（鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)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(yīng)商進(jìn)行第一輪臺(tái)車優(yōu)化后，假人的主要傷害指標(biāo)如表1 所示，滿足國(guó)家正碰法規(guī)GB 11551-2014 版的要求。經(jīng)過第一輪臺(tái)車試驗(yàn)后，確定乘客側(cè)正面氣囊參數(shù)如表2 所示。氣囊包型為拳套狀，內(nèi)部設(shè)置2 根縱向拉帶。

鑒于臺(tái)車試驗(yàn)結(jié)果滿足目標(biāo)要求，安排實(shí)車進(jìn)行驗(yàn)證摸底。試驗(yàn)后對(duì)結(jié)果分析，前排乘客側(cè)假人頭部傷害值HIC36 為1 105，發(fā)生時(shí)刻為60.8 ～96.8 ms，超出1 000 的法規(guī)限制值。針對(duì)假人頭部傷害值超標(biāo)的問題，需要進(jìn)一步分析試驗(yàn)結(jié)果，找出原因，并確定可行的改進(jìn)方向，盡快解決該問題，保證項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)。

表1 第一輪臺(tái)車標(biāo)定假人傷害值

表2 前排乘客側(cè)正面氣囊參數(shù)

2 課題研究目標(biāo)和內(nèi)容

2.1 研究目標(biāo)

項(xiàng)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(cè)假人頭部傷害值HIC36 小于1 000，且所有指標(biāo)必須滿足國(guó)標(biāo)GB 11551-2014 的要求。

2.2 研究?jī)?nèi)容

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，找出假人頭部傷害值超標(biāo)的原因。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合對(duì)比，分析了安全氣囊形狀對(duì)假人接觸狀態(tài)的影響，總結(jié)了拉帶對(duì)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(guān)系，進(jìn)而確定了排氣孔直徑對(duì)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(nèi)拉帶的長(zhǎng)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(xiàng)目基于降低開發(fā)成本的要求，該車型只能采用普通三點(diǎn)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(lái)可優(yōu)化的空間受到一定限制，優(yōu)化難度將加大。對(duì)安全氣囊進(jìn)行優(yōu)化，難點(diǎn)是找出安全氣囊各參數(shù)與假人頭部加速度值的相互關(guān)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(shí)施措施

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

該車型第一輪氣囊標(biāo)定共進(jìn)行4 次臺(tái)車試驗(yàn)，最終確定的氣囊狀態(tài)和原P11 車型氣囊匹配時(shí)臺(tái)車試驗(yàn)確定的氣囊狀態(tài)。對(duì)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(duì)假人的支撐作用更好。氣囊在x 向展開的長(zhǎng)度更長(zhǎng)，假人與氣囊之間的相對(duì)距離更近，因此假人接觸氣囊的時(shí)間會(huì)提前，使得氣囊對(duì)假人頭部、胸部的緩沖作用更好。鑒于上述對(duì)比分析，首先確定了對(duì)氣袋形狀進(jìn)行優(yōu)化的首選方向[2]。

第一輪臺(tái)車試驗(yàn)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(zhǎng)度為450.00 mm，位于下部的拉帶長(zhǎng)度為380.00 mm。 因此氣囊在x 向的最大展開長(zhǎng)度將被限值在450.00 mm 內(nèi)，y 向無(wú)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(zhǎng)度偏小，不利于假人與氣囊提前接觸。另外氣囊充滿的時(shí)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(shí)車上，必然會(huì)導(dǎo)致實(shí)車試驗(yàn)結(jié)果與臺(tái)車的差異。根據(jù)上述分析，考慮在氣囊優(yōu)化時(shí)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(shí)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(duì)假人頭部合成加速度的影響，綜合來(lái)看，適當(dāng)增加排氣孔直徑，頭部加速度值ax 向會(huì)降低，az 向略升高，但合成加速度仍然降低，因此對(duì)頭部傷害值的降低仍是有利的。

綜上所述，通過調(diào)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(diào)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(jìn)行滑臺(tái)試驗(yàn)，主要試驗(yàn)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(dòng)較第一輪的情況明顯改善。經(jīng)過計(jì)算，優(yōu)化后的臺(tái)車試驗(yàn)乘客頭部傷害HIC36 為865，對(duì)應(yīng)的時(shí)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(tái)車試驗(yàn)乘客頭部合成的加速度在該區(qū)間內(nèi)的值均小于某車型第一次實(shí)車驗(yàn)證的值。說(shuō)明通過優(yōu)化氣囊參數(shù)，基本達(dá)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(shí)施的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及社會(huì)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(jì)價(jià)值。

（1）該實(shí)踐具有一般性，可指導(dǎo)其他車型的氣囊匹配工作，提高開發(fā)效率。單次臺(tái)車試驗(yàn)費(fèi)用約3 萬(wàn)元，通過減少臺(tái)車試驗(yàn)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(shí)車滿足國(guó)標(biāo)GB11551-2014 版正碰法規(guī)的要求，避免了整車公告無(wú)法下達(dá)的風(fēng)險(xiǎn)。預(yù)計(jì)該車型年產(chǎn)銷30 000 臺(tái)，將為企業(yè)和社會(huì)帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)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(fèi)者提供合格的產(chǎn)品，很好履行了企業(yè)的社會(huì)責(zé)任感。