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側(cè)面安全氣簾的設(shè)計與開發(fā)技術(shù)

文檔作者：陳鐘洲周大永劉衛(wèi)國趙福全文檔來源：浙江吉利汽車研究院有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月07日
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2011年第7期
(總第240期)
農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程
AGRICULTURAL EQUIPMENT＆VEHICLE ENGINEERING
No．7 2011
(Totally 240)
doi：10．3969／j．issn．1673—3142．2011．07．008
側(cè)面安全氣簾的設(shè)計與開發(fā)技術(shù)
陳鐘洲，周大永，劉衛(wèi)國，趙福全
(浙江吉利汽車研究院有限公司，浙江杭州31 1228)
摘要：側(cè)面碰撞事故中頭部的撞擊往往會造成致命的傷害。安全氣簾是專門針對頭部保護的安全裝置，在側(cè)
面碰撞事故中能有效地避免乘員頭部受傷或減小其受傷的程度，安全氣簾的設(shè)計與研發(fā)是十分必要的。本文
總結(jié)了側(cè)面安全氣簾的設(shè)計與開發(fā)技術(shù)，其中包括：安全氣囊的結(jié)構(gòu)和工作原理、重點介紹了安全氣簾的設(shè)
計內(nèi)容和安全氣簾系統(tǒng)的匹配方法。總結(jié)了一套安全氣簾設(shè)計開發(fā)的流程。對于同類型安全氣簾的開發(fā)具有
指導意義。
關(guān)鍵詞：安全氣簾；開發(fā)流程；匹配方法；側(cè)面碰撞
中圖分類號：U491．6+1 文獻標識碼：A 文章編號：1673—3142(2011)07—0024-06
A Key Technology for Car Side Curtain Ajrb孵Development
Chen Zhongzhou，Zhou Dayong，Liu Weigno，Zhao Fuquon
(Zhejiang Geely Automobile Institute Co．Ltd．，Hangzhou 310000，China)
Abstract：Side impact collisions in the head are often causing fatal injuries，SO a curtain airbag is designed for head protection．
In side impact accidents，it con effectively prevent occupant％head injuries or reduce its level of injuries．It is necessary to
design and develop curtain airbag．In the paper，technologies of the curtain airbag's design and development ale summarized，
including：airbag structure and working principle，focusing on the design elements of curtain airbag and system's matching
method，the design and development flow of curtain airbag is summed up，and it is a guide for the development of the sflne type
