CAB不同折疊方式及展開狀態(tài)研究

劉敏慧，韓 芳，王 明

（華晨汽車工程研究院CAE工程室，遼寧 沈陽 110141）

前言

現(xiàn)如今，隨著汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，道路上的交通事故頻繁發(fā)生，據(jù)世界衛(wèi)生組織提供的數(shù)據(jù)顯示，全世界每年因道路交通事故死亡的人數(shù)約有125萬，相當(dāng)于全球每天都有3 500人因交通事故死亡。被動安全作為乘員保護(hù)的一種有效手段，也越來越受到重視[1]。

CAB（Curtain airbag）簾式氣囊，即氣簾。在汽車發(fā)生碰撞時，氣簾彈出，遮擋車窗，以保護(hù)乘員頭部[2]。氣簾主要地針對側(cè)碰時對乘員進(jìn)行有效保護(hù)的，如果沒有氣簾，那么B柱、車窗玻璃，甚至安全帶側(cè)面支撐扣都有可能成為車禍中的殺手，可見氣簾在側(cè)碰中起到了至關(guān)重要的作用。

然而，不是所有氣簾在起爆的過程中都會起到理想的保護(hù)效果，在氣簾動態(tài)展開的過程中，CAB與乘員頭部的位置關(guān)系，以及 CAB起爆狀態(tài)都必須引起我們的重視，同時最不容小覷的就是氣袋折疊方式對氣囊展開狀態(tài)的重要影響。

1 CAB仿真模型的建立流程

1.1 CAB建模

四種類型的氣囊均采用Hypermesh前處理完成CAB圖紙到CAE網(wǎng)格的轉(zhuǎn)變，首先，對CAD圖紙進(jìn)行處理，iges文件導(dǎo)入到Hypermesh中，利用圖紙外輪廓進(jìn)行氣囊網(wǎng)格劃分，區(qū)分好氣囊上下片，及死區(qū)，進(jìn)行網(wǎng)格邊界捏合。同時要保證網(wǎng)格的單元質(zhì)量。注：采用5 mm網(wǎng)格進(jìn)行建模。

1.2 CAB折疊

折疊類型一：采用先卷后Z的方式，首先用sim–folder中的 roller工具，將氣簾邊緣卷折疊到折疊圖的預(yù)設(shè)位置，然后采用press工具，進(jìn)行正反旋轉(zhuǎn)180°折疊，到達(dá)要求位置。

折疊類型二：采用先卷再Z再Z的U型折疊方式，過程中采用sim–folder中的roller工具氣簾邊緣卷折疊到折疊圖的預(yù)設(shè)位置，然后采用press工具，進(jìn)行正反旋轉(zhuǎn)180°折疊。

折疊類型三：采用先 Z再 U型折疊，過程中采用 sim–folder中的press工具，進(jìn)行正反旋轉(zhuǎn)180°折疊。

折疊類型四：采用全Z折疊，過程中采用sim –folder中的press工具，進(jìn)行正反旋轉(zhuǎn)180°折疊。圖1為CAB不同折疊方式示意圖。

圖1 CAB不同折疊方式示意圖

1.3 CAB固定車身及morph

卷折疊與 z折疊混合折疊后的氣囊都是需要套入包裹布，貼合到白車身ABC柱的內(nèi)板中的，為了使house的過程中交叉與穿透盡量少，此時需要將上一步的結(jié)果文件放入Hypermesh中進(jìn)行morph移動命令，利用車體A/B/C柱子及頂棚的上邊緣輪廓線作為定位包絡(luò)的區(qū)域，讓氣囊彎曲，使氣囊的形狀盡量與車身上的氣囊數(shù)模走向一樣，即沿著車身ABC柱完成定位。

1.4 氣體發(fā)生器塞入CAB

Pamcrash中有最符合實(shí)際工況的功能就是將發(fā)生器的金屬殼體塞入折疊后的 CAB氣囊，這個功能叫做 house，跟lsdyna里的算法類似，先將金屬的發(fā)生器殼體沿著某個方向縮放到某一平面上，然后取最終的發(fā)生器殼體作為參考網(wǎng)格，進(jìn)行計算，在預(yù)定的時間內(nèi)pamcrash就可以將發(fā)生器的網(wǎng)格放大同時撐開氣囊的安裝位置的布料，此時用pamcrash中的前后處理工具，將氣囊模塊的殼體和發(fā)生器定位作為結(jié)果，導(dǎo)出網(wǎng)格作為參考網(wǎng)格以備后續(xù)計算。

