汽車側面碰撞簾式氣囊仿真優化＊

姜強，段敏，孫宇菲

（遼寧工業大學汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121000）

前言

簾式氣囊又稱作IC（Inflatable Curtain）也叫頭部側氣簾（Curtain Airbag）簡稱：CAB[1]。簾式氣簾主要作用是保護乘員頭部，安裝在A柱到C 柱之間的頂棚橫梁和內飾板之間，當車輛發生側碰或翻滾時，氣袋被彈出，在乘員頭部與車窗之間，可以避免側碰時玻璃破碎對人的傷害，也可以防止乘員飛出窗外。

1 側碰簾式安全氣囊建模及驗證

利用CATIA 軟件依據車體幾何尺寸建立氣簾式氣囊的幾何模型，將建成的CAD 模型導入Hypermesh 軟件中，劃分網格并調整網格，得到網格節點數據。之后導入MADYMO軟件中，設置材料屬性等參數，通過folder 模塊，進行氣囊折疊[2-3]。氣體發生器通過JET.IDELCHIK 設置噴嘴模型，用來再現氣體沖出時的沖擊效應。通GAS_MIXTURE. CONST -ANT 來定義氣體成分。建立好的模型通過動態沖擊實驗進行模型有效性驗證。圖1 是實驗與仿真小球加速度曲線對比。

圖1 小球加速度曲線對比

由圖可知，球的加速度趨勢、峰值出現的時間及大小都與實驗的接近，因此下一步可以對該簾式安全氣囊模型進行研究。

2 建立側面約束系統模型

基于有關計算機仿真理論的側面約束系統包括駕駛員座椅在內的半車模型，以及側面簾式氣囊模型和側面碰撞假人，基于MADYMO 軟件，建立側碰車體需要利用PSM 子結構思想，建立好的側碰車體能夠模擬碰撞后的變形情況。簾式氣囊模型選用上文已驗證的簾式氣囊。側碰假人從MADY -MO 軟件中提取ES2 型男性假人，MADYMO 軟件中的假人都是驗證后有效的模型。上述經驗證的簾式安全氣囊模型與車身和假人模型相匹配，形成側面約束系統模型，然后在MADYMO 軟件中以50 km/h 的速度碰撞移動變形壁障與車身發生碰撞，模擬分析。通過仿真得出假人頭部HIC 值542.43基于C-NCAP 得出HIC 評分為3.17 分，HIC 值沒有達到最大性能值，因此還有繼續優化的空間。

3 簾式氣囊相關參數優化

表1 HIC 極差分析

利用正交實驗的極差分析法對側碰約束系統安全氣囊相關參數優化[4]。影響簾式氣囊對駕駛員保護效果的因素很多，本文針對質量流率、織物透氣系數、觸發時間三個因素進行 分析研究。本文通過三個參數對HIC 值和頭部峰值加速度的影響，進行正交試驗，最后，運用極差分析法對結果進行優化。將質量流率、織物透氣系數、觸發時間分別記為X、Y、Z。質量流率分別為80、100、120。織物透氣系數分別為80、100、120.觸發時間分別為-3、0、3。根據以上參數進行正交試驗，共進行9 組實驗。

由HIC 極差分析得出，RY＜RZ＜RX，說明三個因素中，主要影響因素是織物透氣系數，其次是觸發時間之后是質量流率。又因為KX3＜KX2＜KX1、KY3＜KY2＜KY1、KZ1＜KZ2＜KZ3，所以HIC 的因素優水平是X3Y3Z1。優化后的HIC 值由542.43下降到383.65，基于C-NCAP，評分由3.17 達到該部位最高分4 分，優化后的HIC 有明顯的下降。

4 結論

汽車簾式安全氣囊在汽車被動安全領域是非常重要的，本文通過對簾式安全氣囊建模并進行有效性驗證，之后基于MADYMO 軟件建立側面約束系統模型，并且通過正交試驗的極差分析法對模型進行優化。通過仿真HIC 值可以看出優化后的簾式氣囊對頭部具有良好的保護效果，所研究的方法具有一定的理論基礎和實踐意義。