侧气帘B柱导向支架的设计研究

罗传东 宋绍文

摘 要：侧面碰撞事故中头部的撞击往往会造成致命的伤害。安全气帘是专门针对头部保护的安全装置，在侧面碰撞事故中能有效地避免乘员头部受伤或减小其受伤的程度，安全气帘的设计与研发是十分必要的。文章总结了侧面安全气帘的设计与开发技术，其中包括：安全气囊的结构和工作原理、重点介绍了安全气帘的B柱导向支架开发与子系统试验的验证.总结了一套安全气帘设计开发的流程，对于同类型安全气帘的开发具有指导意义。

关键词：侧气帘;侧气帘B柱导向支架;子系统试验

中图分类号：U462.1  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）21-70-03

Abstract： Side impact collisions in the head are 0ften causing fatal injuries. So a curtain airbag is designed for head protection. In side impact accidents， it can effectively prevent occupant's head injuries or reduce its level of injuries. It is necessary to design and develop curtain airbag. In the paper， technologies of the curtain airbags design and development are summarized， including： airbag structure and working principle， focusing on the design elements of the curtain airbag ramp of B pillar and the subsystems experiment， the design and development flow of curtain airbag is summed up， and it is a guide for the development of the same type of curtain airbags.

Keywords： Side curtain; Side curtain B-pillar guide bracket; Subsystems experiment

CLC NO.： U462.1  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）21-70-03

1 引言

在道路交通事故中，車辆发生事故形态多样，包括正面碰撞、追尾、侧面碰撞、翻滚等多种形式。其中发生侧面碰撞（包含翻滚）对乘员的伤害主要集中在头部、颈部、胸部、腹部、骨盆等处。事故分析结果显示，车辆发生侧面碰撞时，头部与车窗框及外部物体的撞击是导致乘员死亡的主要原因之一，占侧面碰撞死因的60%。我国对汽车侧面碰撞的研究也有一定的进展，并于2006年7月开始实施汽车侧面碰撞的国家标准：《汽车侧面碰撞的乘员保护》，同时不断提升新车评价体系（C-CNCAP）标准。

为了减少侧面交通事故中头部发生的严重伤害，座椅侧气囊、侧气帘的开发逐步成为一种趋势。在美国的IIHS调查显示，在侧面碰撞中，如果乘员舱未发生严重变形，配置了侧气囊可减少11%致死率，配置了侧气囊和头部侧气帘则可减少45%死亡率，因此侧气帘的开发很有必要性[1]。同时，汽车消费市场的竞争激烈，安全性能也越来越受消费者关注。侧气帘已从过去的C-NCAP加分项，逐渐成为车辆安全系统方面的标准配置，并作为车辆安全卖点。在2018版本的CNCAP测试规则中，安全气帘的评判标准更为严格，对气帘的布置结构、展开形式、保护区域、保护效果等方面提出更严格的要求。

与其他安全气囊相比，侧气帘的开发牵涉到的内饰件较多。顶棚、立柱、顶棚扶手、遮阳板等内饰件的设计不合理均会影响气帘的正常展开[2]。近年来，不少国内外学者采用计算机仿真技术对侧气帘开展仿真研究，2002年Ayad Nayef等学者研究了侧气帘的展开对假人头部运动的影响[3]。Naoki Kaneko等基于Madymo仿真技术运用遗传算法对侧气帘系统进行优化[4][5]。在试验室验证方面，由于实车碰撞试验成本高，实验准备周期长，而且试验环境不易调控，因此为验证侧气帘系统的性能以及与周边零部件的稳定性，开展侧气帘在子系统中的静态展开试验。由于子系统实验可以在不同的环境温度（大型温箱进行控制）下开展试验，用于模拟不同的环境工况，充分验证产品性能。本文重点关注在不同车型的侧气帘子系统点爆验证工作中不同形态的B柱气帘导向支架对气帘的展开状态研究。

