側(cè)氣簾B柱導(dǎo)向支架的設(shè)計(jì)研究

羅傳東 宋紹文

摘 要：側(cè)面碰撞事故中頭部的撞擊往往會(huì)造成致命的傷害。安全氣簾是專門針對(duì)頭部保護(hù)的安全裝置，在側(cè)面碰撞事故中能有效地避免乘員頭部受傷或減小其受傷的程度，安全氣簾的設(shè)計(jì)與研發(fā)是十分必要的。文章總結(jié)了側(cè)面安全氣簾的設(shè)計(jì)與開發(fā)技術(shù)，其中包括：安全氣囊的結(jié)構(gòu)和工作原理、重點(diǎn)介紹了安全氣簾的B柱導(dǎo)向支架開發(fā)與子系統(tǒng)試驗(yàn)的驗(yàn)證.總結(jié)了一套安全氣簾設(shè)計(jì)開發(fā)的流程，對(duì)于同類型安全氣簾的開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：側(cè)氣簾;側(cè)氣簾B柱導(dǎo)向支架;子系統(tǒng)試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：U462.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）21-70-03

Abstract： Side impact collisions in the head are 0ften causing fatal injuries. So a curtain airbag is designed for head protection. In side impact accidents， it can effectively prevent occupant's head injuries or reduce its level of injuries. It is necessary to design and develop curtain airbag. In the paper， technologies of the curtain airbags design and development are summarized， including： airbag structure and working principle， focusing on the design elements of the curtain airbag ramp of B pillar and the subsystems experiment， the design and development flow of curtain airbag is summed up， and it is a guide for the development of the same type of curtain airbags.

Keywords： Side curtain; Side curtain B-pillar guide bracket; Subsystems experiment

CLC NO.： U462.1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）21-70-03

1 引言

在道路交通事故中，車輛發(fā)生事故形態(tài)多樣，包括正面碰撞、追尾、側(cè)面碰撞、翻滾等多種形式。其中發(fā)生側(cè)面碰撞（包含翻滾）對(duì)乘員的傷害主要集中在頭部、頸部、胸部、腹部、骨盆等處。事故分析結(jié)果顯示，車輛發(fā)生側(cè)面碰撞時(shí)，頭部與車窗框及外部物體的撞擊是導(dǎo)致乘員死亡的主要原因之一，占側(cè)面碰撞死因的60%。我國(guó)對(duì)汽車側(cè)面碰撞的研究也有一定的進(jìn)展，并于2006年7月開始實(shí)施汽車側(cè)面碰撞的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：《汽車側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)》，同時(shí)不斷提升新車評(píng)價(jià)體系（C-CNCAP）標(biāo)準(zhǔn)。

為了減少側(cè)面交通事故中頭部發(fā)生的嚴(yán)重傷害，座椅側(cè)氣囊、側(cè)氣簾的開發(fā)逐步成為一種趨勢(shì)。在美國(guó)的IIHS調(diào)查顯示，在側(cè)面碰撞中，如果乘員艙未發(fā)生嚴(yán)重變形，配置了側(cè)氣囊可減少11%致死率，配置了側(cè)氣囊和頭部側(cè)氣簾則可減少45%死亡率，因此側(cè)氣簾的開發(fā)很有必要性[1]。同時(shí)，汽車消費(fèi)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)激烈，安全性能也越來越受消費(fèi)者關(guān)注。側(cè)氣簾已從過去的C-NCAP加分項(xiàng)，逐漸成為車輛安全系統(tǒng)方面的標(biāo)準(zhǔn)配置，并作為車輛安全賣點(diǎn)。在2018版本的CNCAP測(cè)試規(guī)則中，安全氣簾的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格，對(duì)氣簾的布置結(jié)構(gòu)、展開形式、保護(hù)區(qū)域、保護(hù)效果等方面提出更嚴(yán)格的要求。

