某車型正面碰撞胸部性能提升及DAB支撐性影響因素研究

王恒++王星磊++黃穎++向保才++黃強(qiáng)

摘 要：被動(dòng)約束系統(tǒng)是避免乘員在碰撞中產(chǎn)生二次傷害的主要裝置，其中，駕駛員安全氣囊是最基礎(chǔ)的保護(hù)氣囊，也是在碰撞中最具實(shí)用性的氣囊[1]。本文通過(guò)分析新版C-NCAP更改后的考核指標(biāo)，通過(guò)提升駕駛員安全氣囊支撐性，來(lái)優(yōu)化假人胸部得分情況。為后續(xù)其他項(xiàng)目的得分提升提供優(yōu)化思路；同時(shí)，根據(jù)開(kāi)發(fā)中提升支撐性的探究試驗(yàn)，拆解駕駛員安全氣囊支撐性的主要影響因素，采用對(duì)比、試驗(yàn)驗(yàn)證的方式總結(jié)影響駕駛員安全氣囊支撐性的影響因素，為初期產(chǎn)品選型提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：C-NCAP2015；駕駛員安全氣囊；支撐性

中圖分類號(hào)：U467.1+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2017）01-0079-05

The Optimize Of Chest Performance In Frontal Crash And The Research Of DABs Supportive Influencing Factors

WANG Heng， WANG Xing-lei， HUANG Ying， XIANG Bao-cai， HUANG Qiang

（DongFeng Motor Corporation Technical Center， Wuhan430058， china ）

Abstract： Passive restraint system is the main device to protect the occupants from secondary damage during the collision. Among them， the driver airbag is the most basic protective airbag and the most practical airbag in the collision. This paper analyzes the new evaluation index of C-NCAP， and improves the score of driver's airbag by optimizing the support of driver's airbag.And provide the optimization train of thought for the score improvement of other project.The main factors influencing the driver's airbag support are disassembled according to the development of the supporting exploration experiment， and the influence of the driver airbag support by the comparison and test verification is summed up. And provide some reference for the initial product selection

前言背景

某車型開(kāi)發(fā)前期，經(jīng)過(guò)多輪優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)整車正面碰撞仿真中胸部得分偏低，導(dǎo)致整車得分偏低，在基于加速度已基本無(wú)法優(yōu)化的情況下需要提升胸部得分，采用常規(guī)的降低限力等級(jí)的方案后，發(fā)現(xiàn)駕駛員安全氣囊容易出現(xiàn)擊穿的情況，分?jǐn)?shù)提升困難。

1

2 分析優(yōu)化思路

基于此車型的優(yōu)化-NCAP2015版本，該評(píng)價(jià)法規(guī)中將50km/h100%正面剛性壁碰撞試驗(yàn)和64km/h 40%可變形偏置碰撞試驗(yàn)中的假人胸部傷害指標(biāo)由原本的“胸部壓縮變形量”和“3ms胸部合成加速度”更改為“胸部壓縮變形量”和“胸部粘性指數(shù)VC”。其中VC的計(jì)算如下所示[2]現(xiàn)狀，結(jié)合新版C-NCAP2015做出如下分析：根據(jù)新發(fā)行的C，在VC的考核中，壓縮量的變化率和峰值影響較大，胸部加速度的影響較小。在原版本中，因考慮胸部加速度，通常將氣囊設(shè)計(jì)偏軟，這樣，為防止氣囊被頭部擊穿，往往不能將限力軸等級(jí)調(diào)整至更低參數(shù)，基于此更改得出推論：正面碰撞中在綜合考慮頭部傷害值的情況下，可選擇更低規(guī)格限力軸，而限力軸規(guī)格的降低將導(dǎo)致乘員上肢在碰撞中的運(yùn)動(dòng)距離增大，此時(shí)為防止頭部擊穿的情況，需選擇較強(qiáng)支撐性參數(shù)的駕駛員安全氣囊用于優(yōu)化。

計(jì)算胸部的VC值：

在t時(shí)刻的肋骨變形速率由濾波后的變形量計(jì)算求得

式中：D（t）為t時(shí)刻的變形量（m）：

δt為變形量測(cè)量的時(shí)間間隔（s）

3 駕駛員安全氣囊支撐性核查

如圖1所示：為真實(shí)模擬實(shí)車碰撞中的氣囊對(duì)人體頭胸的支撐狀態(tài)，采用下述垂直跌落試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行單品試驗(yàn)，試驗(yàn)臺(tái)架可根據(jù)設(shè)定進(jìn)行一定速度以內(nèi)的垂直沖擊試驗(yàn)，沖擊塊的根據(jù)正面碰撞用的假人頭頸胸的質(zhì)量來(lái)設(shè)定為36kg[3]。

