汽车驾驶员安全气囊滑台试验*

高奇 杨胜 孙一瑶

（1.辽宁工业大学；2.锦州锦恒汽车安全系统有限公司）

随着汽车的逐渐普及，汽车碰撞引发的安全事故逐年上升，安全气囊成为保护乘员安全的必要配置之一[1]。滑台试验是指利用实车白车身，组装车内影响假人运动的必要结构件，模拟真实的碰撞状态，通过滑台进行多次试验不断验证及优化安全气囊参数。它是一种降低安全气囊产品开发成本的必要手段[2-3]。实车试验周期长、费用高、风险大，因此滑台试验成为约束系统开发中不可缺少的手段。受滑台设备能力和侧面碰撞试验特点的影响，目前国内约束系统侧面滑台试验技术手段尚未完全成熟。文章以某车型安全气囊为研究对象，通过数字化设计和滑台试验进行了相关试验研究，获得了满意的数据。

1 安全气囊数字化设计与实现

驾驶员安全气囊（DAB）的功能为，在汽车发生事故时及时起爆，对驾驶员（胸部及头部）起到保护作用，其主要组件有：饰盖、压板、发生器、气袋、接插件及图标。饰盖和压板为设计关键件，主要作用是作为气袋的容器和保证气袋的起爆方向，重要的设计特征为撕裂线的尺寸及位置。为了控制气袋起爆方向和缓冲气袋的快速起爆，防止饰盖在气袋起爆将其撕裂时被完全破坏，故将撕裂线厚度由中心至边缘依次减小，并在撕裂线终了处打入小盲孔，从而终止饰盖撕裂处继续撕裂。DAB饰盖数字化设计模型，如图1所示。

图1 安全气囊饰盖数字化设计模型

对于压板的咬合处，考虑到气囊模块报警时，饰盖与压板为紧密配合，气袋瞬间的爆发力非常大，巨大的张力可能会使咬合处发生断裂，而使饰盖与压板无法装配，气囊在起爆瞬间极有可能不会从饰盖中冲出而直接带随饰盖打向驾驶员，故在每个咬合处都布置有加强肋板。凸台的主要作用除了定位外，还起到保护饰盖飞离压板的作用，所以也同样布置了加强肋板，目的与咬合处相同。在保证凸台与饰盖的配合尺寸时，还应对凸台所有边缘倒圆角，这是因为考虑到气囊模块高温静爆时，气袋瞬间的爆发力非常大，会使饰盖在惯性情况下挤压凸台，若无圆角则可能会撕裂饰盖而造成不同程度的危险。安全气囊压板数字化设计模型，如图2所示。

图2 安全气囊压板数字化设计模型

饰盖与压板安装时，安装孔应在下边缘倒圆角，目的是使安装方便且避免过定位而影响安装。饰盖与压板的紧密配合通常是将饰盖与压板在配合处开成斜面，从而减轻气囊模块的振动，保证安全气囊的正常工作。

对于DAB中的图标、发生器、接插件及气袋，由于发生器和接插件为采购件且模型简单，在外形结构上对气囊模块无重要影响。气袋主要为尼龙布材料，经前期人工手裁和后期激光裁剪，在结构与尺寸方面并不复杂，其主要性能取决于袋片结构与袋片间缝纫线的选取和缝纫方法。根据数字化设计结果，制造试验用安全气囊样件，如图3所示。

图3 试验用安全气囊组件

2 安全气囊滑台试验

2.1 试验条件

试验设备采用气动发射液压制动式设备，利用气动储能装置作为动力源，同时依据目标波形调整液压刹车系统的刹车力，通过控制滑台所受合力模拟出目标加速度波形。

2.1.1 试验要求

为完整验证模块对假人在滑台上的保护性，本次台车碰撞试验设置2台高速摄像机，均被控制为零点同时触发，高速摄像能拍摄200 ms内碰撞假人全过程。通过更改假人服装及模块饰盖颜色等，来保证各滑台元素区别明显，以提高摄像的效果。

自触发时刻起，各点火电路的点火时刻设定为19 ms，气囊工作时间在2～75 ms。方向盘前后方向位置固定，上下方向设置中间位置。座椅前后调节中位向后40 mm，上下调节固定，靠背角度为25°。双侧安全带限力预张紧，上固定点为中间位置。

2.1.2 假人条件[4-5]

将2个HybridⅢ第50百分位男性假人试验装置分别放在驾驶员和乘员位置，两侧假人均用预张紧限力安全带进行约束。驾驶员和乘员是经过标定的并在头部安装了三轴向加速度传感器，颈部安装了载荷传感器，胸部安装了位移传感器和三轴向加速度传感器，骨盆安装了三轴向加速度传感器。试验前测得假人的温度为26℃，湿度为30%。

2.2 试验结果

通过观察试验后录像，气囊工作时间满足要求，经过8次试验优选，并对优选结果实施重复验证试验，不断缩小范围，得到假人试验后伤害值，如表1所示。

表1 安全气囊滑台试验驾驶员侧假人伤害值

由试验结果中对假人的伤害值，初步判定该安全气囊对假人起到保护作用。而依据速度和加速度曲线考核气囊工作的准确性十分关键，如图4所示。

图4 安全气囊滑台试验速度及加速度曲线

由图4a可知，假人的速度波动区域在0～100 ms，这期间正好是气囊工作的阶段，由此可知气囊的起爆对假人起到了作用。而在100 ms后汽车即停止运动，而假人由于气囊与安全带的作用还会有向后运动的速度，因此可以确定气囊与安全带对假人起到了缓冲的作用。

由图4b可知，假人的加速度波动区域在0～100 ms，这期间正好是气囊工作的阶段，由此可知气囊的起爆对假人起到了缓冲作用。在0～100 ms中主要有3个重要阶段。1）0～19 ms：19 ms为发生器点火时刻，这期间假人随汽车保持惯性前冲；2）19～75 ms：此阶段为安全气囊起爆阶段，在这期间假人与气囊还未接触，但由于安全带的作用，假人的加速度出现波动；3）75～100 ms：这期间安全气囊开始泄气，而假人与气囊开始接触碰撞，因此气袋在泄气的同时对假人起到缓冲作用，加速度急剧减小，避免了对假人的伤害。

3 结论

文章依据安全气囊的使用工况和性能要求，完成了气囊组件结构设计，通过数字化设计软件保证DAB组件设计的快速与准确，并根据数字化设计结果制造了安全气囊滑台的试验样件；通过多次优选的滑台试验速度和加速度曲线，获得了较小的假人伤害值，验证了数字化设计数据的正确性，满足了企业设计与试验标准的要求，并为实车试验提供了理论数据依据。