與其他安全氣囊相比，側(cè)氣簾的開發(fā)牽涉到的內(nèi)飾件較多。頂棚、立柱、頂棚扶手、遮陽板等內(nèi)飾件的設(shè)計(jì)不合理均會(huì)影響氣簾的正常展開[2]。近年來，不少國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)側(cè)氣簾開展仿真研究，2002年Ayad Nayef等學(xué)者研究了側(cè)氣簾的展開對(duì)假人頭部運(yùn)動(dòng)的影響[3]。Naoki Kaneko等基于Madymo仿真技術(shù)運(yùn)用遺傳算法對(duì)側(cè)氣簾系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化[4][5]。在試驗(yàn)室驗(yàn)證方面，由于實(shí)車碰撞試驗(yàn)成本高，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，而且試驗(yàn)環(huán)境不易調(diào)控，因此為驗(yàn)證側(cè)氣簾系統(tǒng)的性能以及與周邊零部件的穩(wěn)定性，開展側(cè)氣簾在子系統(tǒng)中的靜態(tài)展開試驗(yàn)。由于子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)可以在不同的環(huán)境溫度（大型溫箱進(jìn)行控制）下開展試驗(yàn)，用于模擬不同的環(huán)境工況，充分驗(yàn)證產(chǎn)品性能。本文重點(diǎn)關(guān)注在不同車型的側(cè)氣簾子系統(tǒng)點(diǎn)爆驗(yàn)證工作中不同形態(tài)的B柱氣簾導(dǎo)向支架對(duì)氣簾的展開狀態(tài)研究。

2 側(cè)氣簾的工作原理與氣袋設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)單的氣簾約束系統(tǒng)包括側(cè)氣簾總成、側(cè)碰撞傳感器及安全氣囊控制器總成（ACU）。氣簾模塊總成主要包括：氣袋、氣體發(fā)生器、發(fā)生器固定支架、固定片、氣簾導(dǎo)向支架。氣袋由兩片氣囊布料縫制而成，不設(shè)計(jì)泄氣孔。如果有保壓要求，一般采用帶涂層的布料，縫制的針腳也必須更為緊密。卷起來的氣簾安裝在側(cè)頂梁與頂棚內(nèi)飾之間，覆蓋范圍從A柱到C柱或更靠后面的立柱（多排座椅）。

2.1 側(cè)氣簾的工作原理

當(dāng)車輛受到側(cè)面碰撞或翻滾事故時(shí)，側(cè)碰傳感器接收到相應(yīng)的側(cè)碰信號(hào)傳遞給ACU，ACU根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)合整車氣囊標(biāo)定程序的結(jié)果，決定安全氣囊系統(tǒng)是否點(diǎn)爆、何時(shí)點(diǎn)爆。當(dāng)氣體發(fā)生點(diǎn)爆后，所產(chǎn)生的大量氣體通過導(dǎo)流片、氣道快速充入氣囊囊腔。不斷被充氣的氣簾從頂棚內(nèi)飾中沖出、展開形成像幕簾一樣形態(tài)的氣袋，覆蓋側(cè)圍區(qū)域，整個(gè)充滿周期一般在（20～30）ms左右。充氣狀態(tài)的側(cè)氣簾，能在發(fā)生交通事故的瞬間防止座椅外側(cè)乘員的頭部與車窗框、硬內(nèi)飾或者外部侵入物直接接觸、撞擊，降低乘員頭部傷害。

2.2 側(cè)氣簾的氣袋設(shè)計(jì)

目前氣袋草圖設(shè)計(jì)通過CAD軟件在座椅設(shè)計(jì)R點(diǎn)分別放置5%、50%、95%分位的假人，以假人頭部質(zhì)心為原點(diǎn)，85mm為半徑畫圓，確定氣簾充氣區(qū)域的邊界。再結(jié)合座椅導(dǎo)軌行程與不同分位的假人即可大致確認(rèn)氣簾的保護(hù)區(qū)域，見下圖1所示。再通過CAE建立仿真模型，確定氣簾的詳細(xì)參數(shù)，分析的內(nèi)容包括：氣袋容積的評(píng)估，氣袋覆蓋面積的校核，收縮力和張力的檢查，展開時(shí)間的校核，縫線形狀及位置的檢查等內(nèi)容。

