故面前挽救了許多生命。但是，仍然沒(méi)有在一些特殊的事故中充分的保護(hù)乘員，例如，在一些正面碰撞的事故中，依舊有不少人因此失去了雙腿，雖然，目前的安全氣囊挽救了他們的生命，但是，面臨失去雙腿或者更嚴(yán)重的創(chuàng)傷，對(duì)于這些家庭依舊是很大的痛苦和壓力。這些事故也反映了現(xiàn)有安全氣囊不足的地方。發(fā)達(dá)國(guó)家針對(duì)此種案例已經(jīng)做出了研究，通過(guò)軟件進(jìn)行模擬仿真以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，提出了一種新型氣囊叫做膝部氣囊，通過(guò)是否加入KAB工況試驗(yàn)的滑臺(tái)數(shù)據(jù)對(duì)比顯示（如圖一），Sled-7中KAB吸收了更多的碰撞能量，大腿力明顯減小，也使得腰帶吸能減少。其直接表現(xiàn)就是胸壓的減小，Sled-7較Sled-1減小了6.2mm。在48ms時(shí)，KAB與假人小腿接觸并起作用。直接使胸壓上升的斜率降低，進(jìn)而減小了胸壓峰值。加入KAB后，ODB64主駕的胸壓明顯降低。并且根據(jù)Sled-1、Sled-3、Sled-7可知，KAB在VH SIZE=10mm會(huì)對(duì)假人起到較好的保護(hù)效果。膝部氣囊在事故中對(duì)于乘員膝部確實(shí)有防護(hù)作用。截止今日，膝部氣囊的應(yīng)用已經(jīng)開(kāi)始慢慢普遍。在歐洲2008年的新車之中，美國(guó)的45款車已經(jīng)把膝部氣囊作為必須配備的安全氣囊。同時(shí)針對(duì)ENCAP試驗(yàn)條款，增加了對(duì)車輛碰撞膝部得分的一個(gè)評(píng)判。

1.膝部氣囊零部件組成及其工作原理

膝部氣囊作為安全氣囊中的一員，它的組成基本上與其余氣囊大同小異。氣體發(fā)生器、氣袋、承盤（塑膠或金屬件）、罩蓋等零件裝配完成。膝部氣囊運(yùn)作原理如下：在正面碰撞發(fā)生時(shí)，車輛中觸發(fā)氣囊工作的元器件（ECU）給出電信號(hào)，充氣器通過(guò)點(diǎn)爆電流開(kāi)始工作，產(chǎn)生氣體，氣袋由于氣壓增大開(kāi)始膨脹，撐破氣囊罩蓋，在小腿或膝蓋與儀表板接觸之前展開(kāi)至設(shè)計(jì)的形狀，膝部氣囊阻止假人下半身向前的位移，吸收碰撞能量，進(jìn)而對(duì)膝部、小腿和胸部等假人身體部位起到更優(yōu)的保護(hù)效果。

