某車型正面碰撞胸部性能提升及DAB支撐性影響因素研究

王恒++王星磊++黃穎++向保才++黃強

摘 要：被動約束系統是避免乘員在碰撞中產生二次傷害的主要裝置，其中，駕駛員安全氣囊是最基礎的保護氣囊，也是在碰撞中最具實用性的氣囊[1]。本文通過分析新版C-NCAP更改后的考核指標，通過提升駕駛員安全氣囊支撐性，來優化假人胸部得分情況。為后續其他項目的得分提升提供優化思路；同時，根據開發中提升支撐性的探究試驗，拆解駕駛員安全氣囊支撐性的主要影響因素，采用對比、試驗驗證的方式總結影響駕駛員安全氣囊支撐性的影響因素，為初期產品選型提供一定的參考。

關鍵詞：C-NCAP2015；駕駛員安全氣囊；支撐性

中圖分類號：U467.1+4 文獻標識碼：A 文章編號：1005-2550（2017）01-0079-05

The Optimize Of Chest Performance In Frontal Crash And The Research Of DABs Supportive Influencing Factors

WANG Heng， WANG Xing-lei， HUANG Ying， XIANG Bao-cai， HUANG Qiang

（DongFeng Motor Corporation Technical Center， Wuhan430058， china ）

Abstract： Passive restraint system is the main device to protect the occupants from secondary damage during the collision. Among them， the driver airbag is the most basic protective airbag and the most practical airbag in the collision. This paper analyzes the new evaluation index of C-NCAP， and improves the score of driver's airbag by optimizing the support of driver's airbag.And provide the optimization train of thought for the score improvement of other project.The main factors influencing the driver's airbag support are disassembled according to the development of the supporting exploration experiment， and the influence of the driver airbag support by the comparison and test verification is summed up. And provide some reference for the initial product selection

前言背景

某車型開發前期，經過多輪優化，發現整車正面碰撞仿真中胸部得分偏低，導致整車得分偏低，在基于加速度已基本無法優化的情況下需要提升胸部得分，采用常規的降低限力等級的方案后，發現駕駛員安全氣囊容易出現擊穿的情況，分數提升困難。

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2 分析優化思路

基于此車型的優化-NCAP2015版本，該評價法規中將50km/h100%正面剛性壁碰撞試驗和64km/h 40%可變形偏置碰撞試驗中的假人胸部傷害指標由原本的“胸部壓縮變形量”和“3ms胸部合成加速度”更改為“胸部壓縮變形量”和“胸部粘性指數VC”。其中VC的計算如下所示[2]現狀，結合新版C-NCAP2015做出如下分析：根據新發行的C，在VC的考核中，壓縮量的變化率和峰值影響較大，胸部加速度的影響較小。在原版本中，因考慮胸部加速度，通常將氣囊設計偏軟，這樣，為防止氣囊被頭部擊穿，往往不能將限力軸等級調整至更低參數，基于此更改得出推論：正面碰撞中在綜合考慮頭部傷害值的情況下，可選擇更低規格限力軸，而限力軸規格的降低將導致乘員上肢在碰撞中的運動距離增大，此時為防止頭部擊穿的情況，需選擇較強支撐性參數的駕駛員安全氣囊用于優化。

計算胸部的VC值：

在t時刻的肋骨變形速率由濾波后的變形量計算求得

式中：D（t）為t時刻的變形量（m）：

δt為變形量測量的時間間隔（s）

3 駕駛員安全氣囊支撐性核查

如圖1所示：為真實模擬實車碰撞中的氣囊對人體頭胸的支撐狀態，采用下述垂直跌落試驗臺架進行單品試驗，試驗臺架可根據設定進行一定速度以內的垂直沖擊試驗，沖擊塊的根據正面碰撞用的假人頭頸胸的質量來設定為36kg[3]。

根據開發經驗及結合以往項目中的仿真計算，設定跌落時跌落塊與氣囊接觸的的速度值為6m/s，即滿足6m/s的跌落不擊穿即判定合格，是否擊穿可以根據加速度曲線評估，若氣囊支撐性良好，則跌落塊上傳感器所采集的曲線為平穩上升至一定峰值之后再隨著時間平穩下降，曲線中僅會存在一個峰值[2]。

下圖3所示為該車型A在ET前進行的跌落試驗核查，試驗采集曲線如下，曲線中出現兩個峰值，第二個峰值為沖擊塊擊穿氣囊后接觸方向盤產生，該氣囊不滿足定義的支撐性要求。

為避免試驗偏差和排除氣囊氣體發生器的影響，選擇另一款已量產車型B進行對標試驗，該車型與車型A使用同一氣體發生器，且囊袋大小、排氣孔參數均相同，試驗采集曲線如下圖4所示：由曲線形態分析結論：該氣囊支撐性表現良好。

