汽車駕駛員安全氣囊滑臺試驗*

高奇 楊勝 孫一瑤

（1.遼寧工業(yè)大學；2.錦州錦恒汽車安全系統(tǒng)有限公司）

隨著汽車的逐漸普及，汽車碰撞引發(fā)的安全事故逐年上升，安全氣囊成為保護乘員安全的必要配置之一[1]。滑臺試驗是指利用實車白車身，組裝車內(nèi)影響假人運動的必要結(jié)構(gòu)件，模擬真實的碰撞狀態(tài)，通過滑臺進行多次試驗不斷驗證及優(yōu)化安全氣囊參數(shù)。它是一種降低安全氣囊產(chǎn)品開發(fā)成本的必要手段[2-3]。實車試驗周期長、費用高、風險大，因此滑臺試驗成為約束系統(tǒng)開發(fā)中不可缺少的手段。受滑臺設備能力和側(cè)面碰撞試驗特點的影響，目前國內(nèi)約束系統(tǒng)側(cè)面滑臺試驗技術手段尚未完全成熟。文章以某車型安全氣囊為研究對象，通過數(shù)字化設計和滑臺試驗進行了相關試驗研究，獲得了滿意的數(shù)據(jù)。

1 安全氣囊數(shù)字化設計與實現(xiàn)

駕駛員安全氣囊（DAB）的功能為，在汽車發(fā)生事故時及時起爆，對駕駛員（胸部及頭部）起到保護作用，其主要組件有：飾蓋、壓板、發(fā)生器、氣袋、接插件及圖標。飾蓋和壓板為設計關鍵件，主要作用是作為氣袋的容器和保證氣袋的起爆方向，重要的設計特征為撕裂線的尺寸及位置。為了控制氣袋起爆方向和緩沖氣袋的快速起爆，防止飾蓋在氣袋起爆將其撕裂時被完全破壞，故將撕裂線厚度由中心至邊緣依次減小，并在撕裂線終了處打入小盲孔，從而終止飾蓋撕裂處繼續(xù)撕裂。DAB飾蓋數(shù)字化設計模型，如圖1所示。

圖1 安全氣囊飾蓋數(shù)字化設計模型

對于壓板的咬合處，考慮到氣囊模塊報警時，飾蓋與壓板為緊密配合，氣袋瞬間的爆發(fā)力非常大，巨大的張力可能會使咬合處發(fā)生斷裂，而使飾蓋與壓板無法裝配，氣囊在起爆瞬間極有可能不會從飾蓋中沖出而直接帶隨飾蓋打向駕駛員，故在每個咬合處都布置有加強肋板。凸臺的主要作用除了定位外，還起到保護飾蓋飛離壓板的作用，所以也同樣布置了加強肋板，目的與咬合處相同。在保證凸臺與飾蓋的配合尺寸時，還應對凸臺所有邊緣倒圓角，這是因為考慮到氣囊模塊高溫靜爆時，氣袋瞬間的爆發(fā)力非常大，會使飾蓋在慣性情況下擠壓凸臺，若無圓角則可能會撕裂飾蓋而造成不同程度的危險。安全氣囊壓板數(shù)字化設計模型，如圖2所示。

圖2 安全氣囊壓板數(shù)字化設計模型

飾蓋與壓板安裝時，安裝孔應在下邊緣倒圓角，目的是使安裝方便且避免過定位而影響安裝。飾蓋與壓板的緊密配合通常是將飾蓋與壓板在配合處開成斜面，從而減輕氣囊模塊的振動，保證安全氣囊的正常工作。

對于DAB中的圖標、發(fā)生器、接插件及氣袋，由于發(fā)生器和接插件為采購件且模型簡單，在外形結(jié)構(gòu)上對氣囊模塊無重要影響。氣袋主要為尼龍布材料，經(jīng)前期人工手裁和后期激光裁剪，在結(jié)構(gòu)與尺寸方面并不復雜，其主要性能取決于袋片結(jié)構(gòu)與袋片間縫紉線的選取和縫紉方法。根據(jù)數(shù)字化設計結(jié)果，制造試驗用安全氣囊樣件，如圖3所示。

