氣囊部品靜態(tài)展開測試標(biāo)準(zhǔn)解析及測試平臺搭建

盧文明,楊欣霖,劉俊岐,孫海洋

(中汽研汽車檢驗中心(天津)有限公司 ，天津 300000)

0 引言

安全氣囊系統(tǒng)(SRS)是輔助安全系統(tǒng)，它通常是作為安全帶的輔助安全裝置出現(xiàn)。安全氣囊研究起步于20世紀(jì)70年代，90年代開始得到了迅速發(fā)展。安全氣囊的作用大大降低發(fā)生碰撞中乘員受傷的危險。安全氣囊主要由傳感器、控制模塊、氣體發(fā)生器、氣囊系統(tǒng)四大部分組成[1]。氣囊點爆后的展開特性直接影響著乘員的頭、胸傷害指標(biāo)。因此，對安全氣囊進行匹配、研究安全氣囊展開后的各項性能，是各大汽車生產(chǎn)廠商對汽車安全氣囊開發(fā)的關(guān)注重點，也是氣囊供應(yīng)商的主要工作之一。

1 氣囊部品靜態(tài)展開測試技術(shù)研究

1.1 駕駛員安全氣囊(DAB)靜態(tài)展開測試標(biāo)準(zhǔn)解析及測試評價參數(shù)確定

1.1.1 駕駛員安全氣囊(DAB)概述

駕駛員安全氣囊大多放置在方向盤轂當(dāng)中，隱藏在方向盤蓋之下。充滿氣體時容積大約為40 L。發(fā)生碰撞并滿足觸發(fā)條件時，安全氣囊在高壓氣體的作用下沖破方向盤蓋，并在極短的時間內(nèi)充滿氣體形成緩沖保護層。駕駛員由于自身慣性會繼續(xù)向前移動，極有可能與方向盤、儀表盤、前飾以及風(fēng)擋發(fā)生撞擊而造成損傷。而安全氣囊的作用就是在人體與方向盤之間設(shè)置一道緩沖保護層，由于充滿氣體的氣囊具有很好的柔性，可以吸收絕大部分的沖擊力，人體與之接觸可避免因撞擊而產(chǎn)生的頭部、頸部及胸部損傷，有效降低了碰撞事故中的二次傷害。一般情況下，配合安全帶一起使用可以得到更佳的保護效果[2]。

1.1.2 駕駛員安全氣囊(DAB)靜態(tài)展開測試標(biāo)準(zhǔn)解析

在GB/T 19949.2—2005的第6條中指出，對性能試驗中的靜態(tài)展開試驗要記錄氣袋的充氣時間及氣袋罩蓋開始打開的時間，或進行高速攝影。要求：在靜態(tài)展開試驗過程中或之后，不能有任何氣囊模塊碎片打到一個正常坐姿的乘員身上，在靜態(tài)展開試驗中，與正常坐姿的乘員相接觸的氣袋表面部分不能破裂或燃燒，其他部分允許有直徑小于3mm的破裂小洞。氣袋撕裂縫處應(yīng)該保持完好無損。經(jīng)處置的及未處置的氣囊模塊的充氣時間應(yīng)在所定義的誤差范圍內(nèi)(具體誤差大小由氣囊類型決定)[3]。

通過對市場中主流企業(yè)研發(fā)驗證試驗標(biāo)準(zhǔn)進行分析(包含吉利、長城、大眾、泛亞、沃爾沃等)，總結(jié)駕駛員安全氣囊開發(fā)測試要求為：

(1)試驗溫度要求：駕駛員安全氣囊靜態(tài)展開分為常溫靜態(tài)展開、高溫靜態(tài)展開、低溫靜態(tài)展開3種試驗環(huán)境。其中常溫一般為(23±5)℃、高溫一般為(85±2.5)℃、低溫一般為(-35+5/-2.5)℃。