2.膝部氣囊現(xiàn)狀及發(fā)展前景

新型氣囊的出現(xiàn)雖然減小了人員小腿膝部的損傷，但是沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)最終的目的，根據(jù)國(guó)際市場(chǎng)反應(yīng)，仍有人在搭配膝部氣囊的情況下，小腿骨折。這就說(shuō)明膝部氣囊對(duì)于乘員的安全依舊存在威脅，這也是膝部氣囊沒(méi)有國(guó)際化大面積使用的原因，在我國(guó)市場(chǎng)膝部氣囊依舊沒(méi)有作為標(biāo)配。膝部氣囊的設(shè)計(jì)發(fā)展應(yīng)用更應(yīng)該結(jié)合氣袋展開(kāi)邊界，根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)于不同乘員空間的車型，膝蓋至下IP或手套箱的距離常在60mm至170mm間，KAB氣袋充飽時(shí)間常在10ms至20ms范圍，F(xiàn)F50工況中TTF約15ms，膝關(guān)節(jié)在25ms時(shí)向前位移10mm 至25mm，ODB64工況中TTF約30ms，膝關(guān)節(jié)在40ms時(shí)向前位移30mm至45mm，為使KAB有足夠展開(kāi)空間，要求在規(guī)劃車體總布置時(shí)假人膝部離下IP或者手套箱的最短距離大于100mm，綜合以上因素，KAB在假人膝蓋對(duì)應(yīng)位置的厚度D建議在50mm～120mm間（需根據(jù)乘員膝部空間、碰撞波形、KAB充飽時(shí)間、TTF等因素確定）。膝部氣囊最終目的就是輕量化、更高的空間利用率，一切的設(shè)計(jì)及優(yōu)化都需要圍繞這兩個(gè)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行，目的就是要在越來(lái)越嚴(yán)苛的邊界條件下，通過(guò)氣袋設(shè)計(jì)、氣袋折疊方式罩蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)配合來(lái)實(shí)現(xiàn)氣袋的功能。

3.底置式膝部氣囊

根據(jù)膝部氣囊的安裝位置，我們可以把氣囊分成兩類，一類為中置型（如圖二），也就是早期傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，是將氣囊模塊安裝于轉(zhuǎn)向管柱下方;另一種是底置型（如圖三），就是本文中的底置式膝部氣囊。底置式氣囊相對(duì)于中置式優(yōu)點(diǎn)在于更加有效的利用了儀表底部的空間：最初的膝部氣囊開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是在碰撞后，氣囊能夠快速的打開(kāi)以對(duì)乘員進(jìn)行保護(hù)，整個(gè)儀表板的理想位置是乘員的膝部正前方。但是，由于副駕乘員膝蓋正前方的空間一般都用來(lái)安裝手道箱，正駕駛乘員膝蓋與儀表之間的距離太小，導(dǎo)致膝部氣囊功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，或是無(wú)法充分體現(xiàn);底置式膝部氣囊安裝位置于儀表板下方，儀表板的下面空間非常大，可以滿足膝部氣囊設(shè)計(jì)需求。底置膝部氣囊碰撞點(diǎn)爆時(shí)，膝部氣囊罩邊緣撕裂，氣袋由撕裂處至下由上展開(kāi)，充飽，對(duì)乘員進(jìn)行保護(hù)。底置膝部氣囊優(yōu)點(diǎn)在于安裝隱秘，可滿足主副駕需求，其難度在于，氣囊罩蓋的設(shè)計(jì)以及氣袋袋型的設(shè)計(jì)，需要保證氣袋在系統(tǒng)需求的時(shí)間內(nèi)，氣袋由儀表板下方展開(kāi)至上方，且不能對(duì)乘員腳踝及小腿造成損傷。這種底置式的膝部氣囊已經(jīng)慢慢變成主流設(shè)計(jì)。未來(lái)底置氣囊會(huì)針對(duì)輕量化、隱形、成本經(jīng)濟(jì)、一體化方面發(fā)展。

4.結(jié)語(yǔ)

我國(guó)國(guó)內(nèi)的安全氣囊設(shè)計(jì)水平依舊落后于歐美的發(fā)達(dá)國(guó)家，在汽車安全方面需要從事汽車安全行業(yè)的人員有著創(chuàng)新趕超的精神，在行業(yè)中，需要不斷研究不斷深入，以人為本，大力推動(dòng)我國(guó)的汽車行業(yè)進(jìn)一步與世界接軌。國(guó)內(nèi)主機(jī)廠及氣囊相關(guān)供應(yīng)商應(yīng)密切關(guān)注該領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài)，提前進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備，來(lái)應(yīng)對(duì)未來(lái)市場(chǎng)的需求，以保持或提高自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

參考文獻(xiàn)：

[1].Werner Freisler.設(shè)計(jì)更靈活的低置型膝部氣囊模塊[J].汽車與配件，2011（23）