汽車膝部安全氣囊說明

鮑翔　鮑彤　吳志剛　王超

【摘? 要】汽車市場經(jīng)過這么多年的快速發(fā)展，汽車安全氣囊作為在造車過程中重要的組成部分在對駕駛員及乘坐人員保駕護航起到至關(guān)重要的作用。膝部氣囊作為氣囊家族中的一員，其發(fā)展空間是巨大的，針對以后龐大的國內(nèi)市場，各主機廠及供應商研發(fā)設計膝部安全氣囊是必然趨勢。本文針對膝部氣囊進行了簡單的說明。

【關(guān)鍵詞】工作原理;保護作用;研發(fā)熱點;發(fā)展前景;膝部氣囊;底置膝部氣囊

伴隨著中國對汽車人均保有量的提高，我國的交通事故也變的越來越多，給很多家庭帶來了不幸，同時這樣的結(jié)果也不斷警醒世人需要對車輛安全更加重視。現(xiàn)在的人們選擇車輛時，不僅僅考慮汽車的外觀，對于汽車的安全性能要求也越來越高。汽車安全系統(tǒng)分為主動安全和被動安全，被動安全主要是依靠安全氣囊和安全帶功能搭配組成，在保護乘員過程中至關(guān)重要。目前，市面上應用的安全氣囊主要有座椅氣囊，側(cè)氣簾，駕駛員氣囊和副駕駛座氣囊，這些氣囊在各類事故面前挽救了許多生命。但是，仍然沒有在一些特殊的事故中充分的保護乘員，例如，在一些正面碰撞的事故中，依舊有不少人因此失去了雙腿，雖然，目前的安全氣囊挽救了他們的生命，但是，面臨失去雙腿或者更嚴重的創(chuàng)傷，對于這些家庭依舊是很大的痛苦和壓力。這些事故也反映了現(xiàn)有安全氣囊不足的地方。發(fā)達國家針對此種案例已經(jīng)做出了研究，通過軟件進行模擬仿真以及實驗驗證，提出了一種新型氣囊叫做膝部氣囊，通過是否加入KAB工況試驗的滑臺數(shù)據(jù)對比顯示（如圖一），Sled-7中KAB吸收了更多的碰撞能量，大腿力明顯減小，也使得腰帶吸能減少。其直接表現(xiàn)就是胸壓的減小，Sled-7較Sled-1減小了6.2mm。在48ms時，KAB與假人小腿接觸并起作用。直接使胸壓上升的斜率降低，進而減小了胸壓峰值。加入KAB后，ODB64主駕的胸壓明顯降低。并且根據(jù)Sled-1、Sled-3、Sled-7可知，KAB在VH SIZE=10mm會對假人起到較好的保護效果。膝部氣囊在事故中對于乘員膝部確實有防護作用。截止今日，膝部氣囊的應用已經(jīng)開始慢慢普遍。在歐洲2008年的新車之中，美國的45款車已經(jīng)把膝部氣囊作為必須配備的安全氣囊。同時針對ENCAP試驗條款，增加了對車輛碰撞膝部得分的一個評判。

1.膝部氣囊零部件組成及其工作原理

膝部氣囊作為安全氣囊中的一員，它的組成基本上與其余氣囊大同小異。氣體發(fā)生器、氣袋、承盤（塑膠或金屬件）、罩蓋等零件裝配完成。膝部氣囊運作原理如下：在正面碰撞發(fā)生時，車輛中觸發(fā)氣囊工作的元器件（ECU）給出電信號，充氣器通過點爆電流開始工作，產(chǎn)生氣體，氣袋由于氣壓增大開始膨脹，撐破氣囊罩蓋，在小腿或膝蓋與儀表板接觸之前展開至設計的形狀，膝部氣囊阻止假人下半身向前的位移，吸收碰撞能量，進而對膝部、小腿和胸部等假人身體部位起到更優(yōu)的保護效果。