2 侧气帘的工作原理与气袋设计

简单的气帘约束系统包括侧气帘总成、侧碰撞传感器及安全气囊控制器总成（ACU）。气帘模块总成主要包括：气袋、气体发生器、发生器固定支架、固定片、气帘导向支架。气袋由两片气囊布料缝制而成，不设计泄气孔。如果有保压要求，一般采用带涂层的布料，缝制的针脚也必须更为紧密。卷起来的气帘安装在侧顶梁与顶棚内饰之间，覆盖范围从A柱到C柱或更靠后面的立柱（多排座椅）。

2.1 侧气帘的工作原理

当车辆受到侧面碰撞或翻滚事故时，侧碰传感器接收到相应的侧碰信号传递给ACU，ACU根据信号的强度进行分析计算，结合整车气囊标定程序的结果，决定安全气囊系统是否点爆、何时点爆。当气体发生点爆后，所产生的大量气体通过导流片、气道快速充入气囊囊腔。不断被充气的气帘从顶棚内饰中冲出、展开形成像幕帘一样形态的气袋，覆盖侧围区域，整个充满周期一般在（20～30）ms左右。充气状态的侧气帘，能在发生交通事故的瞬间防止座椅外侧乘员的头部与车窗框、硬内饰或者外部侵入物直接接触、撞击，降低乘员头部伤害。

2.2 側气帘的气袋设计

目前气袋草图设计通过CAD软件在座椅设计R点分别放置5%、50%、95%分位的假人，以假人头部质心为原点，85mm为半径画圆，确定气帘充气区域的边界。再结合座椅导轨行程与不同分位的假人即可大致确认气帘的保护区域，见下图1所示。再通过CAE建立仿真模型，确定气帘的详细参数，分析的内容包括：气袋容积的评估，气袋覆盖面积的校核，收缩力和张力的检查，展开时间的校核，缝线形状及位置的检查等内容。

完成上述优化设计后，制作样件、工装夹具对气帘开展零部件级别的验证试验，对设计结果进行检验和确认，并在实车上开展相关的静态、动态试验。气帘保护区确定后，会在B柱区域形成一个非填充区，导致气帘容易与B柱内饰护板产生钩挂现象。

3 不同类型的B柱导向支架设计

在侧气帘展开过程中，不断膨胀的气袋冲击内饰结构，良好的顶棚弱化结构、稳定的内饰固定点以及优异的气帘导向结构之间的相互配合，才能使气帘能及时充分展开，起到保护乘员的效果。因此为了使侧气帘能够正常保护乘员，必须对周边相关内饰件设计提出了相应的设计约束。

气帘在B柱区域存在由单层的气袋织布组成非充气区。两排车型的气体发生器一般采用中置式，充气口在B柱上方，气流通过导气孔对前后两个囊腔进行充气，因此在气帘展开时B柱区域所受到的冲击力较大。同时，非充气区域的存在使得气袋在B柱区域挂住、延迟展开甚至展开不完整。为解决这种不合理的展开现象，需要在B柱区域增加相应的导向支架或结构，引导气帘的正常展开。结合现阶段开发的几种车型，对金属导向支架与自带导向支架进行对比研究。

3.1 金属导向支架

金属导向件即在B柱内饰护板上端，通过增加一个金属钣金件，将内饰护板的孔洞、缝隙进行掩盖，使气帘在展开过程中能够顺利滑出。

某车型A与B在开发过程中，均采用金属导向支架，与内饰护板的装配效果如下图2所示。因车型A与车型B为同平台产品，侧气帘、内饰的设计均有很大的通用性，二者之间仅气帘导向支架的支持面结构有所不同。

3.2 气帘自带的塑料导向支架

在整车降重方面，可以将气帘B柱区域的金属导向件，变更为塑料导向支架，同时集成在侧气帘上。这样在减重的同时，减少相应的装配工序。某车型C在开发过程中用塑料导向件替代金属导向支架如下图3，在气帘展开过程中，膨胀的气袋撑开塑料导向件，起到导向作用。

