一種頂棚式安全氣囊設計

潘慧敏 張培明

（濰坊科技學院，山東 壽光262700）

1 技術背景

在車輛正面碰撞中，傳統的正面約束系統包含安全帶和氣囊，共同保護正面碰撞中乘員的軀干、頭部和頸部。在正面碰撞發生時，乘員向前運動，乘員的髖部和上軀干依靠座椅和腰部安全帶能夠得到有效的約束，同時安全帶限力器和氣囊共同作用，允許乘員軀干在腰椎作用下繞著髖部向前旋轉，進而降低軀干、頭部和頸部傷害。氣囊首先支撐乘員的頭部和頸部，從而減輕軀干、頭部和頸部的傷害。

傳統的乘員氣囊的設計特征是氣囊正對著乘員展開，并以儀表板反作用力為支撐，使氣囊變形來為乘員旋轉運動提供大量的運動空間，從而實現對乘員的保護。

當汽車在行駛過程中發生碰撞事故時，碰撞達到規定的強度，安全氣囊里的氣體發生器接到信號后引燃氣體發生劑，產生大量氣體，使氣囊在極短的時間內形成彈性氣墊，并鼓向駕駛員和乘員，及時的保護人體頭部和胸部，緩沖碰撞帶來的沖擊，避免撞擊帶來的二次傷害。

隨著汽車工業技術的不斷發展，被動安全技術也不斷的進步，出現了各種各樣新穎的設計，頂棚式正面保護安全氣囊就是其中之一。但是，目前的頂棚式正面保護安全氣囊處于應用初期，對遮陽板的安裝和保護，以及氣囊展開時方向的設計缺乏充分考慮。

2 一種頂棚式安全氣囊設計設計內容

本設計的目的是克服現有技術的不足，提供了一種在氣囊工作時能夠為遮陽板提供保護的頂棚式安全氣囊。

為了達到上述目的，本設計是一種頂棚式安全氣囊，包括氣體發生器、氣袋和殼體，其特征在于：氣體發生器內置于氣袋內，氣袋安裝在殼體內，殼體安裝在頂棚內，殼體包括遮陽板安裝結構、固定加強結構、翻折弱化結構和發生器固定結構，遮陽板安裝結構位于殼體前端，遮陽板安裝結構與固定加強結構之間采用翻折弱化結構連接，發生器固定結構設在固定加強結構的后端，固定加強結構的兩側設有安裝支架。遮陽板安裝結構的兩側設有另一安裝支架，另一安裝支架的安裝面上設有二級限位卡扣，二級限位卡扣與頂棚連接。固定加強結構設有向上凸起的加強筋一，遮陽板安裝結構位于固定加強結構的前側，氣袋展開時，遮陽板安裝結構沿著翻折弱化結構向下翻折。

2.1 設計步驟

本設計是一種頂置式氣囊裝置，一種頂棚式安全氣囊，包括氣體發生器、氣袋和殼體。氣體發生器內置于氣袋內，氣體發生器為氣囊展開提供氣體和能量。氣袋安裝在殼體內，當氣囊工作時，氣袋從頂棚中展開于乘員和前擋風玻璃之間，并以前擋風玻璃為限位支撐，對乘員提供正面保護。殼體安裝在頂棚內，殼體為遮陽板，氣袋和氣體發生器提供安裝界面。

參見圖1，殼體包括遮陽板安裝結構、固定加強結構、翻折弱化結構和發生器固定結構，遮陽板安裝結構位于殼體前端，遮陽板安裝結構與固定加強結構之間采用翻折弱化結構連接，發生器固定結構設在固定加強結構的后端，固定加強結構的兩側設有安裝支架。安裝支架的安裝面上設有通孔，螺栓穿過通孔后，與頂棚連接，遮陽板安裝結構的兩側設有另一安裝支架，另一安裝支架的安裝面上設有二級限位卡扣，二級限位卡扣與頂棚連接。

遮陽板安裝結構為遮陽板提供卡扣、螺栓和鉚接等形式的安裝模式，且遮陽板的安裝位置可以根據車身人機工程學的要求設計，不受頂棚式氣囊的影響。

參見圖2，當氣袋展開時，遮陽板隨遮陽板安裝結構一起沿著翻折弱化結構向下翻折，減小遮陽板受到氣囊的沖擊，保護遮陽板。遮陽板安裝結構向下翻折動作也可為氣囊展開提供充足空間和導向功能。

加強筋是為了減少殼體在氣囊展開時的彈性變形量，以避免遮陽板被殼體打飛或者損壞嚴重的情況出現，加強筋可將集中一個區域的應力傳遞到殼體的其它區域，避免殼體局部發生變形。加強筋的數量可根據殼體的受力情況和彈性變形量設定。

發生器固定結構包括U 型槽、P 型夾和限位棘爪，U 型槽的兩側分別設有P 型夾，P 型夾的外側端部設有限位棘爪，氣體發生器嵌設在U 型槽和P 型夾內，氣體發生器的兩端卡在兩側的限位棘爪之間。U 型槽對氣體發生器所產生的氣體進行導向，使氣體高速充滿氣袋，保證氣袋展開實際軌跡與設計軌跡一致，對乘員起到充分保護作用，另外，U 型槽將氣體順利的導出，也可減小固定加強結構所受到氣體的沖擊力，降低殼體發生變形的風險。P 型夾和限位棘爪將氣體發生器限定在設計安裝點，避免氣體發生器在氣囊工作時發生較大位移，避免氣體發生器上的泄氣孔相對殼體的位置發生改變，保證氣體輸出方向及氣囊的展開位置。

翻折弱化結構包括V 型槽，腰形孔弱化結構和圓孔弱化結構，其強度根據殼體的受力分布設計。翻折弱化結構邊緣設有加強結構，加強結構的作用是便于遮陽板安裝結構沿弱化結構整體向下翻折。

2.2 設計原理

圖1 頂棚式安全氣囊殼體示意圖

本設計中，翻折弱化結構為V 型槽。固定加強結構設有向上凸起的加強筋一，遮陽板安裝結構位于固定加強結構的前側，加強筋一的作用是使遮陽板安裝結構能夠在氣囊工作時沿V 型槽整體向下翻折一定角度。遮陽板安裝結構2 上設有向上凸起的加強筋二，加強筋二將應力集中區域的力傳遞到其它區域，使遮陽板安裝結構在翻折之前不發生變形，避免遮陽板受到沖擊。

在受到氣囊展開的沖擊時，二級限位卡扣的第一級發生脫落，以此保證殼體上的遮陽板安裝結構順利向下翻折，并且與翻折弱化結構一起控制遮陽板安裝結構向下翻折的角度，使遮陽板安裝結構向下翻折后為氣囊提供展開所需的空間和導向功能。另外，二級限位卡扣可滿足遮陽板日常工作所需的強度要求。

3 結論

確保汽車行駛的安全性, 解決乘車人員的安全越來越受到人們的重視。而在汽車上裝配安全氣囊就是一種有效的解決方法。不同于傳統的安全氣囊，本篇論述了一種新的頂棚式安全氣囊。另外，本設計同現有技術相比，設計了頂棚式安全氣囊的結構，通過殼體的結構改進，解決了裝有頂棚式正面保護安全氣囊的遮陽板安裝問題，在保證遮陽板和頂棚完整性的前提下為氣囊提供充足的展開空間，在氣囊工作時，殼體的結構設計也為遮陽板提供保護，避免其受到氣囊的影響。

圖2 頂棚式安全氣囊展開后