某车型前排乘客侧假人头部伤害值优化实践

（郑州职业技术学院汽车工程系 450121）

1 课题背景

某车型气囊开发过程中，气囊供应商进行第一轮台车优化后，假人的主要伤害指标如表1 所示，满足国家正碰法规GB 11551-2014 版的要求。经过第一轮台车试验后，确定乘客侧正面气囊参数如表2 所示。气囊包型为拳套状，内部设置2 根纵向拉带。

鉴于台车试验结果满足目标要求，安排实车进行验证摸底。试验后对结果分析，前排乘客侧假人头部伤害值HIC36 为1 105，发生时刻为60.8 ～96.8 ms，超出1 000 的法规限制值。针对假人头部伤害值超标的问题，需要进一步分析试验结果，找出原因，并确定可行的改进方向，尽快解决该问题，保证项目节点。

表1 第一轮台车标定假人伤害值

表2 前排乘客侧正面气囊参数

2 课题研究目标和内容

2.1 研究目标

项目周期要求15 天，保证整车约束系统成本不增加的前提下，通过优化气囊参数，使前排乘客侧假人头部伤害值HIC36 小于1 000，且所有指标必须满足国标GB 11551-2014 的要求。

2.2 研究内容

通过试验数据分析，找出假人头部伤害值超标的原因。对试验数据进行综合对比，分析了安全气囊形状对假人接触状态的影响，总结了拉带对气囊稳定性和形状的作用，指出了气囊排气孔直径和开孔位置与气囊刚度的关系，进而确定了排气孔直径对头部加速度值的影响。最后通过优化安全气囊的形状、气囊内拉带的长度及数量和排气孔的直径及位置等降低了头部伤害值。

降低头部HPC 值，可采用的手段有很多。本项目基于降低开发成本的要求，该车型只能采用普通三点式安全带。因此只能优先考虑优化安全气囊的方法，这样一来可优化的空间受到一定限制，优化难度将加大。对安全气囊进行优化，难点是找出安全气囊各参数与假人头部加速度值的相互关系，以及如何合理匹配各参数使安全气囊发挥最优作用[1]。

3 课题实施措施

分析第一轮台车和实车试验的乘客头部加速度，实车试验时假人头部的ax、az 向加速度均较台车试验时升高。其中ax 向最大值升高约10.0 G，且在70.0 ～100.0 ms 时假人头部ax 向加速度升高值较大；az 向在66.0 ～100.0 ms 时整体升高约3.7 G。实车试验HIC36 超标发生的时间在60.8 ～96.8 ms，实车较台车的假人头部加速度az 和ax 值增加的区间与实车HIC36 超标发生的时间段高度吻合。因此实车试验乘客头部ax、az 向加速度升高是实车验证时前排乘客头部HIC36 超标的主要原因。

该车型第一轮气囊标定共进行4 次台车试验，最终确定的气囊状态和原P11 车型气囊匹配时台车试验确定的气囊状态。对比发现，原P11 车型气囊与假人的接触状态明显优于某车型，假人的接触面积更大，对假人的支撑作用更好。气囊在x 向展开的长度更长，假人与气囊之间的相对距离更近，因此假人接触气囊的时间会提前，使得气囊对假人头部、胸部的缓冲作用更好。鉴于上述对比分析，首先确定了对气袋形状进行优化的首选方向[2]。

第一轮台车试验所确定的气囊在z 向分别布置有上下2 根拉带，拉带方向沿整车x 向，位于上部的拉带长度为450.00 mm，位于下部的拉带长度为380.00 mm。 因此气囊在x 向的最大展开长度将被限值在450.00 mm 内，y 向无拉带限制。不难发现某车型第一次匹配的气囊x 向展开长度偏小，不利于假人与气囊提前接触。另外气囊充满的时刻较晚，充满后形状不够饱满，充分反映了气囊稳定性较差，影响假人头部与气囊的接触状态，这样的气囊装在实车上，必然会导致实车试验结果与台车的差异。根据上述分析，考虑在气囊优化时将纵向拉带更改为横向拉带。

图1 气囊状态状态图

图2 头部加速度曲线图

安全气囊排气孔的尺寸和位置影响气囊的刚度值。排气孔越大，泄气越快，气囊的刚度值越低，同时刚度值降低的也越快。另外，排气孔越靠近假人头部的接触区域，该区域的刚度值降低也越快，因此排气孔直径和位置的优化也是降低头部加速度的重要方向。不同排气孔尺寸对假人头部合成加速度的影响，综合来看，适当增加排气孔直径，头部加速度值ax 向会降低，az 向略升高，但合成加速度仍然降低，因此对头部伤害值的降低仍是有利的。

综上所述，通过调整气囊裁片的形状优化气囊的包型，另外将原纵向拉带调整为横向拉带，控制气袋在y 向的展开厚度和改变气袋的体积。

依据上述气囊参数进行滑台试验，主要试验数据如下。图1为气囊展开状态，图2 为驾驶员头部加速度曲线。由图1 可知，气囊展开的状态基本合理，气囊的波动较第一轮的情况明显改善。经过计算，优化后的台车试验乘客头部伤害HIC36 为865，对应的时间区间为58.6 ～94.6 ms。由图2 可知，经过再次优化后的台车试验乘客头部合成的加速度在该区间内的值均小于某车型第一次实车验证的值。说明通过优化气囊参数，基本达到了改善气囊与假人接触状态和降低头部伤害值的目的[3]。

4 课题实施的经济价值及社会意义

通过优化气囊参数，在不增加约束系统配置和成本的前提下，产生如下效果及经济价值。

（1）该实践具有一般性，可指导其他车型的气囊匹配工作，提高开发效率。单次台车试验费用约3 万元，通过减少台车试验次数可降低开发成本。

（2）通过正碰法规是整车公告下发的必要条件，优化后某车型实车满足国标GB11551-2014 版正碰法规的要求，避免了整车公告无法下达的风险。预计该车型年产销30 000 台，将为企业和社会带来较高的经济效益。

（3）通过优化气囊参数降低了乘员受损伤的程度，为乘员的生命安全提供必须的保障。向消费者提供合格的产品，很好履行了企业的社会责任感。