of curtain airbags．
Keywords：side curtainairbag；development process；matching method；side impact
0引言
在近幾年公安部公布的全國道路交通事故統(tǒng)
計年報中，側(cè)面碰撞事故占有相當比例。以2005
年為例，側(cè)面碰撞事故總數(shù)為177844起，占到所有
事故數(shù)的40％。側(cè)面碰撞事故引起傷亡人數(shù)為
212422人，占到總傷亡人數(shù)的37％。如圖l、圖2
所示。
從圖中可以看出，側(cè)面碰撞是在我國道路上
最易發(fā)生的事故形態(tài)，也是造成人員傷亡最大的
事故形態(tài)。所以針對側(cè)面碰撞乘員保護的分析及
研究是十分必要的。安全氣簾當發(fā)生側(cè)碰或者翻
滾事故時從頂棚內(nèi)飾中展開形成像幕簾一樣形態(tài)
的氣袋覆蓋住前后排側(cè)圍窗戶，防止頭部直接與
車窗框或者外部侵入物接觸、撞擊，在翻滾事故中
甚至可以有效防止乘員頭部或身體整個越出車體
而受傷。美國的車輛事故統(tǒng)計表明，配備側(cè)氣簾后
收稿日期：2011-02—11
作者簡介：陳鐘洲(1975一)，男，工程師，主要從事汽車整車安全性
能設(shè)計工作。
一24一
側(cè)面碰撞的死亡率降低了45％，可見側(cè)氣簾在保
護側(cè)面碰撞乘員頭部傷害方面具有顯著的功效。
圈1 各種形態(tài)的事故比例
圖2各種形態(tài)的死亡人數(shù)比例
1側(cè)氣簾的結(jié)構(gòu)與工作原理
安全氣簾約束系統(tǒng)包括氣簾模塊、側(cè)碰撞傳
感器及ECU控制器。側(cè)氣簾模塊的結(jié)構(gòu)如圖3所
示，主要包括：氣袋、氣體發(fā)生器、氣體擴散管、線
束、固定片。側(cè)碰及翻滾傳感器感知事故信號。并
萬方數(shù)據(jù)
陳鐘洲等：側(cè)面安全氣簾的設(shè)計與開發(fā)技術(shù)2011年7月
傳遞給電子控制單元。電子控制單元(rcu)與其
它約束系統(tǒng)零部件共用ECU，增加側(cè)面碰撞功能，
對側(cè)面事故分析、判斷、引爆氣簾模塊。
圖3氣簾模塊組成
普通側(cè)碰事故中，一般沖擊車身的位置在乘
員肩部以下，對頭部的傷害不是很大，一般都會小
于法規(guī)的指標，所有保護頭部的安全氣簾效果都
不會很明顯，而在側(cè)面柱形碰撞試驗中，剛性柱會
貫穿到頭部以上，對側(cè)邊頂梁和窗玻璃有很大的
入侵，此時頭部需要安全氣簾保護的必要性很突
出，相比較頭胸一體的側(cè)氣囊來說，安全氣簾有以
下優(yōu)勢：側(cè)氣囊一般裝在座椅側(cè)翼骨架上．需要向
上展開到達頭部，需要避開胳膊、安全帶的影響，
要求很好地控制氣袋展開方向及形態(tài)，而安全氣
簾從頂梁處向下展開，且展開路徑中的空間很容
易到達頭部和車側(cè)圍之間，所以安全氣簾展開快
捷、順利；安全氣簾保護范圍覆蓋前后排，甚至第
三排，即一個模塊同時保護各排乘員，利用率較
高。由于覆蓋在幾乎整個坐艙側(cè)面上部，加上拉帶
的作用，對于柱撞時，不會存在象側(cè)氣囊那樣有可
能氣袋偏離頭部與剛性柱而失效的風險，且這種
結(jié)構(gòu)會有效“兜”住乘員，而不至于頭部越過車窗，
保護覆蓋區(qū)域廣。不會發(fā)生保護偏離。
具有翻滾保護功能的氣簾(帶翻滾傳感器、氣
袋有7s的保壓能力)在翻滾事故中會提供持續(xù)的
保護，保證人不與外物直接接觸，甚至防止人越出
車體，獨特的翻滾保護功能。安全氣簾特別在柱撞
和翻滾時對頭部的保護很有優(yōu)勢。
2安全氣簾的設(shè)計內(nèi)容
