汽車側(cè)面碰撞簾式氣囊仿真優(yōu)化＊

姜強(qiáng)，段敏，孫宇菲

（遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121000）

前言

簾式氣囊又稱作IC（Inflatable Curtain）也叫頭部側(cè)氣簾（Curtain Airbag）簡(jiǎn)稱：CAB[1]。簾式氣簾主要作用是保護(hù)乘員頭部，安裝在A柱到C 柱之間的頂棚橫梁和內(nèi)飾板之間，當(dāng)車輛發(fā)生側(cè)碰或翻滾時(shí)，氣袋被彈出，在乘員頭部與車窗之間，可以避免側(cè)碰時(shí)玻璃破碎對(duì)人的傷害，也可以防止乘員飛出窗外。

1 側(cè)碰簾式安全氣囊建模及驗(yàn)證

利用CATIA 軟件依據(jù)車體幾何尺寸建立氣簾式氣囊的幾何模型，將建成的CAD 模型導(dǎo)入Hypermesh 軟件中，劃分網(wǎng)格并調(diào)整網(wǎng)格，得到網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。之后導(dǎo)入MADYMO軟件中，設(shè)置材料屬性等參數(shù)，通過(guò)folder 模塊，進(jìn)行氣囊折疊[2-3]。氣體發(fā)生器通過(guò)JET.IDELCHIK 設(shè)置噴嘴模型，用來(lái)再現(xiàn)氣體沖出時(shí)的沖擊效應(yīng)。通GAS_MIXTURE. CONST -ANT 來(lái)定義氣體成分。建立好的模型通過(guò)動(dòng)態(tài)沖擊實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模型有效性驗(yàn)證。圖1 是實(shí)驗(yàn)與仿真小球加速度曲線對(duì)比。

圖1 小球加速度曲線對(duì)比

由圖可知，球的加速度趨勢(shì)、峰值出現(xiàn)的時(shí)間及大小都與實(shí)驗(yàn)的接近，因此下一步可以對(duì)該簾式安全氣囊模型進(jìn)行研究。

2 建立側(cè)面約束系統(tǒng)模型

基于有關(guān)計(jì)算機(jī)仿真理論的側(cè)面約束系統(tǒng)包括駕駛員座椅在內(nèi)的半車模型，以及側(cè)面簾式氣囊模型和側(cè)面碰撞假人，基于MADYMO 軟件，建立側(cè)碰車體需要利用PSM 子結(jié)構(gòu)思想，建立好的側(cè)碰車體能夠模擬碰撞后的變形情況。簾式氣囊模型選用上文已驗(yàn)證的簾式氣囊。側(cè)碰假人從MADY -MO 軟件中提取ES2 型男性假人，MADYMO 軟件中的假人都是驗(yàn)證后有效的模型。上述經(jīng)驗(yàn)證的簾式安全氣囊模型與車身和假人模型相匹配，形成側(cè)面約束系統(tǒng)模型，然后在MADYMO 軟件中以50 km/h 的速度碰撞移動(dòng)變形壁障與車身發(fā)生碰撞，模擬分析。通過(guò)仿真得出假人頭部HIC 值542.43基于C-NCAP 得出HIC 評(píng)分為3.17 分，HIC 值沒(méi)有達(dá)到最大性能值，因此還有繼續(xù)優(yōu)化的空間。

3 簾式氣囊相關(guān)參數(shù)優(yōu)化

表1 HIC 極差分析

利用正交實(shí)驗(yàn)的極差分析法對(duì)側(cè)碰約束系統(tǒng)安全氣囊相關(guān)參數(shù)優(yōu)化[4]。影響簾式氣囊對(duì)駕駛員保護(hù)效果的因素很多，本文針對(duì)質(zhì)量流率、織物透氣系數(shù)、觸發(fā)時(shí)間三個(gè)因素進(jìn)行 分析研究。本文通過(guò)三個(gè)參數(shù)對(duì)HIC 值和頭部峰值加速度的影響，進(jìn)行正交試驗(yàn)，最后，運(yùn)用極差分析法對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。將質(zhì)量流率、織物透氣系數(shù)、觸發(fā)時(shí)間分別記為X、Y、Z。質(zhì)量流率分別為80、100、120。織物透氣系數(shù)分別為80、100、120.觸發(fā)時(shí)間分別為-3、0、3。根據(jù)以上參數(shù)進(jìn)行正交試驗(yàn)，共進(jìn)行9 組實(shí)驗(yàn)。

由HIC 極差分析得出，RY＜RZ＜RX，說(shuō)明三個(gè)因素中，主要影響因素是織物透氣系數(shù)，其次是觸發(fā)時(shí)間之后是質(zhì)量流率。又因?yàn)镵X3＜KX2＜KX1、KY3＜KY2＜KY1、KZ1＜KZ2＜KZ3，所以HIC 的因素優(yōu)水平是X3Y3Z1。優(yōu)化后的HIC 值由542.43下降到383.65，基于C-NCAP，評(píng)分由3.17 達(dá)到該部位最高分4 分，優(yōu)化后的HIC 有明顯的下降。

4 結(jié)論

汽車簾式安全氣囊在汽車被動(dòng)安全領(lǐng)域是非常重要的，本文通過(guò)對(duì)簾式安全氣囊建模并進(jìn)行有效性驗(yàn)證，之后基于MADYMO 軟件建立側(cè)面約束系統(tǒng)模型，并且通過(guò)正交試驗(yàn)的極差分析法對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)仿真HIC 值可以看出優(yōu)化后的簾式氣囊對(duì)頭部具有良好的保護(hù)效果，所研究的方法具有一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐意義。