一種頂棚式安全氣囊設(shè)計(jì)

潘慧敏 張培明

（濰坊科技學(xué)院，山東 壽光262700）

1 技術(shù)背景

在車輛正面碰撞中，傳統(tǒng)的正面約束系統(tǒng)包含安全帶和氣囊，共同保護(hù)正面碰撞中乘員的軀干、頭部和頸部。在正面碰撞發(fā)生時(shí)，乘員向前運(yùn)動(dòng)，乘員的髖部和上軀干依靠座椅和腰部安全帶能夠得到有效的約束，同時(shí)安全帶限力器和氣囊共同作用，允許乘員軀干在腰椎作用下繞著髖部向前旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而降低軀干、頭部和頸部傷害。氣囊首先支撐乘員的頭部和頸部，從而減輕軀干、頭部和頸部的傷害。

傳統(tǒng)的乘員氣囊的設(shè)計(jì)特征是氣囊正對(duì)著乘員展開(kāi)，并以儀表板反作用力為支撐，使氣囊變形來(lái)為乘員旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)提供大量的運(yùn)動(dòng)空間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)乘員的保護(hù)。

當(dāng)汽車在行駛過(guò)程中發(fā)生碰撞事故時(shí)，碰撞達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度，安全氣囊里的氣體發(fā)生器接到信號(hào)后引燃?xì)怏w發(fā)生劑，產(chǎn)生大量氣體，使氣囊在極短的時(shí)間內(nèi)形成彈性氣墊，并鼓向駕駛員和乘員，及時(shí)的保護(hù)人體頭部和胸部，緩沖碰撞帶來(lái)的沖擊，避免撞擊帶來(lái)的二次傷害。

隨著汽車工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，被動(dòng)安全技術(shù)也不斷的進(jìn)步，出現(xiàn)了各種各樣新穎的設(shè)計(jì)，頂棚式正面保護(hù)安全氣囊就是其中之一。但是，目前的頂棚式正面保護(hù)安全氣囊處于應(yīng)用初期，對(duì)遮陽(yáng)板的安裝和保護(hù)，以及氣囊展開(kāi)時(shí)方向的設(shè)計(jì)缺乏充分考慮。

2 一種頂棚式安全氣囊設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容

本設(shè)計(jì)的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種在氣囊工作時(shí)能夠?yàn)檎陉?yáng)板提供保護(hù)的頂棚式安全氣囊。

為了達(dá)到上述目的，本設(shè)計(jì)是一種頂棚式安全氣囊，包括氣體發(fā)生器、氣袋和殼體，其特征在于：氣體發(fā)生器內(nèi)置于氣袋內(nèi)，氣袋安裝在殼體內(nèi)，殼體安裝在頂棚內(nèi)，殼體包括遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)、固定加強(qiáng)結(jié)構(gòu)、翻折弱化結(jié)構(gòu)和發(fā)生器固定結(jié)構(gòu)，遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)位于殼體前端，遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)與固定加強(qiáng)結(jié)構(gòu)之間采用翻折弱化結(jié)構(gòu)連接，發(fā)生器固定結(jié)構(gòu)設(shè)在固定加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的后端，固定加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)設(shè)有安裝支架。遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)的兩側(cè)設(shè)有另一安裝支架，另一安裝支架的安裝面上設(shè)有二級(jí)限位卡扣，二級(jí)限位卡扣與頂棚連接。固定加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)有向上凸起的加強(qiáng)筋一，遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)位于固定加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的前側(cè)，氣袋展開(kāi)時(shí)，遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)沿著翻折弱化結(jié)構(gòu)向下翻折。

2.1 設(shè)計(jì)步驟

本設(shè)計(jì)是一種頂置式氣囊裝置，一種頂棚式安全氣囊，包括氣體發(fā)生器、氣袋和殼體。氣體發(fā)生器內(nèi)置于氣袋內(nèi)，氣體發(fā)生器為氣囊展開(kāi)提供氣體和能量。氣袋安裝在殼體內(nèi)，當(dāng)氣囊工作時(shí)，氣袋從頂棚中展開(kāi)于乘員和前擋風(fēng)玻璃之間，并以前擋風(fēng)玻璃為限位支撐，對(duì)乘員提供正面保護(hù)。殼體安裝在頂棚內(nèi)，殼體為遮陽(yáng)板，氣袋和氣體發(fā)生器提供安裝界面。

參見(jiàn)圖1，殼體包括遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)、固定加強(qiáng)結(jié)構(gòu)、翻折弱化結(jié)構(gòu)和發(fā)生器固定結(jié)構(gòu)，遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)位于殼體前端，遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)與固定加強(qiáng)結(jié)構(gòu)之間采用翻折弱化結(jié)構(gòu)連接，發(fā)生器固定結(jié)構(gòu)設(shè)在固定加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的后端，固定加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)設(shè)有安裝支架。安裝支架的安裝面上設(shè)有通孔，螺栓穿過(guò)通孔后，與頂棚連接，遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)的兩側(cè)設(shè)有另一安裝支架，另一安裝支架的安裝面上設(shè)有二級(jí)限位卡扣，二級(jí)限位卡扣與頂棚連接。

遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)為遮陽(yáng)板提供卡扣、螺栓和鉚接等形式的安裝模式，且遮陽(yáng)板的安裝位置可以根據(jù)車身人機(jī)工程學(xué)的要求設(shè)計(jì)，不受頂棚式氣囊的影響。

參見(jiàn)圖2，當(dāng)氣袋展開(kāi)時(shí)，遮陽(yáng)板隨遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)一起沿著翻折弱化結(jié)構(gòu)向下翻折，減小遮陽(yáng)板受到氣囊的沖擊，保護(hù)遮陽(yáng)板。遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)向下翻折動(dòng)作也可為氣囊展開(kāi)提供充足空間和導(dǎo)向功能。

加強(qiáng)筋是為了減少殼體在氣囊展開(kāi)時(shí)的彈性變形量，以避免遮陽(yáng)板被殼體打飛或者損壞嚴(yán)重的情況出現(xiàn)，加強(qiáng)筋可將集中一個(gè)區(qū)域的應(yīng)力傳遞到殼體的其它區(qū)域，避免殼體局部發(fā)生變形。加強(qiáng)筋的數(shù)量可根據(jù)殼體的受力情況和彈性變形量設(shè)定。

發(fā)生器固定結(jié)構(gòu)包括U 型槽、P 型夾和限位棘爪，U 型槽的兩側(cè)分別設(shè)有P 型夾，P 型夾的外側(cè)端部設(shè)有限位棘爪，氣體發(fā)生器嵌設(shè)在U 型槽和P 型夾內(nèi)，氣體發(fā)生器的兩端卡在兩側(cè)的限位棘爪之間。U 型槽對(duì)氣體發(fā)生器所產(chǎn)生的氣體進(jìn)行導(dǎo)向，使氣體高速充滿氣袋，保證氣袋展開(kāi)實(shí)際軌跡與設(shè)計(jì)軌跡一致，對(duì)乘員起到充分保護(hù)作用，另外，U 型槽將氣體順利的導(dǎo)出，也可減小固定加強(qiáng)結(jié)構(gòu)所受到氣體的沖擊力，降低殼體發(fā)生變形的風(fēng)險(xiǎn)。P 型夾和限位棘爪將氣體發(fā)生器限定在設(shè)計(jì)安裝點(diǎn)，避免氣體發(fā)生器在氣囊工作時(shí)發(fā)生較大位移，避免氣體發(fā)生器上的泄氣孔相對(duì)殼體的位置發(fā)生改變，保證氣體輸出方向及氣囊的展開(kāi)位置。

翻折弱化結(jié)構(gòu)包括V 型槽，腰形孔弱化結(jié)構(gòu)和圓孔弱化結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度根據(jù)殼體的受力分布設(shè)計(jì)。翻折弱化結(jié)構(gòu)邊緣設(shè)有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的作用是便于遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)沿弱化結(jié)構(gòu)整體向下翻折。

2.2 設(shè)計(jì)原理

圖1 頂棚式安全氣囊殼體示意圖

本設(shè)計(jì)中，翻折弱化結(jié)構(gòu)為V 型槽。固定加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)有向上凸起的加強(qiáng)筋一，遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)位于固定加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的前側(cè)，加強(qiáng)筋一的作用是使遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)能夠在氣囊工作時(shí)沿V 型槽整體向下翻折一定角度。遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)2 上設(shè)有向上凸起的加強(qiáng)筋二，加強(qiáng)筋二將應(yīng)力集中區(qū)域的力傳遞到其它區(qū)域，使遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)在翻折之前不發(fā)生變形，避免遮陽(yáng)板受到?jīng)_擊。

在受到氣囊展開(kāi)的沖擊時(shí)，二級(jí)限位卡扣的第一級(jí)發(fā)生脫落，以此保證殼體上的遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)順利向下翻折，并且與翻折弱化結(jié)構(gòu)一起控制遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)向下翻折的角度，使遮陽(yáng)板安裝結(jié)構(gòu)向下翻折后為氣囊提供展開(kāi)所需的空間和導(dǎo)向功能。另外，二級(jí)限位卡扣可滿足遮陽(yáng)板日常工作所需的強(qiáng)度要求。

3 結(jié)論

確保汽車行駛的安全性, 解決乘車人員的安全越來(lái)越受到人們的重視。而在汽車上裝配安全氣囊就是一種有效的解決方法。不同于傳統(tǒng)的安全氣囊，本篇論述了一種新的頂棚式安全氣囊。另外，本設(shè)計(jì)同現(xiàn)有技術(shù)相比，設(shè)計(jì)了頂棚式安全氣囊的結(jié)構(gòu)，通過(guò)殼體的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，解決了裝有頂棚式正面保護(hù)安全氣囊的遮陽(yáng)板安裝問(wèn)題，在保證遮陽(yáng)板和頂棚完整性的前提下為氣囊提供充足的展開(kāi)空間，在氣囊工作時(shí)，殼體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也為遮陽(yáng)板提供保護(hù)，避免其受到氣囊的影響。

圖2 頂棚式安全氣囊展開(kāi)后