王晶晶， 朱西產(chǎn)， 馬志雄， 董學(xué)勤， 豐 燁

(1．同濟(jì)大學(xué)汽車(chē)學(xué)院，上海201804;2．承德石油高等專科學(xué)校，河北 承德067000)

0 引言

汽車(chē)碰撞安全性是汽車(chē)最為重要的整車(chē)性能之一．據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)調(diào)查研究表明，交通事故類型中最多的就是碰撞事故，其中側(cè)面碰撞事故約占事故總數(shù)的30%，僅次于正面碰撞，而在造成死亡和重傷的事故中，側(cè)碰事故約占35%[1]．在中國(guó)，由于城市道路交通以平面交叉路口為主，側(cè)面碰撞事故發(fā)生概率最高[2]．中國(guó)的新車(chē)安全評(píng)估規(guī)程(CNCAP)實(shí)施后，對(duì)于側(cè)面碰撞中乘員保護(hù)的要求也提到了一個(gè)更高的標(biāo)準(zhǔn)．C－NCAP側(cè)面碰撞評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中不僅包含了所有國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)中所需評(píng)定的假人傷害值，還包括3個(gè)假人傷害的罰分項(xiàng)[3]．目前，在車(chē)輛的側(cè)撞保護(hù)中，除了需要優(yōu)化車(chē)身的側(cè)面結(jié)構(gòu)和內(nèi)飾件，越來(lái)越多的車(chē)輛采用了側(cè)面安全氣囊和側(cè)面氣簾來(lái)提高乘員側(cè)面保護(hù)效果，并希望提高車(chē)輛在C－NCAP測(cè)試中的星級(jí)水平．

本文通過(guò)側(cè)面氣囊匹配中的零部件試驗(yàn)和臺(tái)車(chē)試驗(yàn)，利用MADYMO仿真軟件，對(duì)某車(chē)型的側(cè)面胸部氣囊進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，在側(cè)面碰撞中有效地降低了假人胸部傷害，提高了該車(chē)型側(cè)面碰撞試驗(yàn)中假人胸部的得分．

1 整車(chē)碰撞試驗(yàn)結(jié)果分析

本文車(chē)型在進(jìn)行企業(yè)內(nèi)部的C－NCAP側(cè)面碰撞標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)中，胸部壓縮量較大，導(dǎo)致假人胸部的得分較低．胸部三根肋骨的壓縮變形量如圖1所示，由圖可知，三根肋骨的變形量相差較大，其中下肋骨變形量最大為32．67mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)C－NCAP中規(guī)定的22mm的高性能限值．因此可以通過(guò)對(duì)胸部氣囊的包形進(jìn)行優(yōu)化，減小下肋骨變形量，使上中下三根肋骨的壓縮變形量趨于一致，進(jìn)而提高C－NCAP側(cè)面碰撞試驗(yàn)中假人胸部的得分．

圖1 胸部三根肋骨的壓縮變形量

2 側(cè)面胸部氣囊的優(yōu)化研究

2．1 胸部氣囊靜態(tài)起爆試驗(yàn)與模型驗(yàn)證

氣囊靜態(tài)起爆試驗(yàn)是氣囊模塊開(kāi)發(fā)過(guò)程中比較常用的一種試驗(yàn)方法，可以用來(lái)進(jìn)行氣囊模塊性能的考察，并在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)氣囊模塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)．通過(guò)靜態(tài)起爆試驗(yàn)可以查看氣囊展開(kāi)過(guò)程、展開(kāi)時(shí)間、氣囊起爆充氣成功與否、是否有局部壓力過(guò)大導(dǎo)致織物撕裂的情況等等．如果氣囊性能不滿足要求，再通過(guò)CAE分析對(duì)氣囊模型進(jìn)行修改，之后再進(jìn)行靜態(tài)起爆試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證所進(jìn)行的改進(jìn)[4]．