完成上述優(yōu)化設(shè)計(jì)后，制作樣件、工裝夾具對(duì)氣簾開展零部件級(jí)別的驗(yàn)證試驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和確認(rèn)，并在實(shí)車上開展相關(guān)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。氣簾保護(hù)區(qū)確定后，會(huì)在B柱區(qū)域形成一個(gè)非填充區(qū)，導(dǎo)致氣簾容易與B柱內(nèi)飾護(hù)板產(chǎn)生鉤掛現(xiàn)象。

3 不同類型的B柱導(dǎo)向支架設(shè)計(jì)

在側(cè)氣簾展開過程中，不斷膨脹的氣袋沖擊內(nèi)飾結(jié)構(gòu)，良好的頂棚弱化結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定的內(nèi)飾固定點(diǎn)以及優(yōu)異的氣簾導(dǎo)向結(jié)構(gòu)之間的相互配合，才能使氣簾能及時(shí)充分展開，起到保護(hù)乘員的效果。因此為了使側(cè)氣簾能夠正常保護(hù)乘員，必須對(duì)周邊相關(guān)內(nèi)飾件設(shè)計(jì)提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)約束。

氣簾在B柱區(qū)域存在由單層的氣袋織布組成非充氣區(qū)。兩排車型的氣體發(fā)生器一般采用中置式，充氣口在B柱上方，氣流通過導(dǎo)氣孔對(duì)前后兩個(gè)囊腔進(jìn)行充氣，因此在氣簾展開時(shí)B柱區(qū)域所受到的沖擊力較大。同時(shí)，非充氣區(qū)域的存在使得氣袋在B柱區(qū)域掛住、延遲展開甚至展開不完整。為解決這種不合理的展開現(xiàn)象，需要在B柱區(qū)域增加相應(yīng)的導(dǎo)向支架或結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)氣簾的正常展開。結(jié)合現(xiàn)階段開發(fā)的幾種車型，對(duì)金屬導(dǎo)向支架與自帶導(dǎo)向支架進(jìn)行對(duì)比研究。

3.1 金屬導(dǎo)向支架

金屬導(dǎo)向件即在B柱內(nèi)飾護(hù)板上端，通過增加一個(gè)金屬鈑金件，將內(nèi)飾護(hù)板的孔洞、縫隙進(jìn)行掩蓋，使氣簾在展開過程中能夠順利滑出。

某車型A與B在開發(fā)過程中，均采用金屬導(dǎo)向支架，與內(nèi)飾護(hù)板的裝配效果如下圖2所示。因車型A與車型B為同平臺(tái)產(chǎn)品，側(cè)氣簾、內(nèi)飾的設(shè)計(jì)均有很大的通用性，二者之間僅氣簾導(dǎo)向支架的支持面結(jié)構(gòu)有所不同。

3.2 氣簾自帶的塑料導(dǎo)向支架

在整車降重方面，可以將氣簾B柱區(qū)域的金屬導(dǎo)向件，變更為塑料導(dǎo)向支架，同時(shí)集成在側(cè)氣簾上。這樣在減重的同時(shí)，減少相應(yīng)的裝配工序。某車型C在開發(fā)過程中用塑料導(dǎo)向件替代金屬導(dǎo)向支架如下圖3，在氣簾展開過程中，膨脹的氣袋撐開塑料導(dǎo)向件，起到導(dǎo)向作用。

4 側(cè)氣簾子系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)

4.1 側(cè)氣囊子系統(tǒng)試驗(yàn)

側(cè)氣簾子系統(tǒng)試驗(yàn)是將側(cè)氣簾安裝在白車上，并將周邊的內(nèi)飾件：頂棚、扶手、遮陽板、ABC柱內(nèi)飾板等按照實(shí)車狀態(tài)進(jìn)行裝配而開展的環(huán)境點(diǎn)爆試驗(yàn)，屬于靜態(tài)點(diǎn)爆試驗(yàn)。氣簾子系統(tǒng)所采用的實(shí)驗(yàn)矩陣如下表1，表內(nèi)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為必做內(nèi)容。在試驗(yàn)過程中，將裝配好相關(guān)內(nèi)飾件的白車身在大型溫箱內(nèi)（模擬高低溫環(huán)境）保溫四個(gè)小時(shí)，移出箱外2分鐘之內(nèi)進(jìn)行點(diǎn)爆。在DV試驗(yàn)中如果出現(xiàn)失效問題，應(yīng)對(duì)問題件進(jìn)行整改后，繼續(xù)開展子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。

