側氣囊對乘員保護的研究分析

蒯樂，劉光健

（上海東方久樂汽車安全氣囊有限公司，上海 201201）

前言

隨著我國汽車保有量的增加，安全問題日益突顯。根據國家統計局統計，2016年我國汽車保有量為19440萬量，2016年我國的道路交通事故死亡人數約為40824人，與2015年的36178人相比，增加4646人[1]。由此可見，我國的道路交通事故已經嚴重威脅到群眾的生命健康和財產安全。在汽車側面碰撞事故中，乘員的頭部及胸部傷害是導致死亡的最主要傷害形式[2]。為了有效的保護乘員的頭部和胸部，在提高側面結構設計安全性的基礎上，加裝側面安全氣囊系統對乘員保護具有重要意義。

1 我國側碰汽車安全法規的發展

中國最早的乘用車關于側面碰撞乘員保護設計規則CMVDR是根據歐洲ECE法規制定而成，其中頒布了40多條相關規定。中國國家側面碰撞乘員保護法規 GB20071從2006年正式發布實行，作為汽車側面碰撞的標準，此標準是以歐洲的ECER95 法規為藍本，并結合中國國情所制定的。因為我國和歐洲都是采用汽車產品認證制度，所以參考歐洲的法規也是合理的[3]。這項法規的推行標志著中國側面碰撞安全系統方面正式進入正規行列。隨著C-NCAP的順利實施及研究的深入，我國汽車技術研究中心也對《C-NCAP管理規則》進行了多次完善和提升，目前C-NCAP已經發展到了2018版，并計劃于2018年7月1日開始實施。

2018版《C-NCAP管理規則》[4]側面碰撞安全規則如下：移動壁障行駛方向與試驗車輛垂直，移動壁障中心線對準試驗車輛R點向后250mm位置，碰撞速度為50±1km/h，在駕駛員位置放置一個 WorldSID 50th型假人, 用以測量駕駛員位置受傷害情況。在第二排座椅被撞擊側放置 SID-IIsD(版)假人，用以測量第二排人員受傷害情況，如圖1所示。

圖1 C-NCAP側面碰撞圖

2 側面氣囊的發展

側面氣囊于 1995年首次被安裝在限量版奔馳及沃爾沃汽車上并進入市場。至2011年，已有超過 230 款車型提供側面氣囊保護系統，美國乘用車市場的側面氣囊使用覆蓋率已達到85%左右。現在側氣囊已經成為大多數乘用車的標準配置[5-6]。

3 側氣囊系統

3.1 側氣囊的介紹

側氣囊系統主要由控制裝置、氣體發生器和氣袋構成，傳感器、電子控制系統和觸發裝置又構成了氣囊系統的控制裝置。

圖2 安全氣囊系統的構成

圖3 側氣囊安裝位置

圖4 頭胸一體式側氣囊

側面安全氣囊安裝在汽車座椅側面蒙皮下的發泡中，能夠在側面碰撞事故中對乘員胸部和頭部進行保護，如圖3所示。側氣囊按照保護部位分為兩種如圖4、圖5所示，一種為保護乘客的胸部和頭部的頭胸一體式；另一種為主要保護乘員胸部、腹部及骨盆位置的胸部氣囊。

3.2 側氣囊設計要求

如圖6所示側氣囊的幾何形狀取決于駛員座椅的尺寸、R點位置及調節行程。側氣囊的初始輪廓保證能夠覆蓋整個駕駛員胸部范圍，以減少側碰時胸部的傷害。側氣囊充氣之后會在X和Z向上產生收縮，設計時保證其不能與簾式氣囊發生運動干涉。泄氣孔通常設計在袋體的前下部，防止泄出的高溫氣體傷人。

