乘員間氣囊技術(shù)研究

張雷，苑子君，李石，崔瑋

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

乘員間氣囊技術(shù)研究

張雷，苑子君，李石，崔瑋

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

文章從乘員間氣囊結(jié)構(gòu)、仿真分析、試驗(yàn)幾個(gè)方面入手，對乘員間氣囊展開了深入研究，最后得到某車型配置乘員間氣囊以后，在側(cè)面碰撞臺(tái)車試驗(yàn)中假人頭部傷害值的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

乘員間氣囊；CAE仿真分析；子系統(tǒng)試驗(yàn)；臺(tái)車試驗(yàn)；假人傷害值

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-42-03

引言

中國每年交通事故50萬起，因交通事故死亡人數(shù)每年均超過10萬人，穩(wěn)居世界第一。據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，每5分鐘就有一人喪生交通事故，每1分鐘就會(huì)有一人因交通事故傷殘。為了切實(shí)保障乘客的生命安全，降低死亡率，安全法規(guī)日趨嚴(yán)格，在EuroNCAP中，計(jì)劃在側(cè)面碰撞試驗(yàn)中增加遠(yuǎn)端乘員保護(hù)測試，考察因側(cè)面碰撞乘員間頭部互相撞擊造成的傷害。為了應(yīng)對市場需求以及法規(guī)要求，國內(nèi)各大主機(jī)廠展開了對乘員間氣囊的研究?；诖耍疚膹某藛T間氣囊結(jié)構(gòu)，仿真，試驗(yàn)幾個(gè)方面對乘員間氣囊展開了深入研究。

1 技術(shù)方案

參考?xì)饽耶a(chǎn)品開發(fā)流程，按照對乘員間氣囊自身結(jié)構(gòu)、布置校核、仿真分析、樣件制作、子系統(tǒng)試驗(yàn)、整車試驗(yàn)的順序?qū)Τ藛T間氣囊展開研究，最終得到乘員間氣囊保護(hù)效果數(shù)據(jù)。本文主要對乘員間氣囊的結(jié)構(gòu)、仿真、試驗(yàn)進(jìn)行的研究展開論述。

1.1 乘員間氣囊結(jié)構(gòu)研究

圖1 OTO的拉帶結(jié)構(gòu)

乘員間氣囊布置位置和側(cè)氣囊類似，都布置在座椅靠背發(fā)泡層內(nèi)，不同的是普通側(cè)氣囊展開后依靠門板對其進(jìn)行支撐，且含有排氣孔不需要保壓，側(cè)氣囊展開后處于乘員和副駕駛員之間，無外界支撐結(jié)構(gòu)，需要靠其自身結(jié)構(gòu)保持其直立狀態(tài)且需要保壓。乘員間氣囊氣袋在結(jié)構(gòu)上要比普通側(cè)氣囊更復(fù)雜。本文設(shè)計(jì)的乘員間氣囊采用特殊的拉帶結(jié)構(gòu)，如圖一所示，在氣袋中增加一個(gè)圓形拉帶以及兩條豎線拉帶，在氣囊展開后對氣袋起到支撐作用，用以保證其展開后的狀態(tài)，支撐在駕駛員和副駕駛之間[1-2]。

1.2 乘員間氣囊仿真分析

1.2.1 乘員間氣囊約束系統(tǒng)仿真分析

本文對乘員間氣囊子系統(tǒng)靜態(tài)點(diǎn)爆的研究采用仿真和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，在約束系統(tǒng)仿真中對氣袋結(jié)構(gòu)、袋形進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而進(jìn)行OTO的靜態(tài)點(diǎn)爆，試驗(yàn)和仿真兩者交替進(jìn)行最終得到乘員間氣囊最優(yōu)的靜態(tài)展開效果。

仿真模型組成：乘員間氣囊約束系統(tǒng)仿真模型按照乘員間氣囊子系統(tǒng)工裝靜態(tài)展開試驗(yàn)工裝建模而成。包括IP、假人腿部工裝、OTO模型。圖2所示為OTO約束系統(tǒng)靜態(tài)展開模型示意圖。

氣囊模型：氣囊模型根據(jù)參照幾何建模，氣囊初始狀態(tài)實(shí)際幾何根據(jù)參照幾何縮放，安裝至氣囊殼體中，進(jìn)而安裝到IP上。

仿真結(jié)果：OTO展開動(dòng)畫如圖3所示，展開動(dòng)作穩(wěn)定，整個(gè)過程符合預(yù)期，和實(shí)際的子系統(tǒng)試驗(yàn)氣袋展開狀態(tài)一致，在仿真中進(jìn)一步對氣袋邊界尺寸進(jìn)行了優(yōu)化。

圖2 OTO仿真靜態(tài)展開示意圖

圖3 OTO仿真分析靜態(tài)展開示意圖

1.2.2 乘員間氣囊碰撞仿真分析

利用某車MDB仿真模型，在副駕中增加HIII 50%假人進(jìn)行整車碰撞仿真分析，碰撞仿真流程如圖四所示。本文中進(jìn)行乘員間氣囊碰撞仿真的目的是建立起乘員間氣囊碰撞仿真的能力，參考臺(tái)車試驗(yàn)的實(shí)物模型搭建仿真分析模型。后期開發(fā)乘員間氣囊時(shí)可先進(jìn)行仿真分析，評估乘員間氣囊的保護(hù)效果。