對(duì)子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)要求如下：

（1）試驗(yàn)過程中氣簾（包括拉帶）能夠正常展開，試驗(yàn)過程中側(cè)氣簾沒有發(fā)生卡滯現(xiàn)象，內(nèi)飾件無松開、脫落現(xiàn)象。

（2）試驗(yàn)過程中，不得有因氣囊展開而引起的硬質(zhì)飛濺物，如硬塑料碎片，金屬碎片等。

（3）軟質(zhì)飛濺物如氣袋纖維，飾件織物層等，在滿足下述條件前提下可以接受。單片軟質(zhì)飛濺物最大允許重量為3g，軟質(zhì)飛濺物的最大允許總量為5g。

（4）任何軟質(zhì)飛濺物不允許有任何銳邊、尖角、毛刺等會(huì)傷及乘員的特征出現(xiàn)。

（5）試驗(yàn)后氣袋完整，縫線區(qū)域無脹列，氣袋沒有被刮破、燒蝕等現(xiàn)象。

4.2 子系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

根據(jù)我司不同車型產(chǎn)品配置狀態(tài)，采用上述金屬導(dǎo)向支架與氣簾自帶導(dǎo)向面進(jìn)行子系統(tǒng)試驗(yàn)，研究不同形態(tài)的導(dǎo)向件對(duì)氣簾展開的影響。測(cè)試驗(yàn)證結(jié)果如下表2：

車型A、B均為同一平臺(tái)產(chǎn)品，二者僅氣簾導(dǎo)向支架支撐面結(jié)構(gòu)有所差距（見圖2）。車型A的導(dǎo)向支架支撐面完全覆蓋住B柱內(nèi)飾護(hù)板，且超過內(nèi)飾護(hù)板外沿20mm;車型B的導(dǎo)向支架左右留有空隙，在氣簾展開過程中無充氣區(qū)的氣袋被鉤住。對(duì)車型C的試驗(yàn)后樣件進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)后的塑料導(dǎo)向支架還包裹著部分氣袋，常溫、高溫情況下均無該現(xiàn)象產(chǎn)生。該現(xiàn)象與塑料的性能與溫度高低有關(guān)，且發(fā)生器在低溫情況下氣體壓力也比較低。

整改方案：

（1）延長(zhǎng)車型B的氣簾導(dǎo)向支架支持面，外沿至少覆蓋內(nèi)飾孔洞20mm，如下圖4（A）所示;

（2）車型C的塑料導(dǎo)向結(jié)構(gòu)件底部區(qū)域進(jìn)行切削處理，降低開口撐開時(shí)的力度，如下4（B）所示。

將整改后的零部件再開展相關(guān)的子系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果表明，在所有不同的環(huán)境溫度工況下均正常展開。

5 結(jié)論

側(cè)氣簾的開發(fā)主要是為了保護(hù)在側(cè)面交通事故中乘員的頭部，降低頭部傷害值。通過對(duì)幾種不同的側(cè)氣簾B柱導(dǎo)向支架的試驗(yàn)對(duì)比研究可知：

（1）氣簾自帶塑料導(dǎo)向支架，因塑料的性能與環(huán)境溫度影響較大，需要開展多次的驗(yàn)證試驗(yàn)，匹配好塑料殼體的撐開力度，對(duì)開發(fā)周期影響較大;

（2）金屬導(dǎo)向支架對(duì)氣簾的整車展開性能最為穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)過程中需要注意導(dǎo)向面高度、支撐面尺寸，避免孔洞存在。

通過該對(duì)比方案的測(cè)試結(jié)果，為后續(xù)新車型的B柱導(dǎo)向支架的開發(fā)提供一定的參考意義。

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