(2)點爆環(huán)境監(jiān)測要求：在氣囊點火前要在氣囊內(nèi)部溫度變化最慢的點增加溫度監(jiān)測，確保點火前氣囊內(nèi)部所有構(gòu)件已經(jīng)到達試驗溫度，從氣候室中取出后，在撕裂接縫中選擇一個用于溫度測量的參考點(溫度最迅速適應(yīng)環(huán)境的測量點)，進行監(jiān)測以確保點爆時處于環(huán)境溫度要求。總之在氣囊點爆時，氣囊所有構(gòu)件全部處于試驗環(huán)境要求。

(3)試驗方法：駕駛員安全氣囊靜態(tài)展開試驗分為箱內(nèi)點爆和箱外點爆兩種，箱外點爆要求環(huán)境處理完成要在5 min內(nèi)進行點爆試驗，在氣囊展開過程中用分辨率不低于1 000 幀/s高速攝像進行記錄。

(4)DAB靜態(tài)展開性能要求：①在靜態(tài)展開充氣過程中以及充氣完成之后，安全氣囊模塊的任何部分、氣囊蓋板以及裝飾條均不能對正常坐姿人員造成傷害；②展開過程中氣袋表面不能產(chǎn)生破損或燒毀；③充氣測試完成之后氣袋不能從組件上脫離(例如由于高溫熔化脫離)；④安全氣囊接縫應(yīng)保持完好，不應(yīng)撕裂(設(shè)計弱化處除外)；⑤安全氣囊展開時間應(yīng)滿足設(shè)計值要求。

1.1.3 駕駛員安全氣囊(DAB)靜態(tài)展開測試評價參數(shù)確定

通過對GB/T 19949.2—2005以及企業(yè)相關(guān)測試評價標(biāo)準(zhǔn)要求分析，確定駕駛員安全氣囊(DAB)靜態(tài)展開測試評價參數(shù)如下:(1)有無對乘員傷害飛出物產(chǎn)生(不應(yīng)產(chǎn)生任何對人員造成傷害的硬質(zhì)飛出物，軟質(zhì)飛濺物質(zhì)量應(yīng)不大于3 g)； (2)氣袋表面有無破損產(chǎn)生(允許有3 mm直徑的破洞產(chǎn)生)；(3)氣袋是否脫離組件；(4)氣袋接縫處是否完好；(5)氣囊靜態(tài)展開時間(包含氣囊沖破罩蓋時間、氣囊完全展開時間)；(6)氣囊沿安裝角度展開最大距離S如圖1所示。

圖1 氣囊沿安裝角度展開最大距離S

駕駛員安全氣囊(DAB)靜態(tài)展開測試試驗參數(shù)記錄表見表1。

表1 駕駛員安全氣囊(DAB)靜態(tài)展開參數(shù)記錄表

1.2 副駕駛安全氣囊(PAB)靜態(tài)展開測試標(biāo)準(zhǔn)解析及測試評價參數(shù)確定

1.2.1 副駕駛安全氣囊(PAB)概述

副駕駛安全氣囊保護原理與駕駛位安全氣囊基本相同，唯一不同的是副駕駛安全氣囊安裝在儀表板下方、靠近擋風(fēng)的前飾板中。由于安裝距離的增加，相比于駕駛員安全氣囊而言，副駕駛安全氣囊充滿氣體的體積更大，一般可以達到120 L左右[2]。

1.2.2 副駕駛安全氣囊(PAB)靜態(tài)展開測試標(biāo)準(zhǔn)解析

GB/T 19949.2—2005的第6條的規(guī)定同樣適用于副駕駛安全氣囊(PAB)，此處不再進行贅述。

(1)通過對市場中主流企業(yè)研發(fā)驗證試驗標(biāo)準(zhǔn)進行分析(包含吉利、長城、大眾、泛亞、沃爾沃等)，總結(jié)副駕駛安全氣囊開發(fā)測試要求如下：

