側(cè)氣囊對乘員保護的研究分析

蒯樂，劉光健

（上海東方久樂汽車安全氣囊有限公司，上海 201201）

前言

隨著我國汽車保有量的增加，安全問題日益突顯。根據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，2016年我國汽車保有量為19440萬量，2016年我國的道路交通事故死亡人數(shù)約為40824人，與2015年的36178人相比，增加4646人[1]。由此可見，我國的道路交通事故已經(jīng)嚴重威脅到群眾的生命健康和財產(chǎn)安全。在汽車側(cè)面碰撞事故中，乘員的頭部及胸部傷害是導(dǎo)致死亡的最主要傷害形式[2]。為了有效的保護乘員的頭部和胸部，在提高側(cè)面結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性的基礎(chǔ)上，加裝側(cè)面安全氣囊系統(tǒng)對乘員保護具有重要意義。

1 我國側(cè)碰汽車安全法規(guī)的發(fā)展

中國最早的乘用車關(guān)于側(cè)面碰撞乘員保護設(shè)計規(guī)則CMVDR是根據(jù)歐洲ECE法規(guī)制定而成，其中頒布了40多條相關(guān)規(guī)定。中國國家側(cè)面碰撞乘員保護法規(guī) GB20071從2006年正式發(fā)布實行，作為汽車側(cè)面碰撞的標準，此標準是以歐洲的ECER95 法規(guī)為藍本，并結(jié)合中國國情所制定的。因為我國和歐洲都是采用汽車產(chǎn)品認證制度，所以參考歐洲的法規(guī)也是合理的[3]。這項法規(guī)的推行標志著中國側(cè)面碰撞安全系統(tǒng)方面正式進入正規(guī)行列。隨著C-NCAP的順利實施及研究的深入，我國汽車技術(shù)研究中心也對《C-NCAP管理規(guī)則》進行了多次完善和提升，目前C-NCAP已經(jīng)發(fā)展到了2018版，并計劃于2018年7月1日開始實施。

2018版《C-NCAP管理規(guī)則》[4]側(cè)面碰撞安全規(guī)則如下：移動壁障行駛方向與試驗車輛垂直，移動壁障中心線對準試驗車輛R點向后250mm位置，碰撞速度為50±1km/h，在駕駛員位置放置一個 WorldSID 50th型假人, 用以測量駕駛員位置受傷害情況。在第二排座椅被撞擊側(cè)放置 SID-IIsD(版)假人，用以測量第二排人員受傷害情況，如圖1所示。

圖1 C-NCAP側(cè)面碰撞圖

2 側(cè)面氣囊的發(fā)展

側(cè)面氣囊于 1995年首次被安裝在限量版奔馳及沃爾沃汽車上并進入市場。至2011年，已有超過 230 款車型提供側(cè)面氣囊保護系統(tǒng)，美國乘用車市場的側(cè)面氣囊使用覆蓋率已達到85%左右。現(xiàn)在側(cè)氣囊已經(jīng)成為大多數(shù)乘用車的標準配置[5-6]。

3 側(cè)氣囊系統(tǒng)

3.1 側(cè)氣囊的介紹

側(cè)氣囊系統(tǒng)主要由控制裝置、氣體發(fā)生器和氣袋構(gòu)成，傳感器、電子控制系統(tǒng)和觸發(fā)裝置又構(gòu)成了氣囊系統(tǒng)的控制裝置。

圖2 安全氣囊系統(tǒng)的構(gòu)成

圖3 側(cè)氣囊安裝位置

圖4 頭胸一體式側(cè)氣囊

側(cè)面安全氣囊安裝在汽車座椅側(cè)面蒙皮下的發(fā)泡中，能夠在側(cè)面碰撞事故中對乘員胸部和頭部進行保護，如圖3所示。側(cè)氣囊按照保護部位分為兩種如圖4、圖5所示，一種為保護乘客的胸部和頭部的頭胸一體式；另一種為主要保護乘員胸部、腹部及骨盆位置的胸部氣囊。

3.2 側(cè)氣囊設(shè)計要求

如圖6所示側(cè)氣囊的幾何形狀取決于駛員座椅的尺寸、R點位置及調(diào)節(jié)行程。側(cè)氣囊的初始輪廓保證能夠覆蓋整個駕駛員胸部范圍，以減少側(cè)碰時胸部的傷害。側(cè)氣囊充氣之后會在X和Z向上產(chǎn)生收縮，設(shè)計時保證其不能與簾式氣囊發(fā)生運動干涉。泄氣孔通常設(shè)計在袋體的前下部，防止泄出的高溫氣體傷人。

