基于侧面碰撞的侧面安全气囊的研究及发展

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  摘要:近年来,绝大多数主流车在车内前方配备安全气囊,有效地保护了车内乘员的安全,但美国国家安全管理局统计(NHTSA)显示,每年美国约9000名汽车乘客死于侧翼受伤。就此,本文简要介绍了碰撞的类型,侧面安全气囊的种类及发展概况。
  关键词:侧面碰撞;侧面安全气囊;帘式气囊
  1 侧面碰撞
  汽车碰撞事故按其类型可以分为:正面碰撞、侧面碰撞、追尾和翻滚等。各种碰撞事故统计资料表明,汽车发生的正面碰撞事故约占41%,尾追碰撞事故约占12%,而各种各样的侧面碰撞事故约占47%,但从事故的伤亡比例来看,轿车的侧面碰撞事故的伤亡率,远远高于轿车正面碰撞和尾追碰撞事故的伤亡率。
  分析结果说明,轿车的前部为发动机舱,后部为行李舱,在发生正面碰撞或尾追碰撞时,发动机舱或行李舱结构的变形和结构的损坏,能够吸收大量的碰撞能量,并且安全带和安全气囊能够有效地发挥作用,这就使得乘员的伤亡率大大地降低。
  但是,轿车车身侧面的结构件,无论是在强度或是刚度上,远远比不上轿车车身纵向结构件的强度和刚度。车门的两侧没有足够的空间布置/缓冲结构件来吸收碰撞时的能量,安全带对于侧面碰撞的防护能力也低得多。当车门、门柱等受到碰撞时,就有可能对乘员造成直接伤害,使得乘员的伤亡率大大提高。
  汽车侧碰乘员伤害主要来自以下三方面:(1)巨大的侧向冲击力。这也是直接造成乘员伤害的力量;(2)破碎玻璃、塑料内饰件的飞射,这是由于车窗、车体结构变形,玻璃破碎、内饰件破裂引起的,对乘员造成极大威胁;(3)车身翻滚。乘员撞击车内坚硬物体受伤。
  2 侧面安全气囊的研究
  由于汽车侧面碰撞时乘员所受到的伤害风险极大,因此侧面安全气囊应运而生。其主要有两种形式,一种为座椅安全气囊或安装在车门内的安全气囊,另一种为侧面帘式安全气囊。
  2.1安装在车门内或座椅中的侧面安全气囊
  用于车辆发生侧面碰撞时,保护乘员的胸部和腹部,有的也可以同时保护乘员的头部。从制造成本和难度来看,安装在前排座椅中的侧面安全气囊成本较低,并且集成度较高;而安装在车身侧面车窗上方的帘幕式安全气囊结构更加复杂,相对成本也较高。目前我国市场上装备有侧面碰撞头部保护气囊的紧凑级车型,大多都是安装在座椅内的侧面安全气囊。
  如图1所示为,沃尔沃(VOLVO)汽车公司装在座椅上的防侧撞安全气囊[1]。它能够随座椅移动,当轿车发生碰撞,并使座椅产生位移时,防侧撞安全气囊始终跟随座椅移动,确保了乘员的安全。
  在典型的实际侧撞中,乘员与车门及B柱之间的间隙会在撞击后迅速闭合(B柱包括车门锁机构,在四门汽车中还包括后门用铰链装置)。为了保护乘员的侧面部位,座椅侧面安全气囊必须在极短时间内迅速展开,填充乘员和车门之间的狭小间隙。
  安装在座椅上的侧面安全气囊通常安装于座椅骨架上,碰撞时,从座椅上弹出,向下通过座椅装饰边框展开。这类安全气囊系统包括:胸腔保护气囊、头部/胸腔保护气囊、胸腔/骨盆保护气囊。胸部安全气囊的气袋一般可在8ms-10ms内完全充气展开,头部/胸腔安全气囊的头部气袋可在20ms 内全部展开。
  2.2侧面帘式气囊
  侧面帘式气囊最早简称IC(Inflatable Curtain),也可以简称CAB(Curtain Airbag)。CAB作为一种重要保护措施,能有效防护上述伤害,目前已在中高级轿车上普遍装配。
  IC侧撞防护气帘是沃尔沃侧防护系统自1991年开始设计的第3代产品,并在1998年将其引入到生产的某车型中[2]。帘式气囊模块主要包括:气体发生器、导气管、拉带、线束等。其结构如图2所示:
  在侧撞中,乘员的躯干由侧撞气囊保护,头部靠车顶内饰缓冲。 图3所示是一种典型的帘式气囊。帘式气囊平常隐藏于车辆侧面顶棚的横梁上,气囊从 A 柱车门框横梁展开,保护乘员的头部,气囊的发生器安装在 A 柱下端。当汽车发生侧面碰撞时,侧气帘会瞬间落下并快速的充气膨胀,像帘子一样覆盖前后窗,将乘员与玻璃等坚硬物体隔开,这样就避免了乘员头部与车窗及外部坚硬物体的直接接触,有效地保护了乘员。某些帘式气囊甚至在充满气的状态下能维持5秒钟的时间,这样在汽车翻滚事故中就能对乘员提供有效的保护。丰田公司的材料提到:在对该公司开发的一种帘式气囊的试验中发现,侧撞中假人的头部伤害指标 HIC下降为未装气囊时的 1/10。还有一种帘式气囊是安装于风挡上端。
  3 侧面安全气囊的发展
  侧面安全气囊的点火时间和安全袋的展开时间,比正面安全气囊的点火时间和安全气囊展开的时间要短得多,因此要求防侧撞安全气囊系统中的传感器和中央控制器,有更高的灵敏性和更快的响应速度,能够在15~20 ms的瞬间内,完成全部防护过程。由于其高成本和高技术要求,目前,即便是在欧洲,装有侧面帘式气囊的轿车也不超过10%,且主要安装在中高档轿车上[3]。我国对侧面帘式安全气囊起步较晚,技术还不成熟,但随着汽车安全技术的不断推进,我国势必会加大对侧面帘式气囊的研究力度。
  参考文献
  [1] 宋慧,胡烨.现代轿车的安全气囊系统[J].汽车电器,1998(2):54-56.
  [2] 刘艳丰.我国安全气囊应用现状及发展特征[J].农业科技与装备,2010,10(10):41-44.
  [3] 朱敏慧.未来安全气囊产业发展的关键[J].技术与应用,2009-36:16-19.
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