試驗溫度：副駕駛安全氣囊試驗溫度同樣分為常溫點爆(23±5 )℃、高溫點爆(85±2.5)℃、低溫點爆(-35+5/-2.5)℃3種，溫度監(jiān)測規(guī)定如下：所有樣件應(yīng)能達到指定溫度，且保持樣件溫度內(nèi)外保持均勻。樣件要在恒溫室內(nèi)至少4 h儲存時間。

(2)試驗方法：副駕駛安全氣囊靜態(tài)展開分為箱內(nèi)點爆和箱外點爆兩種。箱內(nèi)點爆要求相關(guān)試驗樣件在相應(yīng)溫度的環(huán)境倉內(nèi)進行環(huán)境處理(至少4 h)，環(huán)境處理完成之后在環(huán)境倉內(nèi)進行點爆，并用分辨率不低于1 000 幀/s高速攝像進行記錄，要求圖像角度、數(shù)量盡可能全面。箱外點爆要求相關(guān)試驗樣件在相應(yīng)溫度的環(huán)境倉內(nèi)進行環(huán)境處理(至少4 h),環(huán)境處理完成之后將試驗樣件拿到環(huán)境倉外標(biāo)準(zhǔn)溫度下進行點爆，規(guī)定從環(huán)境倉拿到倉外2 min內(nèi)進行點爆，并用分辨率不低于1 000幀/s高速攝像進行記錄，要求圖像角度、數(shù)量盡可能全面。

性能要求：①儀表板沿氣囊框撕裂線打開，不允許有任何對乘員造成傷害的硬質(zhì)飛出物產(chǎn)生，允許有質(zhì)量小于3 g的發(fā)泡碎片產(chǎn)生；②氣囊打開區(qū)域無突起的撕裂棱角；③不能擊碎前擋風(fēng)玻璃；④氣袋表面無破損，允許有直徑不超過3 mm的小孔產(chǎn)生；⑤ 允許氣囊蓋板在爆破中破碎，但不能和儀表板本體脫離；⑥氣囊展開時間應(yīng)滿足設(shè)計值要求。

1.2.3 副駕駛安全氣囊(PAB)靜態(tài)展開測試評價參數(shù)確定

通過對GB/T 19949.2—2005以及企業(yè)相關(guān)測試評價標(biāo)準(zhǔn)要求分析，確定副駕駛安全氣囊(PAB)靜態(tài)展開測試評價參數(shù)如下:(1)是否沿氣囊框撕裂線打開；(2)氣囊打開區(qū)域有無撕裂棱角；(3)有無對乘員傷害飛出物產(chǎn)生(不應(yīng)產(chǎn)生任何對人員造成傷害的硬質(zhì)飛出物，軟質(zhì)飛濺物質(zhì)量應(yīng)不大于3 g)；(4)氣袋表面有無破損產(chǎn)生(允許有3 mm直徑的破洞產(chǎn)生)；(5)氣袋是否脫離組件；(6)氣袋接縫處是否完好；(7)氣囊蓋板是否和儀表板本體脫離；(8)前擋風(fēng)玻璃是否破損；(9)氣囊靜態(tài)展開時間(包含氣囊沖破罩蓋時間、氣囊完全展開時間)。

副駕駛安全氣囊(PAB)靜態(tài)展開測試試驗參數(shù)記錄見表2。

表2 副駕駛安全氣囊(PAB)靜態(tài)展開參數(shù)記錄表

1.3 側(cè)安全氣囊(SAB)靜態(tài)展開測試標(biāo)準(zhǔn)解析及測試評價參數(shù)確定

1.3.1 側(cè)安全氣囊(SAB)概述

側(cè)安全氣囊(SAB)處于座椅與車門之間，充滿氣體后的容積比正面氣囊略小。當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時瞬間啟動充氣，形成側(cè)面緩沖保護層，可有效保護人員的體側(cè)部位、肩部、髖部受到?jīng)_擊傷害[2]。