圖5 胸腹式側(cè)氣囊

圖6 駕駛員側(cè)結(jié)構(gòu)圖

常見的側(cè)面氣囊常用的折疊方式大致可分為卷繞式折疊法、折入式折疊法、Z字形折疊法三類，如圖7所示。卷繞式折疊法適合貼著車內(nèi)飾平鋪展開，多用于帶飾蓋SAB，展開速度比較慢。折入式折疊法適合朝某一方向快速展開，多為軟體保護套SAB，展開速度比較快。Z字形折疊法適用上下端距出氣口距離差異不大多為軟體保護套SAB，展開速度適中。

圖7 側(cè)氣囊折疊方式圖

3.3 側(cè)面氣囊的工作原理

側(cè)面安全氣囊的基本工作原理是通過傳感器將汽車側(cè)面碰撞強度信號傳遞到控制器，控制器處理并判斷是否需要打開氣囊。經(jīng)過邏輯判斷是需要時，迅速發(fā)出點火信號使氣體發(fā)生器觸發(fā)點火，而后在乘員與車體結(jié)構(gòu)間隙之間以較短時間生成大量氣體全部展開。在側(cè)面碰撞發(fā)生時，側(cè)面氣囊通過排氣節(jié)流阻尼作用來充當(dāng)側(cè)面吸能部件，減緩施加在乘員身上的碰撞力，以達到保護乘員的目的。研究表明，與未安裝氣囊系統(tǒng)的車型相比，側(cè)面胸部氣囊和簾式氣囊的設(shè)置能夠分別降低16%和33%[7]碰撞側(cè)乘員的傷害。

4 側(cè)面氣囊的未來發(fā)展

隨著新型電子傳感器、識別技術(shù)的發(fā)展，智能側(cè)面安全氣囊開始得到發(fā)展，目前智能安全氣囊在乘員識別技術(shù)和分級氣囊點爆方面研究比較深入。乘員識別系統(tǒng)基于先進的圖像識別技術(shù)，通過在座椅上安裝重量傳感器感知座椅上是否有乘員，在碰撞發(fā)生時選擇性的點火安全氣囊；通過紅外線傳感器來判斷每個座椅上的乘員身高來確定乘員為大人或小孩，選擇性起爆不同部位的安全氣囊；通過光學(xué)傳感器超聲波傳感器判斷乘員的坐姿，對氣囊的點火做出相應(yīng)調(diào)整[8]。

分級氣囊點爆技術(shù)能夠根據(jù)碰撞嚴重程度，通過電子控制單元判斷和制定與乘員靜態(tài)和動態(tài)狀態(tài)相適應(yīng)的分級點火策略。智能型氣囊[9-10]對保護離位乘員尤其是兒童乘員尤為重要，可以有效防止或減緩在氣囊展開過程中對人體的意外。

5 結(jié)論

由于車身側(cè)面結(jié)構(gòu)強度相對薄弱且空間較小，側(cè)面碰撞過程中乘員容易受到嚴重的損傷，本文介紹了側(cè)氣囊對人體的保護作用，針對不同類型的側(cè)氣囊進行了研究分析，重點分析了側(cè)氣囊的設(shè)計要求及分類，同時對未來側(cè)氣囊的發(fā)展進行了論述。在側(cè)面碰撞中加裝側(cè)氣囊可有效減少對乘員的損傷。

[1] 2016年全國道路交通事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計,[EB/OL],http://www.peichang.cn/detail/id18666.html.

[2] 姜立標.現(xiàn)代汽車新技術(shù)[M].北京:北京大學(xué)出版社,2012.

[3] 朱西產(chǎn).實車碰撞試驗法規(guī)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.中國汽車技術(shù)研究中心, 2000.4.

[4] C-NCAP 管理規(guī)程(2018年版）[EB/O]天津：中國汽車技術(shù)研究中心, 2017-04.

[5] Karen M. Balavich, Nathan R. Soderborg etc. Deployment Charac te-ristics of Seat Mounted Side Impact Airbags[C]. Proceedings of 22ESV Conference, Paper No11-0358.

[6] Federal Register. Rules and Regulations[M]. Volume 73, No. 111,June, 2008.

[7] Robert Lange etc. Side Impact Air Bag Efficacy, Injury Mitigation Performance in Vehicle Models With and Without Side Impact Air Bags and Inflatable Head Protection[C].Proceedings of 22ESV Con-ference, Paper Number11-0115.

[8] Angelo D’Elia, Stuart Newstead, Jim Scully, Evaluation of vehicle side airbag effectiveness in Victoria, Australia, Accident Analysis &Prevention, Volume 54, May 2013, Pages 67-72.

[9] 田迪斯.某乘用車側(cè)面乘員約束系統(tǒng)設(shè)計與集成優(yōu)化[D] 2013.

[10] David Schreiber. Seat Detection in a Car for a Smart Airbag Appli-cation[J]. Pattern Recognition Letters, 2007(28):534-544.