一种顶棚式安全气囊设计

潘慧敏 张培明

（潍坊科技学院，山东 寿光262700）

1 技术背景

在车辆正面碰撞中，传统的正面约束系统包含安全带和气囊，共同保护正面碰撞中乘员的躯干、头部和颈部。在正面碰撞发生时，乘员向前运动，乘员的髋部和上躯干依靠座椅和腰部安全带能够得到有效的约束，同时安全带限力器和气囊共同作用，允许乘员躯干在腰椎作用下绕着髋部向前旋转，进而降低躯干、头部和颈部伤害。气囊首先支撑乘员的头部和颈部，从而减轻躯干、头部和颈部的伤害。

传统的乘员气囊的设计特征是气囊正对着乘员展开，并以仪表板反作用力为支撑，使气囊变形来为乘员旋转运动提供大量的运动空间，从而实现对乘员的保护。

当汽车在行驶过程中发生碰撞事故时，碰撞达到规定的强度，安全气囊里的气体发生器接到信号后引燃气体发生剂，产生大量气体，使气囊在极短的时间内形成弹性气垫，并鼓向驾驶员和乘员，及时的保护人体头部和胸部，缓冲碰撞带来的冲击，避免撞击带来的二次伤害。

随着汽车工业技术的不断发展，被动安全技术也不断的进步，出现了各种各样新颖的设计，顶棚式正面保护安全气囊就是其中之一。但是，目前的顶棚式正面保护安全气囊处于应用初期，对遮阳板的安装和保护，以及气囊展开时方向的设计缺乏充分考虑。

2 一种顶棚式安全气囊设计设计内容

本设计的目的是克服现有技术的不足，提供了一种在气囊工作时能够为遮阳板提供保护的顶棚式安全气囊。

为了达到上述目的，本设计是一种顶棚式安全气囊，包括气体发生器、气袋和壳体，其特征在于：气体发生器内置于气袋内，气袋安装在壳体内，壳体安装在顶棚内，壳体包括遮阳板安装结构、固定加强结构、翻折弱化结构和发生器固定结构，遮阳板安装结构位于壳体前端，遮阳板安装结构与固定加强结构之间采用翻折弱化结构连接，发生器固定结构设在固定加强结构的后端，固定加强结构的两侧设有安装支架。遮阳板安装结构的两侧设有另一安装支架，另一安装支架的安装面上设有二级限位卡扣，二级限位卡扣与顶棚连接。固定加强结构设有向上凸起的加强筋一，遮阳板安装结构位于固定加强结构的前侧，气袋展开时，遮阳板安装结构沿着翻折弱化结构向下翻折。

2.1 设计步骤

本设计是一种顶置式气囊装置，一种顶棚式安全气囊，包括气体发生器、气袋和壳体。气体发生器内置于气袋内，气体发生器为气囊展开提供气体和能量。气袋安装在壳体内，当气囊工作时，气袋从顶棚中展开于乘员和前挡风玻璃之间，并以前挡风玻璃为限位支撑，对乘员提供正面保护。壳体安装在顶棚内，壳体为遮阳板，气袋和气体发生器提供安装界面。

参见图1，壳体包括遮阳板安装结构、固定加强结构、翻折弱化结构和发生器固定结构，遮阳板安装结构位于壳体前端，遮阳板安装结构与固定加强结构之间采用翻折弱化结构连接，发生器固定结构设在固定加强结构的后端，固定加强结构的两侧设有安装支架。安装支架的安装面上设有通孔，螺栓穿过通孔后，与顶棚连接，遮阳板安装结构的两侧设有另一安装支架，另一安装支架的安装面上设有二级限位卡扣，二级限位卡扣与顶棚连接。

遮阳板安装结构为遮阳板提供卡扣、螺栓和铆接等形式的安装模式，且遮阳板的安装位置可以根据车身人机工程学的要求设计，不受顶棚式气囊的影响。

参见图2，当气袋展开时，遮阳板随遮阳板安装结构一起沿着翻折弱化结构向下翻折，减小遮阳板受到气囊的冲击，保护遮阳板。遮阳板安装结构向下翻折动作也可为气囊展开提供充足空间和导向功能。

加强筋是为了减少壳体在气囊展开时的弹性变形量，以避免遮阳板被壳体打飞或者损坏严重的情况出现，加强筋可将集中一个区域的应力传递到壳体的其它区域，避免壳体局部发生变形。加强筋的数量可根据壳体的受力情况和弹性变形量设定。

发生器固定结构包括U 型槽、P 型夹和限位棘爪，U 型槽的两侧分别设有P 型夹，P 型夹的外侧端部设有限位棘爪，气体发生器嵌设在U 型槽和P 型夹内，气体发生器的两端卡在两侧的限位棘爪之间。U 型槽对气体发生器所产生的气体进行导向，使气体高速充满气袋，保证气袋展开实际轨迹与设计轨迹一致，对乘员起到充分保护作用，另外，U 型槽将气体顺利的导出，也可减小固定加强结构所受到气体的冲击力，降低壳体发生变形的风险。P 型夹和限位棘爪将气体发生器限定在设计安装点，避免气体发生器在气囊工作时发生较大位移，避免气体发生器上的泄气孔相对壳体的位置发生改变，保证气体输出方向及气囊的展开位置。

翻折弱化结构包括V 型槽，腰形孔弱化结构和圆孔弱化结构，其强度根据壳体的受力分布设计。翻折弱化结构边缘设有加强结构，加强结构的作用是便于遮阳板安装结构沿弱化结构整体向下翻折。

2.2 设计原理

图1 顶棚式安全气囊壳体示意图

本设计中，翻折弱化结构为V 型槽。固定加强结构设有向上凸起的加强筋一，遮阳板安装结构位于固定加强结构的前侧，加强筋一的作用是使遮阳板安装结构能够在气囊工作时沿V 型槽整体向下翻折一定角度。遮阳板安装结构2 上设有向上凸起的加强筋二，加强筋二将应力集中区域的力传递到其它区域，使遮阳板安装结构在翻折之前不发生变形，避免遮阳板受到冲击。

在受到气囊展开的冲击时，二级限位卡扣的第一级发生脱落，以此保证壳体上的遮阳板安装结构顺利向下翻折，并且与翻折弱化结构一起控制遮阳板安装结构向下翻折的角度，使遮阳板安装结构向下翻折后为气囊提供展开所需的空间和导向功能。另外，二级限位卡扣可满足遮阳板日常工作所需的强度要求。

3 结论

确保汽车行驶的安全性, 解决乘车人员的安全越来越受到人们的重视。而在汽车上装配安全气囊就是一种有效的解决方法。不同于传统的安全气囊，本篇论述了一种新的顶棚式安全气囊。另外，本设计同现有技术相比，设计了顶棚式安全气囊的结构，通过壳体的结构改进，解决了装有顶棚式正面保护安全气囊的遮阳板安装问题，在保证遮阳板和顶棚完整性的前提下为气囊提供充足的展开空间，在气囊工作时，壳体的结构设计也为遮阳板提供保护，避免其受到气囊的影响。

图2 顶棚式安全气囊展开后