4 侧气帘子系统验证试验

4.1 侧气囊子系统试验

侧气帘子系统试验是将侧气帘安装在白车上，并将周边的内饰件：顶棚、扶手、遮阳板、ABC柱内饰板等按照实车状态进行装配而开展的环境点爆试验，属于静态点爆试验。气帘子系统所采用的实验矩阵如下表1，表内的实验项目为必做内容。在试验过程中，将装配好相关内饰件的白车身在大型温箱内（模拟高低温环境）保温四个小时，移出箱外2分钟之内进行点爆。在DV试验中如果出现失效问题，应对问题件进行整改后，继续开展子系统实验。

对子系统实验评价要求如下：

（1）试验过程中气帘（包括拉带）能够正常展开，试验过程中侧气帘没有发生卡滞现象，内饰件无松开、脱落现象。

（2）试验过程中，不得有因气囊展开而引起的硬质飞溅物，如硬塑料碎片，金属碎片等。

（3）软质飞溅物如气袋纤维，饰件织物层等，在满足下述条件前提下可以接受。单片软质飞溅物最大允许重量为3g，软质飞溅物的最大允许总量为5g。

（4）任何软质飞溅物不允许有任何锐边、尖角、毛刺等会伤及乘员的特征出现。

（5）试验后气袋完整，缝线区域无胀列，气袋没有被刮破、烧蚀等现象。

4.2 子系统试验验证结果

根据我司不同车型产品配置状态，采用上述金属导向支架与气帘自带导向面进行子系统试验，研究不同形态的导向件对气帘展开的影响。测试验证结果如下表2：

车型A、B均为同一平台产品，二者仅气帘导向支架支撑面结构有所差距（见图2）。车型A的导向支架支撑面完全覆盖住B柱内饰护板，且超过内饰护板外沿20mm;车型B的导向支架左右留有空隙，在气帘展开过程中无充气区的气袋被钩住。对车型C的试验后样件进行检查发现，试验后的塑料导向支架还包裹着部分气袋，常温、高温情况下均无该现象产生。该现象与塑料的性能与温度高低有关，且发生器在低温情况下气体压力也比较低。

整改方案：

（1）延长车型B的气帘导向支架支持面，外沿至少覆盖内饰孔洞20mm，如下图4（A）所示;

（2）车型C的塑料导向结构件底部区域进行切削处理，降低开口撑开时的力度，如下4（B）所示。

将整改后的零部件再开展相关的子系统验证试验。测试结果表明，在所有不同的环境温度工况下均正常展开。

5 结论

侧气帘的开发主要是为了保护在侧面交通事故中乘员的头部，降低头部伤害值。通过对几种不同的侧气帘B柱导向支架的试验对比研究可知：

（1）气帘自带塑料导向支架，因塑料的性能与环境温度影响较大，需要开展多次的验证试验，匹配好塑料壳体的撑开力度，对开发周期影响较大;

（2）金属导向支架对气帘的整车展开性能最为稳定，在设计过程中需要注意导向面高度、支撑面尺寸，避免孔洞存在。

通过该对比方案的测试结果，为后续新车型的B柱导向支架的开发提供一定的参考意义。

参考文献

[1] Shepardson David. Study Side Airbags Save Lives[N]. Detroit News Washington Bureau. Thursday，October 05，2006.

[2] 宋德福.装配侧气帘汽车的内饰件设计要点[J].汽车工程师，2014 （1）.

[3] Karen M.Balavich，Ayad Nayef.Dummy head kinematics in tripped rollover tests and a test method to evaluate the effect of curtain airbag deployment[c].SAE Techmcal Paper Series，Paper No.2002- 01-0690.

[4] Naoki Kaneko，Seigo Taguchi，Masaki Motoki，Shigeru Ogawa. Opti -mization of the side airbag system using MADYMO simulations [C].SAE Technical Paper Series，Paper No.2007-01-0345.

[5] Honglu Zhang， Deren Ma， Srini V.Raman.CAE-Based Side Curtain Airbag Design[J]. SAE， 2004-01-0841.