圖5 胸腹式側氣囊

圖6 駕駛員側結構圖

常見的側面氣囊常用的折疊方式大致可分為卷繞式折疊法、折入式折疊法、Z字形折疊法三類，如圖7所示。卷繞式折疊法適合貼著車內飾平鋪展開，多用于帶飾蓋SAB，展開速度比較慢。折入式折疊法適合朝某一方向快速展開，多為軟體保護套SAB，展開速度比較快。Z字形折疊法適用上下端距出氣口距離差異不大多為軟體保護套SAB，展開速度適中。

圖7 側氣囊折疊方式圖

3.3 側面氣囊的工作原理

側面安全氣囊的基本工作原理是通過傳感器將汽車側面碰撞強度信號傳遞到控制器，控制器處理并判斷是否需要打開氣囊。經過邏輯判斷是需要時，迅速發出點火信號使氣體發生器觸發點火，而后在乘員與車體結構間隙之間以較短時間生成大量氣體全部展開。在側面碰撞發生時，側面氣囊通過排氣節流阻尼作用來充當側面吸能部件，減緩施加在乘員身上的碰撞力，以達到保護乘員的目的。研究表明，與未安裝氣囊系統的車型相比，側面胸部氣囊和簾式氣囊的設置能夠分別降低16%和33%[7]碰撞側乘員的傷害。

4 側面氣囊的未來發展

隨著新型電子傳感器、識別技術的發展，智能側面安全氣囊開始得到發展，目前智能安全氣囊在乘員識別技術和分級氣囊點爆方面研究比較深入。乘員識別系統基于先進的圖像識別技術，通過在座椅上安裝重量傳感器感知座椅上是否有乘員，在碰撞發生時選擇性的點火安全氣囊；通過紅外線傳感器來判斷每個座椅上的乘員身高來確定乘員為大人或小孩，選擇性起爆不同部位的安全氣囊；通過光學傳感器超聲波傳感器判斷乘員的坐姿，對氣囊的點火做出相應調整[8]。

分級氣囊點爆技術能夠根據碰撞嚴重程度，通過電子控制單元判斷和制定與乘員靜態和動態狀態相適應的分級點火策略。智能型氣囊[9-10]對保護離位乘員尤其是兒童乘員尤為重要，可以有效防止或減緩在氣囊展開過程中對人體的意外。

5 結論

由于車身側面結構強度相對薄弱且空間較小，側面碰撞過程中乘員容易受到嚴重的損傷，本文介紹了側氣囊對人體的保護作用，針對不同類型的側氣囊進行了研究分析，重點分析了側氣囊的設計要求及分類，同時對未來側氣囊的發展進行了論述。在側面碰撞中加裝側氣囊可有效減少對乘員的損傷。

[1] 2016年全國道路交通事故數據統計,[EB/OL],http://www.peichang.cn/detail/id18666.html.

[2] 姜立標.現代汽車新技術[M].北京:北京大學出版社,2012.

[3] 朱西產.實車碰撞試驗法規的現狀和發展趨勢.中國汽車技術研究中心, 2000.4.

[4] C-NCAP 管理規程(2018年版）[EB/O]天津：中國汽車技術研究中心, 2017-04.

[5] Karen M. Balavich, Nathan R. Soderborg etc. Deployment Charac te-ristics of Seat Mounted Side Impact Airbags[C]. Proceedings of 22ESV Conference, Paper No11-0358.

[6] Federal Register. Rules and Regulations[M]. Volume 73, No. 111,June, 2008.

[7] Robert Lange etc. Side Impact Air Bag Efficacy, Injury Mitigation Performance in Vehicle Models With and Without Side Impact Air Bags and Inflatable Head Protection[C].Proceedings of 22ESV Con-ference, Paper Number11-0115.

[8] Angelo D’Elia, Stuart Newstead, Jim Scully, Evaluation of vehicle side airbag effectiveness in Victoria, Australia, Accident Analysis &Prevention, Volume 54, May 2013, Pages 67-72.

[9] 田迪斯.某乘用車側面乘員約束系統設計與集成優化[D] 2013.

[10] David Schreiber. Seat Detection in a Car for a Smart Airbag Appli-cation[J]. Pattern Recognition Letters, 2007(28):534-544.