汽车正面碰撞驾驶员安全气囊仿真与优化

刘旺

摘 要 现如今，我国的汽车行业发展十分迅速，汽车行业的发展在一定程度上带动我国经济的进步，本文通过计算机仿真方法研究驾驶员安全气囊的保护效果。建立驾驶员安全气囊模型以及约束系统模型，并进行有效性验证，进行仿真分析。通过正交试验进行优化，确定约束系统参数。结果表明，在正面碰撞中，优化后的驾驶员安全气囊对假人保护效果更好。

关键词 驾驶员安全气囊;约束系统;仿真优化

引言

安全气囊是汽车安全辅助系统的重要组成部分，目前，关于安全气囊本身的安全性问题，逐渐受到汽车生产制造商和消费者的广泛关注。安全气囊标牌位于安全气囊的正上方，一般采用焊接的方式进行连接，由于其位置的特殊性，可靠的焊接是保证安全气囊安全性的一个重要环节。目前，国内外汽车安全气囊标牌的焊接普遍采用的是超声波焊接工艺。超声波焊接具有效率高、强度大的优点，但由于其系统过于复杂，维护难度比较大，兼容多种产品的成本也较高。此外，超声波焊接对配套零部件的加工精度和控制系统的控制精度有着较高的要求，加之缺乏成熟、完善的焊接控制系统，其焊接质量也相对难以控制。因此，亟需一种高效率、高可靠性和高兼容性的新型焊接工艺和焊接系统。

1 汽车安全气囊的工作原理和结构特点

汽车安全气囊系统是由碰撞探测点火控制装置、氮气发生器和气袋三大部分组成。碰撞探测点火控制装置是由压电式加速度传感器，即敏感碰撞信号探头和点火控制电路组成。探头用以接收敏感碰撞冲击加速度信号。点火控制电路用以在15ms内完成信号识别和点火任务，在确认是撞击信号时，输出点火指令，打开电子开关，实施点火。可以认为，碰撞探测点火装置是用来探测与识别汽车碰撞时产生的加速度信号并控制氮气发生器适时点火的装置。它是安全气囊系统的关键部件之一按照设计要求，使控制装置启动的碰撞加速度为7.0±19，大于或等于该加速度的保持时间为≥3ms。碰撞探测点火装置由加速度传感器、阐值电压识别电路、作用时间识别电路、安全点火控制开关电路、自诊断显示记录电路、电源及倍电压供电电路等七个部分组成。加速度传感器一且接收到碰撞信号，该装置就迅速进行信号处理，最后将信号输出到氮气发生器的电点火甘中去，使电点火管点火。

2 安全气囊的发展方向

安全气囊自身结构和系统的稳定性及安全性也至关重要。只有在自身稳定的基础上，才会发挥应有的功能和效果，更重要的是能够保证运行的安全，能够持久而稳定的运行，能够使其具有存在的价值。在当今注重汽车安全的时代，汽车的安全性问题受到人们持久的关注，尤其是与汽车行车安全相关的各个机构和装置。各种相关安全设计层出不穷，使得各个系统的关注度逐渐上升，市场渐渐丰富起来。与其同时，也对安全系统有了更高的要求，例如气囊小型化，气囊小型化不仅方便在汽车的各个部位进行安装。同时也可以节省汽车的内部空间，使得乘坐空间更宽大而舒适，并多方位、全面的对驾驶人及车内乘车人员进行保护。使安全气囊能够更好的融入汽车的结构空间内。安全气囊最具有发展前景的便是冷启动化，随着科技的发展，单一的安全性保护已不能满足人们的需要。人们需要确保安全性的前提下，具有更好的舒适性，能够柔和的对车内人员进行保护。传统的利用炸药爆炸产生气体，对安全气囊进行充气，产生过程过于猛烈且冲击大。虽然满足了速度的要求，却在舒适度方面无法满足人们的需要。因此需要一种柔和的起爆方式，避免因传统式的炸药启动所产生的冲击，使气体发生过程变得较为柔和。消除充气时猛烈的冲击和巨响，避免对车内人员的二次损伤，以此在保证行车安全的前提下提高系统的舒适性。

3 控制二次碰撞速度

在提升汽车结构侧面强度的同时，引发汽车侧面碰撞时还会产生一定的侧方加速度，汽车结构强度与碰撞后二次速度呈正相关关系，因此在设计汽车结构过程中，应当调节好汽车结构强度与碰撞二次速度的有效关系。结合相关外部研究统计数据可知，侧面碰撞时行车人员胸部遭受的伤害高低与B柱腰带撞击的速度密切相关。与此同时，B柱在变形情况下，腰带部位的变形速度为最大值。所以，要想缩减汽车侧面碰撞时对行车人员胸部造成的伤害，必须要控制好B柱腰带部位的塑性变形速度，为缩减对人体腹部、盆骨带来的伤害，则应当控制好对应部位汽车结构的变形速度，在这个过程中，可于汽车内部相关部位添加一定的吸能材料，缩减在传递时车内板的碰撞能量，通过这一途径以达到控制车门内侧变形速度的目的;同时，依托提升汽车结构四周门框牢固性，提升行车人员座椅架刚度，借助座椅的支撑及缓冲力，以达到控制二次碰撞速度的目的。

4 安全气囊的应用

安全气囊装置于车内前方、侧方及车外三个部位，对于汽车侧面碰撞防护通常为侧面安全气囊和侧面安全气帘。侧面气囊系统作用于保护汽车侧面碰撞时行车人员的安全，通常装置于车门内，或装置于前部座椅靠背的外侧。汽车发生侧面碰撞后，汽车结构严重变形，往往会使得无法开启车门，行车人员被困于车中，侧面安全气囊有助于保护行车人员源于侧面碰撞引发的胸部、腹部、腰部的伤害，确保身体上肢活动能力及逃生能力。除去侧面安全气囊以外，在车顶两侧会装置两条管状气囊，也就是侧面安全气帘，它们可减轻来自车顶上部的下压力，达到对行车人员头部、颈部进行保护的目的。

5 結语

论本文针对汽车安全气囊标牌的热风焊接问题设计了热风焊接的控制系统，该系统具有结构简单、操作方便、易于维护等特点。并且利用优化PID控制算法对出风温度进行控制。温度采样试验和重复性焊接采样试验的结果表明，该控制系统可以实现对出风温度的较高精度和较高效率的调节控制，而且焊接效果优良，良品率高，适合推广应用于汽车安全气囊标牌的焊接过程。同时，对于热风焊接技术在汽车领域、精密焊接领域的应用与推广具有一定的示范意义。

参考文献

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[2] 梁阿南.某乘用车智能安全气囊匹配研究[D].吉林大学，2011.

[3] 王清，段敏.基于MADYMO的驾驶员安全气囊仿真优化[J].汽车实用技术，2017（19）：34-36.