1.3.2 側(cè)面安全氣囊(SAB)靜態(tài)展開測試標(biāo)準(zhǔn)解析

在有關(guān)氣囊標(biāo)準(zhǔn)中未對側(cè)面安全氣囊靜態(tài)展開試驗進行系統(tǒng)的約束，在現(xiàn)行試驗過程中主要依托企業(yè)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)進行測試。通過對市場中主流企業(yè)研發(fā)驗證試驗標(biāo)準(zhǔn)進行分析(包含吉利、長城、大眾、泛亞、沃爾沃等)，總結(jié)側(cè)面安全氣囊開發(fā)測試要求為：

(1)試驗溫度：副駕駛安全氣囊試驗溫度同樣分為

常溫點爆(23±5)℃、高溫點爆((85±2.5)℃、(75±2)℃)、低溫點爆((-35+5/-2.5)℃、(-30±2)℃)3種。樣件要在恒溫室內(nèi)至少4 h儲存時間，同時一些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求在氣囊內(nèi)部增加溫度傳感器以用于進行溫度檢測。

(2)試驗方法：側(cè)面氣囊一般也分為箱內(nèi)點爆和箱外點爆兩種，箱外點爆要求環(huán)境處理完成5 min內(nèi)進行點爆試驗。點爆過程中要在氣囊側(cè)增加透明玻璃擋板，已用于模擬車輛側(cè)門和B柱，透明擋板距座椅外側(cè)距離與相關(guān)車型設(shè)計相匹配。同時一些標(biāo)準(zhǔn)要求在氣囊常溫點爆過程中增加相應(yīng)假人，并在透明擋板表面標(biāo)記假人側(cè)面投影，以便進行氣囊展開時間檢測。點爆過程中用分辨率不低于1 000 幀/s高速攝像進行記錄，圖像要求至少正面和側(cè)面兩個角度。

(3)性能要求：①氣囊沿撕裂線打開，不允許有任何對乘員造成傷害的硬質(zhì)飛出物產(chǎn)生，允許有質(zhì)量小于3 g的軟質(zhì)飛出物產(chǎn)生；②氣袋不允許翻轉(zhuǎn)到座椅靠背后面；③氣袋表面無破損，允許有直徑不超過3 mm的小孔產(chǎn)生；④氣囊展開時間應(yīng)滿足設(shè)計值要求，一般標(biāo)準(zhǔn)要求試驗過程中記錄氣囊沖破面罩時間、氣囊展開到X向最大時間、氣囊展開到-Z向最大時間、氣囊展開到+Z向最大時間、氣囊展開到最大時間。同時一些標(biāo)準(zhǔn)中要求氣囊展開過程中需記錄氣囊沖破面罩時間、氣囊展開到胸部時間、氣囊展開到肩部時間、氣囊完全展開時間。

1.3.3 側(cè)面安全氣囊(SAB)靜態(tài)展開測試評價參數(shù)確定

通過對主流企業(yè)相關(guān)測試評價標(biāo)準(zhǔn)要求分析，確定側(cè)面安全氣囊(SAB)靜態(tài)展開測試評價參數(shù)為:(1)有無對乘員傷害飛出物產(chǎn)生(不應(yīng)產(chǎn)生任何對人員造成傷害的硬質(zhì)飛出物，軟質(zhì)飛濺物質(zhì)量應(yīng)不大于3 g)； (2)氣袋展開過程中是否存在翻轉(zhuǎn)；(3)氣袋表面有無破損產(chǎn)生(允許有3 mm直徑的破洞產(chǎn)生)；(4)氣袋是否脫離組件；(5)氣袋接縫處是否完好；⑥氣囊靜態(tài)展開時間(包含氣囊沖破座椅面罩時間、氣囊展開到胸部時間、氣囊展開到肩部時間、氣囊完全展開時間)。

