汽車正面碰撞駕駛員安全氣囊仿真與優化

劉旺

恒大新能源汽車研究院 天津 300301

引言

安全氣囊是汽車安全輔助系統的重要組成部分，目前，關于安全氣囊本身的安全性問題，逐漸受到汽車生產制造商和消費者的廣泛關注。安全氣囊標牌位于安全氣囊的正上方，一般采用焊接的方式進行連接，由于其位置的特殊性，可靠的焊接是保證安全氣囊安全性的一個重要環節。目前，國內外汽車安全氣囊標牌的焊接普遍采用的是超聲波焊接工藝。超聲波焊接具有效率高、強度大的優點，但由于其系統過于復雜，維護難度比較大，兼容多種產品的成本也較高。此外，超聲波焊接對配套零部件的加工精度和控制系統的控制精度有著較高的要求，加之缺乏成熟、完善的焊接控制系統，其焊接質量也相對難以控制。因此，亟需一種高效率、高可靠性和高兼容性的新型焊接工藝和焊接系統。

1 汽車安全氣囊的工作原理和結構特點

汽車安全氣囊系統是由碰撞探測點火控制裝置、氮氣發生器和氣袋三大部分組成。碰撞探測點火控制裝置是由壓電式加速度傳感器，即敏感碰撞信號探頭和點火控制電路組成。探頭用以接收敏感碰撞沖擊加速度信號。點火控制電路用以在15ms內完成信號識別和點火任務，在確認是撞擊信號時，輸出點火指令，打開電子開關，實施點火。可以認為，碰撞探測點火裝置是用來探測與識別汽車碰撞時產生的加速度信號并控制氮氣發生器適時點火的裝置。它是安全氣囊系統的關鍵部件之一按照設計要求，使控制裝置啟動的碰撞加速度為7.0±19，大于或等于該加速度的保持時間為≥3ms。碰撞探測點火裝置由加速度傳感器、闡值電壓識別電路、作用時間識別電路、安全點火控制開關電路、自診斷顯示記錄電路、電源及倍電壓供電電路等七個部分組成。加速度傳感器一且接收到碰撞信號，該裝置就迅速進行信號處理，最后將信號輸出到氮氣發生器的電點火甘中去，使電點火管點火。

2 安全氣囊的發展方向

安全氣囊自身結構和系統的穩定性及安全性也至關重要。只有在自身穩定的基礎上，才會發揮應有的功能和效果，更重要的是能夠保證運行的安全，能夠持久而穩定的運行，能夠使其具有存在的價值。在當今注重汽車安全的時代，汽車的安全性問題受到人們持久的關注，尤其是與汽車行車安全相關的各個機構和裝置。各種相關安全設計層出不窮，使得各個系統的關注度逐漸上升，市場漸漸豐富起來。與其同時，也對安全系統有了更高的要求，例如氣囊小型化，氣囊小型化不僅方便在汽車的各個部位進行安裝。同時也可以節省汽車的內部空間，使得乘坐空間更寬大而舒適，并多方位、全面的對駕駛人及車內乘車人員進行保護。使安全氣囊能夠更好的融入汽車的結構空間內。安全氣囊最具有發展前景的便是冷啟動化，隨著科技的發展，單一的安全性保護已不能滿足人們的需要。人們需要確保安全性的前提下，具有更好的舒適性，能夠柔和的對車內人員進行保護。傳統的利用炸藥爆炸產生氣體，對安全氣囊進行充氣，產生過程過于猛烈且沖擊大。雖然滿足了速度的要求，卻在舒適度方面無法滿足人們的需要。因此需要一種柔和的起爆方式，避免因傳統式的炸藥啟動所產生的沖擊，使氣體發生過程變得較為柔和。消除充氣時猛烈的沖擊和巨響，避免對車內人員的二次損傷，以此在保證行車安全的前提下提高系統的舒適性。

3 控制二次碰撞速度

在提升汽車結構側面強度的同時，引發汽車側面碰撞時還會產生一定的側方加速度，汽車結構強度與碰撞后二次速度呈正相關關系，因此在設計汽車結構過程中，應當調節好汽車結構強度與碰撞二次速度的有效關系。結合相關外部研究統計數據可知，側面碰撞時行車人員胸部遭受的傷害高低與B柱腰帶撞擊的速度密切相關。與此同時，B柱在變形情況下，腰帶部位的變形速度為最大值。所以，要想縮減汽車側面碰撞時對行車人員胸部造成的傷害，必須要控制好B柱腰帶部位的塑性變形速度，為縮減對人體腹部、盆骨帶來的傷害，則應當控制好對應部位汽車結構的變形速度，在這個過程中，可于汽車內部相關部位添加一定的吸能材料，縮減在傳遞時車內板的碰撞能量，通過這一途徑以達到控制車門內側變形速度的目的；同時，依托提升汽車結構四周門框牢固性，提升行車人員座椅架剛度，借助座椅的支撐及緩沖力，以達到控制二次碰撞速度的目的。

4 安全氣囊的應用

安全氣囊裝置于車內前方、側方及車外三個部位，對于汽車側面碰撞防護通常為側面安全氣囊和側面安全氣簾。側面氣囊系統作用于保護汽車側面碰撞時行車人員的安全，通常裝置于車門內，或裝置于前部座椅靠背的外側。汽車發生側面碰撞后，汽車結構嚴重變形，往往會使得無法開啟車門，行車人員被困于車中，側面安全氣囊有助于保護行車人員源于側面碰撞引發的胸部、腹部、腰部的傷害，確保身體上肢活動能力及逃生能力。除去側面安全氣囊以外，在車頂兩側會裝置兩條管狀氣囊，也就是側面安全氣簾，它們可減輕來自車頂上部的下壓力，達到對行車人員頭部、頸部進行保護的目的。

5 結語

論本文針對汽車安全氣囊標牌的熱風焊接問題設計了熱風焊接的控制系統，該系統具有結構簡單、操作方便、易于維護等特點。并且利用優化PID控制算法對出風溫度進行控制。溫度采樣試驗和重復性焊接采樣試驗的結果表明，該控制系統可以實現對出風溫度的較高精度和較高效率的調節控制，而且焊接效果優良，良品率高，適合推廣應用于汽車安全氣囊標牌的焊接過程。同時，對于熱風焊接技術在汽車領域、精密焊接領域的應用與推廣具有一定的示范意義。