汽車正面碰撞駕駛員安全氣囊仿真與優(yōu)化

劉旺

恒大新能源汽車研究院 天津 300301

引言

安全氣囊是汽車安全輔助系統(tǒng)的重要組成部分，目前，關(guān)于安全氣囊本身的安全性問題，逐漸受到汽車生產(chǎn)制造商和消費者的廣泛關(guān)注。安全氣囊標(biāo)牌位于安全氣囊的正上方，一般采用焊接的方式進(jìn)行連接，由于其位置的特殊性，可靠的焊接是保證安全氣囊安全性的一個重要環(huán)節(jié)。目前，國內(nèi)外汽車安全氣囊標(biāo)牌的焊接普遍采用的是超聲波焊接工藝。超聲波焊接具有效率高、強度大的優(yōu)點，但由于其系統(tǒng)過于復(fù)雜，維護難度比較大，兼容多種產(chǎn)品的成本也較高。此外，超聲波焊接對配套零部件的加工精度和控制系統(tǒng)的控制精度有著較高的要求，加之缺乏成熟、完善的焊接控制系統(tǒng)，其焊接質(zhì)量也相對難以控制。因此，亟需一種高效率、高可靠性和高兼容性的新型焊接工藝和焊接系統(tǒng)。

1 汽車安全氣囊的工作原理和結(jié)構(gòu)特點

汽車安全氣囊系統(tǒng)是由碰撞探測點火控制裝置、氮氣發(fā)生器和氣袋三大部分組成。碰撞探測點火控制裝置是由壓電式加速度傳感器，即敏感碰撞信號探頭和點火控制電路組成。探頭用以接收敏感碰撞沖擊加速度信號。點火控制電路用以在15ms內(nèi)完成信號識別和點火任務(wù)，在確認(rèn)是撞擊信號時，輸出點火指令，打開電子開關(guān)，實施點火?？梢哉J(rèn)為，碰撞探測點火裝置是用來探測與識別汽車碰撞時產(chǎn)生的加速度信號并控制氮氣發(fā)生器適時點火的裝置。它是安全氣囊系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一按照設(shè)計要求，使控制裝置啟動的碰撞加速度為7.0±19，大于或等于該加速度的保持時間為≥3ms。碰撞探測點火裝置由加速度傳感器、闡值電壓識別電路、作用時間識別電路、安全點火控制開關(guān)電路、自診斷顯示記錄電路、電源及倍電壓供電電路等七個部分組成。加速度傳感器一且接收到碰撞信號，該裝置就迅速進(jìn)行信號處理，最后將信號輸出到氮氣發(fā)生器的電點火甘中去，使電點火管點火。

2 安全氣囊的發(fā)展方向

安全氣囊自身結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全性也至關(guān)重要。只有在自身穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，才會發(fā)揮應(yīng)有的功能和效果，更重要的是能夠保證運行的安全，能夠持久而穩(wěn)定的運行，能夠使其具有存在的價值。在當(dāng)今注重汽車安全的時代，汽車的安全性問題受到人們持久的關(guān)注，尤其是與汽車行車安全相關(guān)的各個機構(gòu)和裝置。各種相關(guān)安全設(shè)計層出不窮，使得各個系統(tǒng)的關(guān)注度逐漸上升，市場漸漸豐富起來。與其同時，也對安全系統(tǒng)有了更高的要求，例如氣囊小型化，氣囊小型化不僅方便在汽車的各個部位進(jìn)行安裝。同時也可以節(jié)省汽車的內(nèi)部空間，使得乘坐空間更寬大而舒適，并多方位、全面的對駕駛?cè)思败噧?nèi)乘車人員進(jìn)行保護。使安全氣囊能夠更好的融入汽車的結(jié)構(gòu)空間內(nèi)。安全氣囊最具有發(fā)展前景的便是冷啟動化，隨著科技的發(fā)展，單一的安全性保護已不能滿足人們的需要。人們需要確保安全性的前提下，具有更好的舒適性，能夠柔和的對車內(nèi)人員進(jìn)行保護。傳統(tǒng)的利用炸藥爆炸產(chǎn)生氣體，對安全氣囊進(jìn)行充氣，產(chǎn)生過程過于猛烈且沖擊大。雖然滿足了速度的要求，卻在舒適度方面無法滿足人們的需要。因此需要一種柔和的起爆方式，避免因傳統(tǒng)式的炸藥啟動所產(chǎn)生的沖擊，使氣體發(fā)生過程變得較為柔和。消除充氣時猛烈的沖擊和巨響，避免對車內(nèi)人員的二次損傷，以此在保證行車安全的前提下提高系統(tǒng)的舒適性。

