某車型前排乘客側假人頭部傷害值優(yōu)化實踐

（鄭州職業(yè)技術學院汽車工程系 450121）

1 課題背景

某車型氣囊開發(fā)過程中，氣囊供應商進行第一輪臺車優(yōu)化后，假人的主要傷害指標如表1 所示，滿足國家正碰法規(guī)GB 11551-2014 版的要求。經(jīng)過第一輪臺車試驗后，確定乘客側正面氣囊參數(shù)如表2 所示。氣囊包型為拳套狀，內部設置2 根縱向拉帶。

鑒于臺車試驗結果滿足目標要求，安排實車進行驗證摸底。試驗后對結果分析，前排乘客側假人頭部傷害值HIC36 為1 105，發(fā)生時刻為60.8 ～96.8 ms，超出1 000 的法規(guī)限制值。針對假人頭部傷害值超標的問題，需要進一步分析試驗結果，找出原因，并確定可行的改進方向，盡快解決該問題，保證項目節(jié)點。

表1 第一輪臺車標定假人傷害值

表2 前排乘客側正面氣囊參數(shù)

2 課題研究目標和內容

2.1 研究目標

項目周期要求15 天，保證整車約束系統(tǒng)成本不增加的前提下，通過優(yōu)化氣囊參數(shù)，使前排乘客側假人頭部傷害值HIC36 小于1 000，且所有指標必須滿足國標GB 11551-2014 的要求。

2.2 研究內容

通過試驗數(shù)據(jù)分析，找出假人頭部傷害值超標的原因。對試驗數(shù)據(jù)進行綜合對比，分析了安全氣囊形狀對假人接觸狀態(tài)的影響，總結了拉帶對氣囊穩(wěn)定性和形狀的作用，指出了氣囊排氣孔直徑和開孔位置與氣囊剛度的關系，進而確定了排氣孔直徑對頭部加速度值的影響。最后通過優(yōu)化安全氣囊的形狀、氣囊內拉帶的長度及數(shù)量和排氣孔的直徑及位置等降低了頭部傷害值。

降低頭部HPC 值，可采用的手段有很多。本項目基于降低開發(fā)成本的要求，該車型只能采用普通三點式安全帶。因此只能優(yōu)先考慮優(yōu)化安全氣囊的方法，這樣一來可優(yōu)化的空間受到一定限制，優(yōu)化難度將加大。對安全氣囊進行優(yōu)化，難點是找出安全氣囊各參數(shù)與假人頭部加速度值的相互關系，以及如何合理匹配各參數(shù)使安全氣囊發(fā)揮最優(yōu)作用[1]。

3 課題實施措施

分析第一輪臺車和實車試驗的乘客頭部加速度，實車試驗時假人頭部的ax、az 向加速度均較臺車試驗時升高。其中ax 向最大值升高約10.0 G，且在70.0 ～100.0 ms 時假人頭部ax 向加速度升高值較大；az 向在66.0 ～100.0 ms 時整體升高約3.7 G。實車試驗HIC36 超標發(fā)生的時間在60.8 ～96.8 ms，實車較臺車的假人頭部加速度az 和ax 值增加的區(qū)間與實車HIC36 超標發(fā)生的時間段高度吻合。因此實車試驗乘客頭部ax、az 向加速度升高是實車驗證時前排乘客頭部HIC36 超標的主要原因。

該車型第一輪氣囊標定共進行4 次臺車試驗，最終確定的氣囊狀態(tài)和原P11 車型氣囊匹配時臺車試驗確定的氣囊狀態(tài)。對比發(fā)現(xiàn)，原P11 車型氣囊與假人的接觸狀態(tài)明顯優(yōu)于某車型，假人的接觸面積更大，對假人的支撐作用更好。氣囊在x 向展開的長度更長，假人與氣囊之間的相對距離更近，因此假人接觸氣囊的時間會提前，使得氣囊對假人頭部、胸部的緩沖作用更好。鑒于上述對比分析，首先確定了對氣袋形狀進行優(yōu)化的首選方向[2]。

第一輪臺車試驗所確定的氣囊在z 向分別布置有上下2 根拉帶，拉帶方向沿整車x 向，位于上部的拉帶長度為450.00 mm，位于下部的拉帶長度為380.00 mm。 因此氣囊在x 向的最大展開長度將被限值在450.00 mm 內，y 向無拉帶限制。不難發(fā)現(xiàn)某車型第一次匹配的氣囊x 向展開長度偏小，不利于假人與氣囊提前接觸。另外氣囊充滿的時刻較晚，充滿后形狀不夠飽滿，充分反映了氣囊穩(wěn)定性較差，影響假人頭部與氣囊的接觸狀態(tài)，這樣的氣囊裝在實車上，必然會導致實車試驗結果與臺車的差異。根據(jù)上述分析，考慮在氣囊優(yōu)化時將縱向拉帶更改為橫向拉帶。

圖1 氣囊狀態(tài)狀態(tài)圖

圖2 頭部加速度曲線圖

安全氣囊排氣孔的尺寸和位置影響氣囊的剛度值。排氣孔越大，泄氣越快，氣囊的剛度值越低，同時剛度值降低的也越快。另外，排氣孔越靠近假人頭部的接觸區(qū)域，該區(qū)域的剛度值降低也越快，因此排氣孔直徑和位置的優(yōu)化也是降低頭部加速度的重要方向。不同排氣孔尺寸對假人頭部合成加速度的影響，綜合來看，適當增加排氣孔直徑，頭部加速度值ax 向會降低，az 向略升高，但合成加速度仍然降低，因此對頭部傷害值的降低仍是有利的。

綜上所述，通過調整氣囊裁片的形狀優(yōu)化氣囊的包型，另外將原縱向拉帶調整為橫向拉帶，控制氣袋在y 向的展開厚度和改變氣袋的體積。

依據(jù)上述氣囊參數(shù)進行滑臺試驗，主要試驗數(shù)據(jù)如下。圖1為氣囊展開狀態(tài)，圖2 為駕駛員頭部加速度曲線。由圖1 可知，氣囊展開的狀態(tài)基本合理，氣囊的波動較第一輪的情況明顯改善。經(jīng)過計算，優(yōu)化后的臺車試驗乘客頭部傷害HIC36 為865，對應的時間區(qū)間為58.6 ～94.6 ms。由圖2 可知，經(jīng)過再次優(yōu)化后的臺車試驗乘客頭部合成的加速度在該區(qū)間內的值均小于某車型第一次實車驗證的值。說明通過優(yōu)化氣囊參數(shù)，基本達到了改善氣囊與假人接觸狀態(tài)和降低頭部傷害值的目的[3]。

4 課題實施的經(jīng)濟價值及社會意義

通過優(yōu)化氣囊參數(shù)，在不增加約束系統(tǒng)配置和成本的前提下，產(chǎn)生如下效果及經(jīng)濟價值。

（1）該實踐具有一般性，可指導其他車型的氣囊匹配工作，提高開發(fā)效率。單次臺車試驗費用約3 萬元，通過減少臺車試驗次數(shù)可降低開發(fā)成本。

（2）通過正碰法規(guī)是整車公告下發(fā)的必要條件，優(yōu)化后某車型實車滿足國標GB11551-2014 版正碰法規(guī)的要求，避免了整車公告無法下達的風險。預計該車型年產(chǎn)銷30 000 臺，將為企業(yè)和社會帶來較高的經(jīng)濟效益。

（3）通過優(yōu)化氣囊參數(shù)降低了乘員受損傷的程度，為乘員的生命安全提供必須的保障。向消費者提供合格的產(chǎn)品，很好履行了企業(yè)的社會責任感。