正面碰撞时安全气囊对乘员的保护作用分析

2021-05-26庞璐

汽车实用技术 2021年9期

关键词：乘员剪切力性能指标

庞璐

（长安大学汽车学院，陕西西安 710064）

前言

随着汽车保有量的急剧增长，汽车的安全性越来越重要[1]。在汽车发生正面碰撞时，乘员约束系统是最重要的被动安全系统，而安全气囊是乘员约束系统的一个关键组成部分[2-3]。

本文将某国产车按照标准要求进行两次正面碰撞试验，对采集到的数据用EVAlution软件进行对比分析，研究安全气囊对乘员的保护效果。

1 汽车正面碰撞试验

1.1 试验条件

本试验依托于某实车碰撞试验平台，该平台有全长400米的室内试验路面，主要试验设备有固定壁障、牵引系统、照明装置、假人、数据采集系统和高速摄像机等。

1.2 试验方法

本文按照标准GB11551-2014《乘用车正面碰撞的乘员保护》进行试验，标准中规定的正面碰撞形式是刚性固定壁障碰撞，在这种条件下，车身的碰撞能量很大，车内乘员易受到较大程度的损伤[4]。因此，本试验为分析安全气囊对乘员的保护效果提供了优良条件。

汽车正面碰撞试验方法为：

（1）车辆准备：车辆在进行试验前，所有装备都进行正常安装，保证其能够正常工作，并保证提交试验的车辆质量为整备质量。

（2）放置车辆：在试验车辆上焊接挂钩，与牵引系统挂钩连接。

（3）安放假人：在前排座椅上按照标准规定放置50%Hybrid Ⅲ假人，将假人头部、身体躯干、手臂、腿、脚及H点安放在固定位置，并使用安全带进行约束。

（4）驱动车辆：利用电力牵引装置驱动车辆，当车辆达到固定速度时，与牵引系统分离，以规定速度撞击到固定壁障上。

（5）数据采集：在假人重要部位安装不同类型的传感器，如在头部安装3轴加速度传感器，在颈部安装6轴载荷传感器。本试验采用DTS数据采集系统，记录整个试验过程的相关数据[5]。

1.3 乘员损伤性能指标

在发生正面碰撞事故时，乘员会受到一定程度的伤害，GB11551-2014《汽车正面碰撞乘员保护》中规定了发生碰撞后乘员受到损伤时重要部位的性能指标及要求，见表1。

表1 身体各部位的性能指标

2 数据分析

本文使某乘用车以40 km/h的速度进行两次正面碰撞试验，一次为安全气囊未打开，另一次为安全气囊打开，将数据采集系统采集到的两组数据导入EVAlution软件，对假人的头部、胸部和颈部性能指标进行对比分析。

2.1 头部性能指标分析

头部加速度—时间曲线如图1所示，图a）为安全气囊未打开，b）为安全气囊打开。图a）中头部合成加速度Max（0.1004s）=1117 m/s2，在峰值附近急剧上升；图b）中头部合成加速度Max（0.0751s）=481.5 m/s2，峰值附近曲线变化较为平缓，并且最大加速度发生时间也提前了，这是因为安全气囊在发生碰撞的瞬间弹出，在乘员与车内饰组件之间形成气垫，减轻了碰撞对乘员造成的巨大冲击。

图1 头部3向及合成加速度—时间曲线图

对碰撞过程中的加速度值进行积分，得到气囊未打开时的头部性能指标HPC值为636，气囊打开时的HPC值为286，降低了55.03%。由此可见，气囊对乘员头部有明显的保护效果。

2.2 胸部性能指标分析

胸部位移—时间曲线如图2所示，图a）中胸部位移Min=31.96 mm；图b）中胸部位移Min=56.44 mm。

图2 胸部位移—时间曲线图

当安全气囊打开时，胸部压缩量增加了43.37%，这是因为发生碰撞时，安全气囊瞬间弹出，作用于乘员胸部的压力较大，超过了安全气囊未打开时安全带对乘员的束紧力，导致胸部压缩量变大。当乘员体形较小或较脆弱时，安全气囊的相对压力尤其大，极有可能使乘员受到伤害[6]。

2.3 颈部性能指标分析

颈部X轴向剪切力力Fx—时间曲线如图3所示，图a）中颈部X轴向力Max=1224 N，图b）中颈部X轴向力Max=574.6 N。颈部对Y轴弯矩—时间曲线如图4所示，图a）中颈部对Y轴弯矩Max=22.62 N·m，Min=-23.39 N·m；图b）中颈部对Y轴弯矩Max=34.62 N·m，Min=-30.28 N·m。