3 控制二次碰撞速度

在提升汽車結(jié)構(gòu)側(cè)面強度的同時，引發(fā)汽車側(cè)面碰撞時還會產(chǎn)生一定的側(cè)方加速度，汽車結(jié)構(gòu)強度與碰撞后二次速度呈正相關(guān)關(guān)系，因此在設(shè)計汽車結(jié)構(gòu)過程中，應(yīng)當(dāng)調(diào)節(jié)好汽車結(jié)構(gòu)強度與碰撞二次速度的有效關(guān)系。結(jié)合相關(guān)外部研究統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，側(cè)面碰撞時行車人員胸部遭受的傷害高低與B柱腰帶撞擊的速度密切相關(guān)。與此同時，B柱在變形情況下，腰帶部位的變形速度為最大值。所以，要想縮減汽車側(cè)面碰撞時對行車人員胸部造成的傷害，必須要控制好B柱腰帶部位的塑性變形速度，為縮減對人體腹部、盆骨帶來的傷害，則應(yīng)當(dāng)控制好對應(yīng)部位汽車結(jié)構(gòu)的變形速度，在這個過程中，可于汽車內(nèi)部相關(guān)部位添加一定的吸能材料，縮減在傳遞時車內(nèi)板的碰撞能量，通過這一途徑以達(dá)到控制車門內(nèi)側(cè)變形速度的目的；同時，依托提升汽車結(jié)構(gòu)四周門框牢固性，提升行車人員座椅架剛度，借助座椅的支撐及緩沖力，以達(dá)到控制二次碰撞速度的目的。

4 安全氣囊的應(yīng)用

安全氣囊裝置于車內(nèi)前方、側(cè)方及車外三個部位，對于汽車側(cè)面碰撞防護通常為側(cè)面安全氣囊和側(cè)面安全氣簾。側(cè)面氣囊系統(tǒng)作用于保護汽車側(cè)面碰撞時行車人員的安全，通常裝置于車門內(nèi)，或裝置于前部座椅靠背的外側(cè)。汽車發(fā)生側(cè)面碰撞后，汽車結(jié)構(gòu)嚴(yán)重變形，往往會使得無法開啟車門，行車人員被困于車中，側(cè)面安全氣囊有助于保護行車人員源于側(cè)面碰撞引發(fā)的胸部、腹部、腰部的傷害，確保身體上肢活動能力及逃生能力。除去側(cè)面安全氣囊以外，在車頂兩側(cè)會裝置兩條管狀氣囊，也就是側(cè)面安全氣簾，它們可減輕來自車頂上部的下壓力，達(dá)到對行車人員頭部、頸部進(jìn)行保護的目的。

5 結(jié)語

論本文針對汽車安全氣囊標(biāo)牌的熱風(fēng)焊接問題設(shè)計了熱風(fēng)焊接的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、易于維護等特點。并且利用優(yōu)化PID控制算法對出風(fēng)溫度進(jìn)行控制。溫度采樣試驗和重復(fù)性焊接采樣試驗的結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對出風(fēng)溫度的較高精度和較高效率的調(diào)節(jié)控制，而且焊接效果優(yōu)良，良品率高，適合推廣應(yīng)用于汽車安全氣囊標(biāo)牌的焊接過程。同時，對于熱風(fēng)焊接技術(shù)在汽車領(lǐng)域、精密焊接領(lǐng)域的應(yīng)用與推廣具有一定的示范意義。