汽車駕駛員安全氣囊滑臺(tái)試驗(yàn)*

高奇 楊勝 孫一瑤

（1.遼寧工業(yè)大學(xué)；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(hù)乘員安全的必要配置之一[1]?；_(tái)試驗(yàn)是指利用實(shí)車白車身，組裝車內(nèi)影響假人運(yùn)動(dòng)的必要結(jié)構(gòu)件，模擬真實(shí)的碰撞狀態(tài)，通過滑臺(tái)進(jìn)行多次試驗(yàn)不斷驗(yàn)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(shí)車試驗(yàn)周期長、費(fèi)用高、風(fēng)險(xiǎn)大，因此滑臺(tái)試驗(yàn)成為約束系統(tǒng)開發(fā)中不可缺少的手段。受滑臺(tái)設(shè)備能力和側(cè)面碰撞試驗(yàn)特點(diǎn)的影響，目前國內(nèi)約束系統(tǒng)側(cè)面滑臺(tái)試驗(yàn)技術(shù)手段尚未完全成熟。文章以某車型安全氣囊為研究對(duì)象，通過數(shù)字化設(shè)計(jì)和滑臺(tái)試驗(yàn)進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究，獲得了滿意的數(shù)據(jù)。

1 安全氣囊數(shù)字化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

駕駛員安全氣囊（DAB）的功能為，在汽車發(fā)生事故時(shí)及時(shí)起爆，對(duì)駕駛員（胸部及頭部）起到保護(hù)作用，其主要組件有：飾蓋、壓板、發(fā)生器、氣袋、接插件及圖標(biāo)。飾蓋和壓板為設(shè)計(jì)關(guān)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(shè)計(jì)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(shí)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(shè)計(jì)模型，如圖1所示。

圖1 安全氣囊飾蓋數(shù)字化設(shè)計(jì)模型

對(duì)于壓板的咬合處，考慮到氣囊模塊報(bào)警時(shí)，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(huì)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(huì)從飾蓋中沖出而直接帶隨飾蓋打向駕駛員，故在每個(gè)咬合處都布置有加強(qiáng)肋板。凸臺(tái)的主要作用除了定位外，還起到保護(hù)飾蓋飛離壓板的作用，所以也同樣布置了加強(qiáng)肋板，目的與咬合處相同。在保證凸臺(tái)與飾蓋的配合尺寸時(shí)，還應(yīng)對(duì)凸臺(tái)所有邊緣倒圓角，這是因?yàn)榭紤]到氣囊模塊高溫靜爆時(shí)，氣袋瞬間的爆發(fā)力非常大，會(huì)使飾蓋在慣性情況下擠壓凸臺(tái)，若無圓角則可能會(huì)撕裂飾蓋而造成不同程度的危險(xiǎn)。安全氣囊壓板數(shù)字化設(shè)計(jì)模型，如圖2所示。

圖2 安全氣囊壓板數(shù)字化設(shè)計(jì)模型

飾蓋與壓板安裝時(shí)，安裝孔應(yīng)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(dòng)，保證安全氣囊的正常工作。

對(duì)于DAB中的圖標(biāo)、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(duì)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(fù)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(shè)計(jì)結(jié)果，制造試驗(yàn)用安全氣囊樣件，如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)用安全氣囊組件

2 安全氣囊滑臺(tái)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)設(shè)備采用氣動(dòng)發(fā)射液壓制動(dòng)式設(shè)備，利用氣動(dòng)儲(chǔ)能裝置作為動(dòng)力源，同時(shí)依據(jù)目標(biāo)波形調(diào)整液壓剎車系統(tǒng)的剎車力，通過控制滑臺(tái)所受合力模擬出目標(biāo)加速度波形。

2.1.1 試驗(yàn)要求

為完整驗(yàn)證模塊對(duì)假人在滑臺(tái)上的保護(hù)性，本次臺(tái)車碰撞試驗(yàn)設(shè)置2臺(tái)高速攝像機(jī)，均被控制為零點(diǎn)同時(shí)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(tái)元素區(qū)別明顯，以提高攝像的效果。

自觸發(fā)時(shí)刻起，各點(diǎn)火電路的點(diǎn)火時(shí)刻設(shè)定為19 ms，氣囊工作時(shí)間在2～75 ms。方向盤前后方向位置固定，上下方向設(shè)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(yù)張緊，上固定點(diǎn)為中間位置。

2.1.2 假人條件[4-5]

將2個(gè)HybridⅢ第50百分位男性假人試驗(yàn)裝置分別放在駕駛員和乘員位置，兩側(cè)假人均用預(yù)張緊限力安全帶進(jìn)行約束。駕駛員和乘員是經(jīng)過標(biāo)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(yàn)前測得假人的溫度為26℃，濕度為30%。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

通過觀察試驗(yàn)后錄像，氣囊工作時(shí)間滿足要求，經(jīng)過8次試驗(yàn)優(yōu)選，并對(duì)優(yōu)選結(jié)果實(shí)施重復(fù)驗(yàn)證試驗(yàn)，不斷縮小范圍，得到假人試驗(yàn)后傷害值，如表1所示。

表1 安全氣囊滑臺(tái)試驗(yàn)駕駛員側(cè)假人傷害值

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

圖4 安全氣囊滑臺(tái)試驗(yàn)速度及加速度曲線

由圖4a可知，假人的速度波動(dòng)區(qū)域在0～100 ms，這期間正好是氣囊工作的階段，由此可知?dú)饽业钠鸨瑢?duì)假人起到了作用。而在100 ms后汽車即停止運(yùn)動(dòng)，而假人由于氣囊與安全帶的作用還會(huì)有向后運(yùn)動(dòng)的速度，因此可以確定氣囊與安全帶對(duì)假人起到了緩沖的作用。

由圖4b可知，假人的加速度波動(dòng)區(qū)域在0～100 ms，這期間正好是氣囊工作的階段，由此可知?dú)饽业钠鸨瑢?duì)假人起到了緩沖作用。在0～100 ms中主要有3個(gè)重要階段。1）0～19 ms：19 ms為發(fā)生器點(diǎn)火時(shí)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(dòng)；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(shí)對(duì)假人起到緩沖作用，加速度急劇減小，避免了對(duì)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(shè)計(jì)，通過數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件保證DAB組件設(shè)計(jì)的快速與準(zhǔn)確，并根據(jù)數(shù)字化設(shè)計(jì)結(jié)果制造了安全氣囊滑臺(tái)的試驗(yàn)樣件；通過多次優(yōu)選的滑臺(tái)試驗(yàn)速度和加速度曲線，獲得了較小的假人傷害值，驗(yàn)證了數(shù)字化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的正確性，滿足了企業(yè)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并為實(shí)車試驗(yàn)提供了理論數(shù)據(jù)依據(jù)。