4 駕駛員安全氣囊影響因素核查及原因分析

結合高速錄像和采集的加速度曲線分析氣囊支撐性不足有下述幾個原因產生：

一、充滿時刻長；從高速錄像可以看出氣囊展開較慢，所需充滿時刻較長，在跌落塊與之接觸時氣袋尚未充滿，影響支撐性能。

二、內壓低、平穩壓力值持續時間短；氣囊泄氣速率較快，氣密性較差，導致囊袋內的實際壓力低于正常值，同時由于泄氣過快，導致內壓曲線無法穩定在設計定義范圍內。

三、展開后的袋形；推測氣囊展開后的袋形會由于內部束縛件和罩蓋的形態不同而不同，該形態對支撐性會產生影響。

根據上述分析的三個主要原因，需要根據駕駛員安全氣囊的零件進行細分拆解，從細分零件中提取出相關的性能參數進行試驗驗證分析是否準確[4]。

拆解后零件如圖5所示：駕駛員安全氣囊一般包括飾蓋、氣袋總成、撐圈總成、壓板、氣體發生器總成、托板總成、固定件。

基于拆解后的細分零件分析結果如下圖6所示：列表所示參數會對駕駛員安全氣囊的支撐性產生影響，其中發生器壓力曲線和氣袋排氣孔是直接影響因素[5]，但發生器壓力值在初期選定后通常不做變更，排氣孔初期均設定為2×30或者2×35，排氣孔的參數會留待后續優化中再做調整，基于排除上述兩點影響因素的情況下，我們選擇一款已經確認滿足支撐性能的駕駛員安全氣囊零件B做為對標分析零件，用于分析影響因素。B零件的發生器規格和排氣孔大小、數量、位置均與所需提升零件一致。

5 影響因素對比，驗證分析結論，并改善

5.1 設定對標試驗矩陣

對需提升支撐性車型的駕駛員安全氣囊A和對標零件B進行對比并細分試驗矩陣如表1。

上述試驗矩陣所進行的跌落試驗數據對比如下圖所示：

5.2 試驗結果分析

根據上圖方案1 與方案3、方案1與方案7、方案3與方案7的對比，可以確認折疊方式和囊袋材料均對氣袋的表現產生影響。根據方案1與方案6、方案4與方案6對比，可以確認撐圈結構和罩蓋結構對氣囊的支撐性產生影響。根據方案1與方案8的對比，可以確認拉帶長度對氣囊支撐性無改善。

根據試驗結果分析結論如下：折疊方式方面B氣囊使用星型折疊，該折疊方式的氣袋在充氣時，較易打開；囊袋材料方面A氣囊與B氣囊的線密度均為470dtex，但在涂層材料重量、幅寬上存在微小差異，推測該差異是導致氣密性差異的主要原因。撐圈結構方面B氣囊根據DAB結構設計使用方形撐圈，可以增加氣囊的底部面積，有利于束縛袋形。罩蓋結構方面因素包括撕裂線結構和罩蓋尺寸，根據多次高速錄像判斷兩者撕裂時刻差異僅為0.5ms，就對標分析而言基本排除撕裂線的影響，將罩蓋尺寸列為罩蓋結構的影響因素。

由于A車型已進入ET狀態，即將進行首輪碰撞試驗，基于時間和成本的角度需要盡量選擇更改影響小的方案進行優化。其中更改氣袋供應商將影響試驗進度，同時，從曲線上查看，兩者囊袋在部分參數上的差異并未對支撐性產生敏感性的影響。另外，氣囊罩蓋輪廓在造型階段已經定義完成，且為沿用造型，已無法更改，因而優化方案中并不首選調整這兩個因素。

綜上，綜合考慮成本以及開發時間周期的情況下，我們選擇下述三個優化方案進行再次驗證，確認優化是否有效。方案一：A氣囊本體結構+B零件撐圈+星型折疊+B氣囊氣袋；方案二：A氣囊+僅更改排氣孔到2×30；方案三：A氣囊本體結構+B零件撐圈+星型折疊+更改排氣孔到2×30。

為驗證優化方案的有效性，再次進行跌落試驗驗證：

根據試驗結果，僅通過方案一和方案二均無法完全解決支撐性不足的情況，方案三可明顯改善支撐性，并達到設計要求，在成本周期均可接受的情況下，優先選擇方案三做為更改方案。

5.3 優化方案后的氣囊進行驗證

采用更改后的方案首先搭載整車仿真進行驗證，驗證方案采用優化后的DAB參數、2.6KN的限力等級（原狀態3.2KN），仿真分析得分結果如下表：從仿真結果上驗證改善方案有效

將已進行仿真驗證的方案，搭載進行實車碰撞試驗，在50km/h100%正面剛性壁碰撞試驗和64km/h 40%可變形偏置碰撞試驗中，A車型的駕駛員胸部傷害值曲線如下，得分分別為4.78分（滿分5分）、3.65分（滿分4分）。從試驗結果上可以判斷優化方案有效。

6 總結

在新版C-NCAP法規的達成中，由于胸部考核指標的調整，針對正面碰撞中的假人胸部傷害值優化思路也需進行針對性調整，本文根據實際開發中的優化分析，為后續項目的優化提供了參考；基于此優化思路，在新版C-NCAP2015中，駕駛員安全氣囊的支撐性相比以往具有更大的意義，需要在設計初期就針對駕駛員安全氣囊的影響因素進行核查，包括折疊方式，撕裂線形態，氣囊底部形態束縛的撐圈結構，合理選擇相應的設計方案，同時，應盡早進行跌落試驗檢驗，評估支撐性是否滿足要求，為后續約束系統匹配優化留下空間。

參考文獻：

[1]2010年中華人民共和國道路交通事故統計年報[J].公安部交通管理局， 2011.

[2]C-NCAP2012版法規、C-NCAP2015版法規， 2012-2015.

[3]SAE-J-2856-2009[1].50%男性Hybrid Ⅲ假人用戶手冊.

[4]駕駛員安全氣囊的仿真優化研究.道路交通與安全 第10卷第6期， 2010年12月.

[5]鐘志華， 張維剛， 曹立波， 等.汽車碰撞安全技術[M ]. 北京： 機械工業出版社， 2003， 109-120..