側(cè)面安全氣囊(SAB)靜態(tài)展開測試試驗參數(shù)記錄表制定見表3。

表3 側(cè)面安全氣囊(SAB)靜態(tài)展開參數(shù)記錄表

1.4 側(cè)安全氣簾(CAB)靜態(tài)展開測試標(biāo)準(zhǔn)解析及測試評價參數(shù)確定

1.4.1 側(cè)安全氣簾(CAB)概述

側(cè)安全氣簾安裝在車頂?shù)淖笥覀?cè)圍上，如圖2所示。展開前由頂棚內(nèi)飾遮蓋，通常貫穿前后，收車身內(nèi)橫向加速度傳感器控制。當(dāng)橫向加速度達到氣簾觸發(fā)值，ECU發(fā)出電信號起爆氣簾裝置。對于側(cè)碰、翻車等嚴(yán)重交通事故有著很好的乘員保護功能[2]。

圖2 側(cè)安全氣簾

1.4.2 側(cè)面安全氣簾(CAB)靜態(tài)展開測試標(biāo)準(zhǔn)解析

側(cè)安全氣簾靜態(tài)展開在相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)未進行系統(tǒng)的約定，通過對市場中主流企業(yè)研發(fā)驗證試驗標(biāo)準(zhǔn)進行分析(包含吉利、長城、大眾、泛亞、沃爾沃等)，總結(jié)側(cè)面安全氣簾開發(fā)測試要求為：

(1)試驗溫度：側(cè)安全氣簾試驗溫度同樣分為常溫點爆(23±5)℃、高溫點爆((85±2.5)℃、(75±2)℃)、低溫點爆((-35+5/-2.5)℃、(-30±2)℃)3種。樣件要在恒溫室內(nèi)至少4 h儲存時間。

(2)試驗方法：側(cè)安全氣簾靜態(tài)展開試驗也分為箱內(nèi)點爆和箱外點爆兩種，箱外點爆要求環(huán)境處理完成后5 min內(nèi)進行點爆。試驗過程中要求側(cè)氣簾安裝于白車身或者整車當(dāng)中，并且要求安裝所有與之相關(guān)內(nèi)飾件。點爆過程中用分辨率不低于1 000 幀/s高速攝像進行記錄，圖像要求要完全覆蓋側(cè)氣囊展開區(qū)域，如圖3所示為某車型側(cè)氣囊靜態(tài)展開高速攝像設(shè)置畫面。

圖3 側(cè)氣簾靜態(tài)展開試驗高速攝像設(shè)置畫面

(3)性能要求：①不允許有任何對乘員造成傷害的硬質(zhì)飛出物產(chǎn)生，允許有質(zhì)量小于3 g的軟質(zhì)飛出物產(chǎn)生；②氣袋表面無破損，允許有直徑不超過3 mm的小孔產(chǎn)生，縫制處不能磨損；③氣囊部件不能燃燒及飛散；④固定部件不能脫落；⑤內(nèi)飾件不能割裂、變形、脫落；⑥氣袋能夠流暢展開，無卡頓或引掛現(xiàn)象;⑦氣囊展開時間應(yīng)滿足設(shè)計值要求。

1.4.3 側(cè)面安全氣簾(CAB)靜態(tài)展開測試評價參數(shù)確定

通過對主流企業(yè)相關(guān)測試評價標(biāo)準(zhǔn)要求分析以及與相關(guān)企業(yè)開發(fā)人員探討，確定側(cè)面安全氣囊(SAB)靜態(tài)展開測試評價參數(shù)如下:①有無對乘員傷害飛出物產(chǎn)生(不應(yīng)產(chǎn)生任何對人員造成傷害的硬質(zhì)飛出物，軟質(zhì)飛濺物質(zhì)量應(yīng)不大于3 g)； ②氣袋表面有無破損產(chǎn)生(允許有3 mm直徑的破洞產(chǎn)生)；③氣囊組件是否燃燒；④氣袋是否脫離組件；⑤氣袋縫制處處是否完好；⑥固定部件是否脫落；⑦內(nèi)飾件是否有割裂、變形、脫落；⑧氣袋是否能夠流暢打開；⑨氣囊展開時間。