圖4 整車碰撞仿真分析流程示意圖

1.3 乘員間氣囊臺(tái)車試驗(yàn)

臺(tái)車加速度曲線采用某車型50kph MDB左側(cè)B柱加速度曲線，駕駛員側(cè)擺放ESII假人，副駕駛側(cè)擺放HIII 50%假人，為了得到配置乘員間氣囊以后對假人頭部HIC的降低效果，首先進(jìn)行未配置乘員間氣囊的臺(tái)車試驗(yàn)，得到假人頭部傷害值，然后在相同的試驗(yàn)工況下，增加乘員間氣囊再次進(jìn)行試驗(yàn)，通過前后兩次試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，得到乘員間氣囊對乘客的保護(hù)效果數(shù)據(jù)。

1.3.1 試驗(yàn)基本參數(shù)設(shè)置

試驗(yàn)參數(shù)基本設(shè)置情況如圖五所示。其中試驗(yàn)編號為1的試驗(yàn)不含乘員間氣囊，試驗(yàn)編號為2、3的試驗(yàn)含有乘員間氣囊。

圖5 試驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

1.3.2 試驗(yàn)工裝

（1）試驗(yàn)應(yīng)用某車型前排正面工裝，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°固定在臺(tái)車平臺(tái)上。

（2）試驗(yàn)Pulse為該車型50kph MDB 左側(cè)B中柱加速度曲線。如圖6所示。

（3）車門為簡易木頭工裝支撐假人軀干，CAB由泡沫模擬，支撐駕駛員頭部發(fā)生碰撞后反彈，試驗(yàn)工裝如圖7所示。

通過以上實(shí)驗(yàn)設(shè)置，模擬側(cè)面碰撞中，乘員頭部相互撞擊的情況：

圖6 Pulse曲線圖

圖7 臺(tái)車工裝示意圖

1.4 試驗(yàn)結(jié)果

先后進(jìn)行了配置乘員間氣囊以及未配置乘員間氣囊的試驗(yàn)，試驗(yàn)視頻截圖如圖8、9所示。從試驗(yàn)視頻截圖中可以看出，在未配置乘員間氣囊的臺(tái)車試驗(yàn)中，駕駛員和副駕駛兩個(gè)假人的頭部撞擊在一起。配置乘員間氣囊的臺(tái)車試驗(yàn)中，乘員間氣囊很好的支撐在駕駛員和副駕駛頭部之間，防止頭部彼此之間的撞擊。

圖8 未配置OTO氣囊臺(tái)車試驗(yàn)

圖9 配置OTO氣囊臺(tái)車試驗(yàn)

試驗(yàn)后假人頭部傷害情況見圖10。

圖10 試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)

從圖十的試驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，駕駛員頭部HCI值從原來的704降低到249、261，副駕駛員頭部傷害值從625降低到47、44，駕駛員3ms合成加速度也從58g降低到51g、54g，副駕駛3ms合成加速度從48g降低到25g、26g，乘員間氣囊起到了很好的保護(hù)效果。

2 結(jié)論與展望

通過含有OTO氣囊和不含OTO氣囊臺(tái)車試驗(yàn)假人頭部傷害情況研究，得出結(jié)論：乘員間氣囊在側(cè)面碰撞工況中可對乘員間的頭部起到有效保護(hù)，降低其HIC值。

本文在對乘員間氣囊進(jìn)行臺(tái)車試驗(yàn)研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)乘員間氣囊展開后的位置存在不穩(wěn)定因素，如圖12、13所示，氣袋展開后不能很好的處于駕駛員和副駕駛兩者頭部之間，有時(shí)在兩者身體之后有時(shí)在兩者身體之前，乘客的頭部仍舊有互相撞擊的情況發(fā)生。為了解決此問題，本文創(chuàng)新性的增加了氣袋外側(cè)拉帶，使氣袋展開后恰好處于駕駛員和副駕駛員之間。由于本文是研究性項(xiàng)目，不能對方案的可靠性進(jìn)行充分驗(yàn)證。實(shí)際車禍工況比試驗(yàn)室的工況更加復(fù)雜，乘員間氣囊量產(chǎn)時(shí)還需進(jìn)行大量的試驗(yàn)對其展開狀態(tài)的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。

圖12 乘員間氣囊臺(tái)車試驗(yàn)失敗案例

圖13 乘員間氣囊臺(tái)車 試驗(yàn)失敗案例

[1] 張慶義, 用于保護(hù)車輛中的司乘人員的方法和系統(tǒng), 發(fā)明專利201410301446.8.

[2] 曾必強(qiáng), 謝書港.一種自適應(yīng)車內(nèi)乘員的約束系統(tǒng)及工作方法.201410667990.4.

The Research of OTO Airbag

Zhang Lei, Yuan Zijun, Li Shi, Cui Wei
（Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd. Technical Center, Anhui Hefei 230601）

This article study deeply on the structure, simulation analysis and test of OTO airbag. At last, we have sled test using one car. We get the test data of dummy head damage.

OTO airbag; CAE Simulation; system test; sled test ; dummy damage

U467.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)19-42-03

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2017.19.016

張雷，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。