圖3 試驗用安全氣囊組件

2 安全氣囊滑臺試驗

2.1 試驗條件

試驗設備采用氣動發(fā)射液壓制動式設備，利用氣動儲能裝置作為動力源，同時依據(jù)目標波形調(diào)整液壓剎車系統(tǒng)的剎車力，通過控制滑臺所受合力模擬出目標加速度波形。

2.1.1 試驗要求

為完整驗證模塊對假人在滑臺上的保護性，本次臺車碰撞試驗設置2臺高速攝像機，均被控制為零點同時觸發(fā)，高速攝像能拍攝200 ms內(nèi)碰撞假人全過程。通過更改假人服裝及模塊飾蓋顏色等，來保證各滑臺元素區(qū)別明顯，以提高攝像的效果。

自觸發(fā)時刻起，各點火電路的點火時刻設定為19 ms，氣囊工作時間在2～75 ms。方向盤前后方向位置固定，上下方向設置中間位置。座椅前后調(diào)節(jié)中位向后40 mm，上下調(diào)節(jié)固定，靠背角度為25°。雙側(cè)安全帶限力預張緊，上固定點為中間位置。

2.1.2 假人條件[4-5]

將2個HybridⅢ第50百分位男性假人試驗裝置分別放在駕駛員和乘員位置，兩側(cè)假人均用預張緊限力安全帶進行約束。駕駛員和乘員是經(jīng)過標定的并在頭部安裝了三軸向加速度傳感器，頸部安裝了載荷傳感器，胸部安裝了位移傳感器和三軸向加速度傳感器，骨盆安裝了三軸向加速度傳感器。試驗前測得假人的溫度為26℃，濕度為30%。

2.2 試驗結(jié)果

通過觀察試驗后錄像，氣囊工作時間滿足要求，經(jīng)過8次試驗優(yōu)選，并對優(yōu)選結(jié)果實施重復驗證試驗，不斷縮小范圍，得到假人試驗后傷害值，如表1所示。

表1 安全氣囊滑臺試驗駕駛員側(cè)假人傷害值

由試驗結(jié)果中對假人的傷害值，初步判定該安全氣囊對假人起到保護作用。而依據(jù)速度和加速度曲線考核氣囊工作的準確性十分關鍵，如圖4所示。

圖4 安全氣囊滑臺試驗速度及加速度曲線

由圖4a可知，假人的速度波動區(qū)域在0～100 ms，這期間正好是氣囊工作的階段，由此可知氣囊的起爆對假人起到了作用。而在100 ms后汽車即停止運動，而假人由于氣囊與安全帶的作用還會有向后運動的速度，因此可以確定氣囊與安全帶對假人起到了緩沖的作用。

由圖4b可知，假人的加速度波動區(qū)域在0～100 ms，這期間正好是氣囊工作的階段，由此可知氣囊的起爆對假人起到了緩沖作用。在0～100 ms中主要有3個重要階段。1）0～19 ms：19 ms為發(fā)生器點火時刻，這期間假人隨汽車保持慣性前沖；2）19～75 ms：此階段為安全氣囊起爆階段，在這期間假人與氣囊還未接觸，但由于安全帶的作用，假人的加速度出現(xiàn)波動；3）75～100 ms：這期間安全氣囊開始泄氣，而假人與氣囊開始接觸碰撞，因此氣袋在泄氣的同時對假人起到緩沖作用，加速度急劇減小，避免了對假人的傷害。

3 結(jié)論

文章依據(jù)安全氣囊的使用工況和性能要求，完成了氣囊組件結(jié)構(gòu)設計，通過數(shù)字化設計軟件保證DAB組件設計的快速與準確，并根據(jù)數(shù)字化設計結(jié)果制造了安全氣囊滑臺的試驗樣件；通過多次優(yōu)選的滑臺試驗速度和加速度曲線，獲得了較小的假人傷害值，驗證了數(shù)字化設計數(shù)據(jù)的正確性，滿足了企業(yè)設計與試驗標準的要求，并為實車試驗提供了理論數(shù)據(jù)依據(jù)。