2．1 安全氣簾布置要求
圈4安全氣簾安裝圖
安全氣簾總成從布置位置來講不比氣簾的多
樣化。其只有一種布置方式：頂棚與車身鈑金間，
就像內(nèi)藏式的側(cè)氣囊一樣，在不爆出情況下是不
可見的(見圖4)。
2，2安全氣簾的固定點的設(shè)計要求
安全氣簾由于長度長、保護范圍廣，如果固定
點失效．瞬間產(chǎn)生巨大的沖擊力使得安全氣簾不
僅保護不了乘員。有可能對乘員造成更大的傷害，
所以對安全氣簾的安裝可靠性要求要特別嚴格，
氣簾大致固定點如圖5。
圈5安全氣簾固定點要求
2．3安全氣簾的覆蓋面積設(shè)計
設(shè)計氣簾時對座椅的考慮項主要是考察其滑
軌位置，將假人放到座椅上，再調(diào)節(jié)滑軌至最前，中
間，最后，由此來確定乘員(各假^)頭部位置。一般
布置氣簾會優(yōu)先考慮在假人頭部位置設(shè)計凸起的
形狀，這樣有利于對乘員頭部的保護。還要關(guān)注前
后排中間不需要保護的空間有多大。這部分空間是
不充氣的，這樣可以節(jié)省成本(參見圖6、圖7)。
圖6乘員頭部位置確定
圈7乘員頭部位置凸起設(shè)計
2．4安全氣簾對內(nèi)飾件的設(shè)計要求
內(nèi)飾板除了裝飾車內(nèi)外，還起到緩沖人體二
次沖擊的作用，因此對內(nèi)飾造型設(shè)計的同時也應(yīng)
一25—
萬方數(shù)據(jù)
2011年第7期農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程
考慮強度設(shè)計。在設(shè)計安裝有側(cè)氣簾的內(nèi)飾板強
度時，需要兼顧氣簾的展開，重點是刖B／C柱內(nèi)飾
板的加強筋設(shè)計和與頂棚的重疊面設(shè)計(重疊面
的深度及寬度)。上述兩個因素會影響到氣簾的展
開，如果設(shè)計不當，可能會造成氣簾被內(nèi)飾板卡住
而無法順利下落，或者造成內(nèi)飾板脫落。內(nèi)飾件不
能有尖銳的尖。以防安全氣簾氣袋展開時被刺破。
(見圖8、圖9、圖10、圖11)。
圈8內(nèi)飾件和車身的間隙
圖9內(nèi)飾件加強筋的設(shè)計
圖10內(nèi)飾件加強筋的設(shè)計
圖11內(nèi)飾件加界的設(shè)計
B柱、C柱內(nèi)飾與頂棚要搭接在一起，搭接長
度最多不能超過lOmm；搭界線位置不能高也不能
太低，搭界線的位置應(yīng)該在導向支架下邊緣的下
方lO-20mm處。頂篷內(nèi)飾板做成弱化線以便于安
全氣簾能順利起爆，以防氣袋展開后無法展開。
一26—
2．5安全氣簾對導向件的設(shè)計要求
導向結(jié)構(gòu)的角度應(yīng)控制在8=100—1350范圍
內(nèi)，能夠保證氣囊起爆過程中順利展開(圖12)。
圖12導向件的角度
2．6安全氣簾模塊的設(shè)計
根據(jù)安全氣簾的結(jié)構(gòu)，各個部分設(shè)計要求不
同。發(fā)生器：可以瞬間產(chǎn)生大量氣體的裝置，用于
氣袋的充氣；氣袋：由高強度、可耐高溫的尼龍材
料制成，充氣后形成對人的緩沖；氣體導管：在氣
袋內(nèi)部連接發(fā)生器端頭。將氣體快速引向氣袋不
同位置；拉帶：在氣袋展開過程中，拉緊氣簾，使
其穩(wěn)定地向下展開。且展開后袋體保持一定的拉
力；固定片：不同位置的氣簾與車身連接固定件。
安全氣簾性能參數(shù)設(shè)計要求．氣袋充滿時間：
側(cè)面需要氣簾能快速反應(yīng)．充滿時間越短則氣簾
適應(yīng)不同事故情況的能力就越強。在其他參數(shù)設(shè)
計選取時更加靈活。影響充滿時間的因素：發(fā)生器
壓力曲線、氣袋體積、發(fā)生器布置形式，導氣管形
式、疊袋方式、車身分離結(jié)構(gòu)的分離強度等眾多因
