汽车侧面碰撞帘式气囊仿真优化＊

姜强，段敏，孙宇菲

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁 锦州 121000）

前言

帘式气囊又称作IC（Inflatable Curtain）也叫头部侧气帘（Curtain Airbag）简称：CAB[1]。帘式气帘主要作用是保护乘员头部，安装在A柱到C 柱之间的顶棚横梁和内饰板之间，当车辆发生侧碰或翻滚时，气袋被弹出，在乘员头部与车窗之间，可以避免侧碰时玻璃破碎对人的伤害，也可以防止乘员飞出窗外。

1 侧碰帘式安全气囊建模及验证

利用CATIA 软件依据车体几何尺寸建立气帘式气囊的几何模型，将建成的CAD 模型导入Hypermesh 软件中，划分网格并调整网格，得到网格节点数据。之后导入MADYMO软件中，设置材料属性等参数，通过folder 模块，进行气囊折叠[2-3]。气体发生器通过JET.IDELCHIK 设置喷嘴模型，用来再现气体冲出时的冲击效应。通GAS_MIXTURE. CONST -ANT 来定义气体成分。建立好的模型通过动态冲击实验进行模型有效性验证。图1 是实验与仿真小球加速度曲线对比。

图1 小球加速度曲线对比

由图可知，球的加速度趋势、峰值出现的时间及大小都与实验的接近，因此下一步可以对该帘式安全气囊模型进行研究。

2 建立侧面约束系统模型

基于有关计算机仿真理论的侧面约束系统包括驾驶员座椅在内的半车模型，以及侧面帘式气囊模型和侧面碰撞假人，基于MADYMO 软件，建立侧碰车体需要利用PSM 子结构思想，建立好的侧碰车体能够模拟碰撞后的变形情况。帘式气囊模型选用上文已验证的帘式气囊。侧碰假人从MADY -MO 软件中提取ES2 型男性假人，MADYMO 软件中的假人都是验证后有效的模型。上述经验证的帘式安全气囊模型与车身和假人模型相匹配，形成侧面约束系统模型，然后在MADYMO 软件中以50 km/h 的速度碰撞移动变形壁障与车身发生碰撞，模拟分析。通过仿真得出假人头部HIC 值542.43基于C-NCAP 得出HIC 评分为3.17 分，HIC 值没有达到最大性能值，因此还有继续优化的空间。

3 帘式气囊相关参数优化

表1 HIC 极差分析

利用正交实验的极差分析法对侧碰约束系统安全气囊相关参数优化[4]。影响帘式气囊对驾驶员保护效果的因素很多，本文针对质量流率、织物透气系数、触发时间三个因素进行 分析研究。本文通过三个参数对HIC 值和头部峰值加速度的影响，进行正交试验，最后，运用极差分析法对结果进行优化。将质量流率、织物透气系数、触发时间分别记为X、Y、Z。质量流率分别为80、100、120。织物透气系数分别为80、100、120.触发时间分别为-3、0、3。根据以上参数进行正交试验，共进行9 组实验。

由HIC 极差分析得出，RY＜RZ＜RX，说明三个因素中，主要影响因素是织物透气系数，其次是触发时间之后是质量流率。又因为KX3＜KX2＜KX1、KY3＜KY2＜KY1、KZ1＜KZ2＜KZ3，所以HIC 的因素优水平是X3Y3Z1。优化后的HIC 值由542.43下降到383.65，基于C-NCAP，评分由3.17 达到该部位最高分4 分，优化后的HIC 有明显的下降。

4 结论

汽车帘式安全气囊在汽车被动安全领域是非常重要的，本文通过对帘式安全气囊建模并进行有效性验证，之后基于MADYMO 软件建立侧面约束系统模型，并且通过正交试验的极差分析法对模型进行优化。通过仿真HIC 值可以看出优化后的帘式气囊对头部具有良好的保护效果，所研究的方法具有一定的理论基础和实践意义。