應(yīng)用MADYMO軟件，建立胸部氣囊的靜態(tài)起爆試驗(yàn)仿真模型，胸部氣囊的充氣過(guò)程采用均勻壓力法(Uniform Pressure)．觀察仿真模型中胸部氣囊的展開(kāi)過(guò)程，與試驗(yàn)的展開(kāi)過(guò)程進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，如圖2所示，驗(yàn)證后的模型能夠真實(shí)反映氣囊起爆的物理過(guò)程．

圖2 胸部氣囊靜態(tài)起爆試驗(yàn)與仿真對(duì)比圖

圖3 胸部氣囊動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)與仿真對(duì)比圖

2．2 胸部氣囊動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)與模型驗(yàn)證

氣囊動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)的目的是為了進(jìn)一步對(duì)氣囊仿真模型展開(kāi)過(guò)程中的內(nèi)部壓力、氣囊的泄氣性能、對(duì)沖擊物加速度的影響等進(jìn)行驗(yàn)證，可通過(guò)比較仿真計(jì)算與試驗(yàn)測(cè)得的沖擊物的加速度曲線的一致性來(lái)驗(yàn)證仿真模型的正確性．

本文胸部氣囊動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)用一矩形板狀沖擊塊碰撞胸部安全氣囊．

應(yīng)用MADYMO軟件，建立胸部氣囊的動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)仿真模型．通過(guò)調(diào)整氣囊的質(zhì)量流、溫度流、排氣孔大小等參數(shù)，使仿真模型的氣囊展開(kāi)過(guò)程與試驗(yàn)的展開(kāi)過(guò)程保持較好的一致性，如圖3所示;同時(shí)要使仿真模型中沖擊塊的加速度曲線與試驗(yàn)的加速度曲線保持較好的一致性，如圖4所示．

圖4 胸部氣囊動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)沖擊塊加速度與仿真對(duì)比圖

2．3 側(cè)面碰撞臺(tái)車(chē)仿真模型驗(yàn)證與試驗(yàn)

在MADYMO中建立側(cè)面碰撞的臺(tái)車(chē)試驗(yàn)仿真模型，如圖5所示．仿真模型采用MADYMO自帶的ES－2多面體Q假人，氣囊采用上文經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的胸部氣囊模型，車(chē)體模型已經(jīng)過(guò)驗(yàn)證．

圖6所示為臺(tái)車(chē)仿真模型中胸部三根肋骨的壓縮變形量與整車(chē)側(cè)面碰撞試驗(yàn)中三根肋骨壓縮變形量的對(duì)比．由圖可知，側(cè)面碰撞臺(tái)車(chē)仿真模型與整車(chē)試驗(yàn)具有較好的一致性．

圖5 側(cè)面碰撞臺(tái)車(chē)仿真模型

圖6 胸部壓縮變形量的試驗(yàn)與仿真對(duì)比圖

根據(jù)側(cè)面碰撞臺(tái)車(chē)仿真模型，進(jìn)行側(cè)面碰撞臺(tái)車(chē)基礎(chǔ)試驗(yàn)，如圖7所示．進(jìn)一步可對(duì)胸部氣囊進(jìn)行優(yōu)化．

圖7 側(cè)面碰撞臺(tái)車(chē)試驗(yàn)

2．4 胸部氣囊的優(yōu)化方案與驗(yàn)證

根據(jù)上文所述，假人胸部三根肋骨的變形量不一致，下肋骨變形量過(guò)大，說(shuō)明三根肋骨的受力大小不一樣，可通過(guò)對(duì)胸部氣囊的包形進(jìn)行優(yōu)化，減小下肋骨變形量，使三根肋骨變形量趨于一致．經(jīng)分析研究，胸部氣囊最佳包形如圖8所示，由圖可知，優(yōu)化后胸部氣囊的保護(hù)范圍明顯改善．

原胸部氣囊泄氣孔開(kāi)在靠近車(chē)門(mén)的一側(cè)，氣囊作用過(guò)程中，泄氣孔可能會(huì)被車(chē)身某些部件阻塞，影響氣囊泄氣，進(jìn)而降低氣囊對(duì)車(chē)內(nèi)乘員的保護(hù)作用．因此，優(yōu)化后胸部氣囊的泄氣孔采用在縫合線處開(kāi)孔的形式，即泄氣孔位置不縫合．