側(cè)面安全氣囊(SAB)靜態(tài)展開測試試驗參數(shù)記錄表制定見表4。

表4 側(cè)安全氣簾靜態(tài)展開試驗參數(shù)記錄表

2 安全氣囊部品靜態(tài)展開測試平臺搭建

2.1 安全氣囊部品靜態(tài)展開測試平臺搭建

安全氣囊、氣囊靜態(tài)展開測試平臺包含：高低溫環(huán)境處理試驗倉、點爆系統(tǒng)、可拉入拉出試驗臺、氣囊模塊及子系統(tǒng)安裝固定臺架、攝像系統(tǒng)、燈光系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)。其中高低溫環(huán)境倉包含部件級環(huán)境倉和整車級環(huán)境倉兩種，能夠涵蓋所有類型氣囊的靜態(tài)展開試驗。點爆系統(tǒng)為四通道點爆，能夠適應(yīng)多級氣囊點爆。試驗部件安裝于氣囊模塊及子系統(tǒng)固定臺架，固定臺架固定于可拉入拉出試驗臺之上，依據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求對氣囊進行環(huán)境處理完成之后，進行箱外點爆時，可拉入拉出試驗平臺能夠在10 s內(nèi)拉出環(huán)境倉外進行氣囊點爆。遠遠高于標(biāo)準(zhǔn)要求在5 min鐘內(nèi)進行點爆，大大提高了試驗精度。測試平臺布置方案如圖4所示。

圖4 安全氣囊部品靜態(tài)展開測試平臺

2.2 基于安全氣囊部品靜態(tài)展開測試平臺測試方法

依據(jù)安全氣囊部品測試平臺建立氣囊部品靜態(tài)展開測試方法，測試方法為：

(1)固定安裝氣囊部品：根據(jù)待測氣囊部品種類以及安裝特性，設(shè)定相應(yīng)的固定工裝安裝氣囊部品與可拉入拉出測試平臺上；

(2)調(diào)整氣囊部品狀態(tài)：根據(jù)氣囊部品設(shè)計要求調(diào)整部品狀態(tài)，以盡可能真實模擬裝車狀態(tài)；

(3)調(diào)整攝像：根據(jù)氣囊部品攝像要求，調(diào)整攝像畫面，以清楚記錄氣囊靜態(tài)展開全過程;

(4)設(shè)置點爆參數(shù)：根據(jù)氣囊設(shè)計值，在點爆系統(tǒng)中設(shè)置氣囊點爆參數(shù)，包含點爆電壓、電流、延時時間等；

(5)設(shè)置環(huán)境處理溫度及時間：根據(jù)試驗要求設(shè)置環(huán)境溫度及時間，并將試驗平臺拉入到環(huán)境艙內(nèi)進行環(huán)境處理；

(6)環(huán)境處理完成進行點爆試驗，高速攝像記錄整個點爆過程；

(7)性能參數(shù)分析：根據(jù)上文氣囊部品靜態(tài)展開試驗參數(shù)記錄表記錄氣囊部品靜態(tài)展開性能參數(shù)，并對其性能參數(shù)進行評價；

(8)試驗報告出具：根據(jù)試驗結(jié)果出具試驗報告。

3 結(jié)論

文中通過對現(xiàn)有氣囊靜態(tài)展開測試國家標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)企業(yè)氣囊部品測試標(biāo)準(zhǔn)進行解析，確定了駕駛員安全氣囊、副駕駛安全氣囊、側(cè)面氣囊、側(cè)面安全氣簾的靜態(tài)展開測試性能參數(shù)并制定了相應(yīng)氣囊部品靜態(tài)展開試驗參數(shù)記錄表，同時完成氣囊部品靜態(tài)展開測試平臺的搭建，給出基于氣囊部品測試平臺的氣囊部品靜態(tài)展開測試方法，提升了氣囊部品靜態(tài)展開測試的準(zhǔn)確性，能夠為氣囊設(shè)計以及生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的氣囊靜態(tài)展開性能參數(shù)和檢測技術(shù)支持。