根據(jù)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)及結(jié)合以往項(xiàng)目中的仿真計(jì)算，設(shè)定跌落時(shí)跌落塊與氣囊接觸的的速度值為6m/s，即滿足6m/s的跌落不擊穿即判定合格，是否擊穿可以根據(jù)加速度曲線評(píng)估，若氣囊支撐性良好，則跌落塊上傳感器所采集的曲線為平穩(wěn)上升至一定峰值之后再隨著時(shí)間平穩(wěn)下降，曲線中僅會(huì)存在一個(gè)峰值[2]。

下圖3所示為該車型A在ET前進(jìn)行的跌落試驗(yàn)核查，試驗(yàn)采集曲線如下，曲線中出現(xiàn)兩個(gè)峰值，第二個(gè)峰值為沖擊塊擊穿氣囊后接觸方向盤(pán)產(chǎn)生，該氣囊不滿足定義的支撐性要求。

為避免試驗(yàn)偏差和排除氣囊氣體發(fā)生器的影響，選擇另一款已量產(chǎn)車型B進(jìn)行對(duì)標(biāo)試驗(yàn)，該車型與車型A使用同一氣體發(fā)生器，且囊袋大小、排氣孔參數(shù)均相同，試驗(yàn)采集曲線如下圖4所示：由曲線形態(tài)分析結(jié)論：該氣囊支撐性表現(xiàn)良好。

4 駕駛員安全氣囊影響因素核查及原因分析

結(jié)合高速錄像和采集的加速度曲線分析氣囊支撐性不足有下述幾個(gè)原因產(chǎn)生：

一、充滿時(shí)刻長(zhǎng)；從高速錄像可以看出氣囊展開(kāi)較慢，所需充滿時(shí)刻較長(zhǎng)，在跌落塊與之接觸時(shí)氣袋尚未充滿，影響支撐性能。

二、內(nèi)壓低、平穩(wěn)壓力值持續(xù)時(shí)間短；氣囊泄氣速率較快，氣密性較差，導(dǎo)致囊袋內(nèi)的實(shí)際壓力低于正常值，同時(shí)由于泄氣過(guò)快，導(dǎo)致內(nèi)壓曲線無(wú)法穩(wěn)定在設(shè)計(jì)定義范圍內(nèi)。

三、展開(kāi)后的袋形；推測(cè)氣囊展開(kāi)后的袋形會(huì)由于內(nèi)部束縛件和罩蓋的形態(tài)不同而不同，該形態(tài)對(duì)支撐性會(huì)產(chǎn)生影響。

根據(jù)上述分析的三個(gè)主要原因，需要根據(jù)駕駛員安全氣囊的零件進(jìn)行細(xì)分拆解，從細(xì)分零件中提取出相關(guān)的性能參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證分析是否準(zhǔn)確[4]。

拆解后零件如圖5所示：駕駛員安全氣囊一般包括飾蓋、氣袋總成、撐圈總成、壓板、氣體發(fā)生器總成、托板總成、固定件。

基于拆解后的細(xì)分零件分析結(jié)果如下圖6所示：列表所示參數(shù)會(huì)對(duì)駕駛員安全氣囊的支撐性產(chǎn)生影響，其中發(fā)生器壓力曲線和氣袋排氣孔是直接影響因素[5]，但發(fā)生器壓力值在初期選定后通常不做變更，排氣孔初期均設(shè)定為2×30或者2×35，排氣孔的參數(shù)會(huì)留待后續(xù)優(yōu)化中再做調(diào)整，基于排除上述兩點(diǎn)影響因素的情況下，我們選擇一款已經(jīng)確認(rèn)滿足支撐性能的駕駛員安全氣囊零件B做為對(duì)標(biāo)分析零件，用于分析影響因素。B零件的發(fā)生器規(guī)格和排氣孔大小、數(shù)量、位置均與所需提升零件一致。

5 影響因素對(duì)比，驗(yàn)證分析結(jié)論，并改善

5.1 設(shè)定對(duì)標(biāo)試驗(yàn)矩陣

對(duì)需提升支撐性車型的駕駛員安全氣囊A和對(duì)標(biāo)零件B進(jìn)行對(duì)比并細(xì)分試驗(yàn)矩陣如表1。

上述試驗(yàn)矩陣所進(jìn)行的跌落試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比如下圖所示：