1.5 CAB靜態(tài)起爆模擬

進(jìn)行CAB靜態(tài)起爆模擬，第一步必須進(jìn)行發(fā)生器的tank對標(biāo)，將供應(yīng)商提供的質(zhì)量流曲線及溫度曲線，氣體成分百分含量導(dǎo)入tank模型，調(diào)整溫度曲線，讓仿真的壓力曲線與實(shí)驗(yàn)擬合。第二步是進(jìn)行布料力學(xué)性能的對標(biāo)。包括雙向彈性模型，剪切模量的參數(shù)擬合，最后一步是在 Dyna中利用均壓法PV=nRT，進(jìn)行求解，在yna中關(guān)鍵字為HYBRID。

2 水平?jīng)_擊試驗(yàn)的設(shè)計

動態(tài)沖擊特性是氣囊的關(guān)鍵特性，為了驗(yàn)證簾式氣囊的保壓特性，設(shè)計水平?jīng)_擊物理試驗(yàn)，首先要簾式氣囊的固定點(diǎn)在整車系下固定點(diǎn)坐標(biāo)上固定，氣囊后面100 mm安置剛性板，目的在于限制氣囊起爆后的運(yùn)動，頭型沖擊器以分別以4 m/s，5 m/s，6 m/s的速度進(jìn)行沖擊，通過控制觸發(fā)裝置的延時，使氣囊在恰好與頭型物接觸時，氣囊剛好充滿，此時充滿時間需小于20 ms。

圖2 水平?jīng)_擊試驗(yàn)左視圖、主視圖

2.1 水平?jīng)_擊試驗(yàn)與仿真模型的對標(biāo)結(jié)果

以6 m/s速度的工況為例，下圖為沖擊加速度。

圖3 沖擊頭加速度曲線

用已經(jīng)對標(biāo)好的發(fā)生器信息，布料信息，以及氣囊信息，分別輸入到四個搭建好的模型，進(jìn)行仿真對比。

2.2 仿真模型的動畫結(jié)果

仿真結(jié)果動畫18 ms時刻（正視圖與側(cè)視圖），左上類型1，右上類型2，左下類型3，右下類型4。

氣囊的保護(hù)性能可以按照空間分為三部分：氣袋展開的對頭部的保護(hù)距離（X向）、對假人的保護(hù)區(qū)域（Z向展開）、穩(wěn)定性（Y向擺動）。

根據(jù)設(shè)計要求：氣囊的折疊末端盡可能避免打臉式展開（朝X展開）且滿足一定的厚度、氣簾能沿著車門Z向展開完全保護(hù)假人頭頸部且Y向穩(wěn)定，不朝車內(nèi)展開的狀態(tài)為理想狀態(tài)。

2.3 不同氣囊折疊方式氣囊展開狀態(tài)對比

從仿真分析結(jié)果來看， X向展開狀態(tài)最好的是類型4，其他三種類型在18 ms均未完全展開，如圖10所示。Z向和Y向展開狀態(tài)好的是類型2和類型4，如圖14所示。綜上，類型4是最優(yōu)折疊方案，氣囊能夠迅速穩(wěn)定地展開，對假人提供有效保護(hù)。其次是類型2，再次是類型3；效果最不好的是類型1。

表1 不同氣囊折疊方式氣囊展開狀態(tài)對比

3 結(jié)論

本文在主機(jī)廠的某車型開發(fā)過程中，對 CAB模塊進(jìn)行了氣囊建模、折疊、對標(biāo)、模擬仿真選型工作，通過 CAB四種不同氣袋折疊方式研究，優(yōu)化了氣囊展開姿態(tài)，避免因氣袋展開效果不良引起的乘員保護(hù)效果不好的問題。研究結(jié)果表明，類型4是四種典型折疊方式中最好的一種。滿足主機(jī)廠要求：氣袋對頭部沖擊較小，氣袋延展性較好，穩(wěn)定性較強(qiáng)。