2.膝部氣囊現(xiàn)狀及發(fā)展前景

新型氣囊的出現(xiàn)雖然減小了人員小腿膝部的損傷，但是沒有達到設計最終的目的，根據(jù)國際市場反應，仍有人在搭配膝部氣囊的情況下，小腿骨折。這就說明膝部氣囊對于乘員的安全依舊存在威脅，這也是膝部氣囊沒有國際化大面積使用的原因，在我國市場膝部氣囊依舊沒有作為標配。膝部氣囊的設計發(fā)展應用更應該結(jié)合氣袋展開邊界，根據(jù)試驗驗證，對于不同乘員空間的車型，膝蓋至下IP或手套箱的距離常在60mm至170mm間，KAB氣袋充飽時間常在10ms至20ms范圍，F(xiàn)F50工況中TTF約15ms，膝關(guān)節(jié)在25ms時向前位移10mm 至25mm，ODB64工況中TTF約30ms，膝關(guān)節(jié)在40ms時向前位移30mm至45mm，為使KAB有足夠展開空間，要求在規(guī)劃車體總布置時假人膝部離下IP或者手套箱的最短距離大于100mm，綜合以上因素，KAB在假人膝蓋對應位置的厚度D建議在50mm～120mm間（需根據(jù)乘員膝部空間、碰撞波形、KAB充飽時間、TTF等因素確定）。膝部氣囊最終目的就是輕量化、更高的空間利用率，一切的設計及優(yōu)化都需要圍繞這兩個點來進行，目的就是要在越來越嚴苛的邊界條件下，通過氣袋設計、氣袋折疊方式罩蓋的結(jié)構(gòu)設計來配合來實現(xiàn)氣袋的功能。

3.底置式膝部氣囊

根據(jù)膝部氣囊的安裝位置，我們可以把氣囊分成兩類，一類為中置型（如圖二），也就是早期傳統(tǒng)的設計方案，是將氣囊模塊安裝于轉(zhuǎn)向管柱下方;另一種是底置型（如圖三），就是本文中的底置式膝部氣囊。底置式氣囊相對于中置式優(yōu)點在于更加有效的利用了儀表底部的空間：最初的膝部氣囊開發(fā)重點是在碰撞后，氣囊能夠快速的打開以對乘員進行保護，整個儀表板的理想位置是乘員的膝部正前方。但是，由于副駕乘員膝蓋正前方的空間一般都用來安裝手道箱，正駕駛乘員膝蓋與儀表之間的距離太小，導致膝部氣囊功能無法實現(xiàn)，或是無法充分體現(xiàn);底置式膝部氣囊安裝位置于儀表板下方，儀表板的下面空間非常大，可以滿足膝部氣囊設計需求。底置膝部氣囊碰撞點爆時，膝部氣囊罩邊緣撕裂，氣袋由撕裂處至下由上展開，充飽，對乘員進行保護。底置膝部氣囊優(yōu)點在于安裝隱秘，可滿足主副駕需求，其難度在于，氣囊罩蓋的設計以及氣袋袋型的設計，需要保證氣袋在系統(tǒng)需求的時間內(nèi)，氣袋由儀表板下方展開至上方，且不能對乘員腳踝及小腿造成損傷。這種底置式的膝部氣囊已經(jīng)慢慢變成主流設計。未來底置氣囊會針對輕量化、隱形、成本經(jīng)濟、一體化方面發(fā)展。

4.結(jié)語

我國國內(nèi)的安全氣囊設計水平依舊落后于歐美的發(fā)達國家，在汽車安全方面需要從事汽車安全行業(yè)的人員有著創(chuàng)新趕超的精神，在行業(yè)中，需要不斷研究不斷深入，以人為本，大力推動我國的汽車行業(yè)進一步與世界接軌。國內(nèi)主機廠及氣囊相關(guān)供應商應密切關(guān)注該領域的發(fā)展動態(tài)，提前進行技術(shù)儲備，來應對未來市場的需求，以保持或提高自身的市場競爭能力。

參考文獻：

[1].Werner Freisler.設計更靈活的低置型膝部氣囊模塊[J].汽車與配件，2011（23）