5.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)上圖方案1 與方案3、方案1與方案7、方案3與方案7的對(duì)比，可以確認(rèn)折疊方式和囊袋材料均對(duì)氣袋的表現(xiàn)產(chǎn)生影響。根據(jù)方案1與方案6、方案4與方案6對(duì)比，可以確認(rèn)撐圈結(jié)構(gòu)和罩蓋結(jié)構(gòu)對(duì)氣囊的支撐性產(chǎn)生影響。根據(jù)方案1與方案8的對(duì)比，可以確認(rèn)拉帶長(zhǎng)度對(duì)氣囊支撐性無(wú)改善。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析結(jié)論如下：折疊方式方面B氣囊使用星型折疊，該折疊方式的氣袋在充氣時(shí)，較易打開(kāi)；囊袋材料方面A氣囊與B氣囊的線密度均為470dtex，但在涂層材料重量、幅寬上存在微小差異，推測(cè)該差異是導(dǎo)致氣密性差異的主要原因。撐圈結(jié)構(gòu)方面B氣囊根據(jù)DAB結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用方形撐圈，可以增加氣囊的底部面積，有利于束縛袋形。罩蓋結(jié)構(gòu)方面因素包括撕裂線結(jié)構(gòu)和罩蓋尺寸，根據(jù)多次高速錄像判斷兩者撕裂時(shí)刻差異僅為0.5ms，就對(duì)標(biāo)分析而言基本排除撕裂線的影響，將罩蓋尺寸列為罩蓋結(jié)構(gòu)的影響因素。

由于A車型已進(jìn)入ET狀態(tài)，即將進(jìn)行首輪碰撞試驗(yàn)，基于時(shí)間和成本的角度需要盡量選擇更改影響小的方案進(jìn)行優(yōu)化。其中更改氣袋供應(yīng)商將影響試驗(yàn)進(jìn)度，同時(shí)，從曲線上查看，兩者囊袋在部分參數(shù)上的差異并未對(duì)支撐性產(chǎn)生敏感性的影響。另外，氣囊罩蓋輪廓在造型階段已經(jīng)定義完成，且為沿用造型，已無(wú)法更改，因而優(yōu)化方案中并不首選調(diào)整這兩個(gè)因素。

綜上，綜合考慮成本以及開(kāi)發(fā)時(shí)間周期的情況下，我們選擇下述三個(gè)優(yōu)化方案進(jìn)行再次驗(yàn)證，確認(rèn)優(yōu)化是否有效。方案一：A氣囊本體結(jié)構(gòu)+B零件撐圈+星型折疊+B氣囊氣袋；方案二：A氣囊+僅更改排氣孔到2×30；方案三：A氣囊本體結(jié)構(gòu)+B零件撐圈+星型折疊+更改排氣孔到2×30。

為驗(yàn)證優(yōu)化方案的有效性，再次進(jìn)行跌落試驗(yàn)驗(yàn)證：

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，僅通過(guò)方案一和方案二均無(wú)法完全解決支撐性不足的情況，方案三可明顯改善支撐性，并達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在成本周期均可接受的情況下，優(yōu)先選擇方案三做為更改方案。

5.3 優(yōu)化方案后的氣囊進(jìn)行驗(yàn)證

采用更改后的方案首先搭載整車仿真進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證方案采用優(yōu)化后的DAB參數(shù)、2.6KN的限力等級(jí)（原狀態(tài)3.2KN），仿真分析得分結(jié)果如下表：從仿真結(jié)果上驗(yàn)證改善方案有效

將已進(jìn)行仿真驗(yàn)證的方案，搭載進(jìn)行實(shí)車碰撞試驗(yàn)，在50km/h100%正面剛性壁碰撞試驗(yàn)和64km/h 40%可變形偏置碰撞試驗(yàn)中，A車型的駕駛員胸部傷害值曲線如下，得分分別為4.78分（滿分5分）、3.65分（滿分4分）。從試驗(yàn)結(jié)果上可以判斷優(yōu)化方案有效。

6 總結(jié)

在新版C-NCAP法規(guī)的達(dá)成中，由于胸部考核指標(biāo)的調(diào)整，針對(duì)正面碰撞中的假人胸部傷害值優(yōu)化思路也需進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整，本文根據(jù)實(shí)際開(kāi)發(fā)中的優(yōu)化分析，為后續(xù)項(xiàng)目的優(yōu)化提供了參考；基于此優(yōu)化思路，在新版C-NCAP2015中，駕駛員安全氣囊的支撐性相比以往具有更大的意義，需要在設(shè)計(jì)初期就針對(duì)駕駛員安全氣囊的影響因素進(jìn)行核查，包括折疊方式，撕裂線形態(tài)，氣囊底部形態(tài)束縛的撐圈結(jié)構(gòu)，合理選擇相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)，應(yīng)盡早進(jìn)行跌落試驗(yàn)檢驗(yàn)，評(píng)估支撐性是否滿足要求，為后續(xù)約束系統(tǒng)匹配優(yōu)化留下空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]2010年中華人民共和國(guó)道路交通事故統(tǒng)計(jì)年報(bào)[J].公安部交通管理局， 2011.

[2]C-NCAP2012版法規(guī)、C-NCAP2015版法規(guī)， 2012-2015.

[3]SAE-J-2856-2009[1].50%男性Hybrid Ⅲ假人用戶手冊(cè).

[4]駕駛員安全氣囊的仿真優(yōu)化研究.道路交通與安全 第10卷第6期， 2010年12月.

[5]鐘志華， 張維剛， 曹立波， 等.汽車碰撞安全技術(shù)[M ]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2003， 109-120..