圖8 優(yōu)化前后胸部氣囊包形對(duì)比

建立優(yōu)化后胸部氣囊的靜態(tài)起爆仿真模型，查看氣囊展開(kāi)過(guò)程、展開(kāi)時(shí)間等，如圖9所示．

圖9 優(yōu)化后胸部氣囊的靜態(tài)起爆仿真模型

圖10 優(yōu)化后胸部氣囊動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)與仿真對(duì)比圖

圖11 優(yōu)化后胸部氣囊動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)沖擊塊加速度與仿真對(duì)比圖

進(jìn)行優(yōu)化后胸部氣囊的動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)，建立動(dòng)態(tài)沖擊試驗(yàn)的仿真模型并驗(yàn)證仿真模型的正確性．仿真模型的氣囊展開(kāi)過(guò)程與試驗(yàn)的展開(kāi)過(guò)程一致性較好，如圖10所示;仿真模型中沖擊塊的加速度曲線與試驗(yàn)中沖擊塊的加速度曲線一致性較好，如圖11所示．

在MADYMO中建立優(yōu)化后側(cè)面碰撞的臺(tái)車(chē)試驗(yàn)仿真模型，圖12所示為優(yōu)化后臺(tái)車(chē)仿真模型中胸部三根肋骨的壓縮變形量與優(yōu)化前臺(tái)車(chē)仿真模型中三根肋骨壓縮變形量的對(duì)比．由圖可知，仿真模型中，下肋骨壓縮變形量明顯減小，上肋骨和中肋骨的壓縮變形量也有一定程度的減小．用臺(tái)車(chē)試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證胸部氣囊優(yōu)化效果．

圖12 優(yōu)化前后臺(tái)車(chē)仿真模型中胸部壓縮變形量對(duì)比圖

圖13 優(yōu)化前后側(cè)碰臺(tái)車(chē)試驗(yàn)中胸部壓縮變形量對(duì)比圖

采用優(yōu)化后的氣囊，進(jìn)行側(cè)面碰撞臺(tái)車(chē)試驗(yàn)，比較試驗(yàn)得到的胸部三根肋骨的壓縮變形量與優(yōu)化前側(cè)碰臺(tái)車(chē)基礎(chǔ)試驗(yàn)中三根肋骨的壓縮變形量，如圖13所示．可以看出胸部肋骨壓縮變形量由最初的32．6mm減小為27．7mm，從而可以提高CNCAP側(cè)面碰撞試驗(yàn)中假人胸部的得分．

3 結(jié)論

本文針對(duì)某車(chē)型在C－NCAP側(cè)面碰撞試驗(yàn)中得分較低的情況，通過(guò)側(cè)面氣囊的零部件試驗(yàn)和臺(tái)車(chē)試驗(yàn)，利用MADYMO仿真軟件，對(duì)該車(chē)型的側(cè)面胸部安全氣囊進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)．優(yōu)化后的胸部氣囊有效地降低了側(cè)面碰撞中假人胸部的傷害值，提高了該車(chē)型側(cè)面碰撞試驗(yàn)中假人胸部得分．

[1] McNeill A et al．Current Worldwide Side Impact Activities －Divergence Versus Harmonisation and the Possible Effect on Future Car Design[C]．The 19th International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles，2005．

[2] 沈宇明．汽車(chē)側(cè)面碰撞安全防護(hù)措施[J]．Auto＆Safety，2009:61－65．

[3] 王大志，胡徐強(qiáng)，蘇醒．利用側(cè)面安全氣囊提高側(cè)碰乘員保護(hù)效果的研究[J]．上海汽車(chē)，2008．10:39－42．

[4] 李東軍．汽車(chē)簾式氣囊仿真優(yōu)化方法的研究[D]．長(zhǎng)春:吉林大學(xué)，2008:24．