素。氣袋從開始充氣到全充滿(沒有褶皺)的時間，
一般充滿時間16～26ms；充滿時的厚度：氣袋充滿
時各保護區(qū)的厚度，前排是120—200mm，后排80。
150mm；氣袋剛度：描述氣袋軟硬度在保護時間歷
程內(nèi)的表現(xiàn)；展開時間：指氣袋從開始充氣到完全
展平所需要的時間，一般為12。20ms。
氣袋展開的平穩(wěn)性：指各保護區(qū)域、各氣室充
氣展開的保持均勻、同步不發(fā)生晃動的能力。氣袋
縫紉布置原則：縫紉線的設(shè)置用來控制氣簾的厚
度，形成不同的氣室，甚至是溢流通道。(圖13為
一種氣室布局設(shè)計)。需要考慮50％假人頭部(圖
圈1 3安全氣簾氣袋氣室的設(shè)計
萬方數(shù)據(jù)
陳鐘洲等：側(cè)面安全氣簾的設(shè)計與開發(fā)技術(shù)2011年7月
13中圓圈所示)應(yīng)該盡量避開縫紉線。而應(yīng)處于
圖中所示位置上。所說的氣簾充滿厚度也是指對
應(yīng)假人頭部位置的氣袋厚度。
展開方向及展開平穩(wěn)性的要求：對于相對正
面的氣簾來說厚度較薄面積較大的安全氣簾需在
必須的時間內(nèi)以正確的姿態(tài)展開到人與車身內(nèi)側(cè)
較狹小的空間內(nèi)以達到保護人的效果，這就對安
全氣簾的展開方向以及展開時的穩(wěn)定性提出較高
的要求。展開時應(yīng)該貼緊B柱垂直向下展開。各保
護區(qū)域、各氣室展開時要保持同步均勻的充氣、不
發(fā)生晃動。影響到氣袋展開方向的因素有疊袋方
式、拉袋、車身分離導向結(jié)構(gòu)等。疊袋的基本形式
有兩種：Z形折和卷形疊袋方式(圖14、圖15)。z
形折展開阻力較小，易于展開，展開方向也較容易
控制；卷式阻力稍大，但方向性強，穩(wěn)定性強，兩種
可以組合成其他的十幾種疊袋方式。
圈14氣袋“Z”形疊袋方式
圖15氣袋卷形疊袋方式
拉帶的設(shè)置非常有助于控制展開方向。拉帶
的存在使氣簾有一定的張力，對于保持住乘員，防
止乘員越過車窗也很有效。拉帶的拉緊需要借助
于氣袋的收縮。
2．7安全氣簾的設(shè)計流程
隨著CAE技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的基于試驗的設(shè)計
開發(fā)流程已逐漸被基于CAE技術(shù)的設(shè)計開發(fā)流程
所取代，圖16為基于CAE的設(shè)計開發(fā)流程。從氣
袋的草圖設(shè)計開始，采用CAE技術(shù)對氣袋進行詳細
分析和優(yōu)化設(shè)計’包括：氣袋容積的評估，氣袋覆蓋面
積的校核，氣袋收縮和張力的檢查展開時間的檢查，
縫線形狀及位置的檢查。在完成優(yōu)化設(shè)計后，須通過
試驗對設(shè)計結(jié)果進行檢驗和確認，包括：氣袋靜態(tài)
展開試驗，頭部模型自由沖擊試驗(臺架)，側(cè)面移
動壁障和側(cè)面柱碰撞試驗(實車+假人)。
氣袋設(shè)計草圖
建立仿真模型
●氣袋體積評估
●氣袋面積校棱
●收縮力和張力校核
●展開時問校棱
●氣袋縫線形狀和位置校核
是
設(shè)計優(yōu)
]巨
改進設(shè)計建議
靜態(tài)展開試驗
29km／h側(cè)面柱撞實車
碰撞試驗(設(shè)計驗證)
50km／h側(cè)面移動壁障實
車碰撞試驗(設(shè)計驗證)
頭型沖擊試驗
(設(shè)計驗證)
選擇氣體發(fā)生器
頭型沖擊模擬和
氣袋進一步優(yōu)化
頭型沖擊試驗
(設(shè)計確認)
圈16基于CAE技術(shù)的開發(fā)流程
3安全氣簾系統(tǒng)的匹配方法
側(cè)氣簾系統(tǒng)匹配主要是檢查：(1)不同溫度條
件下氣簾的展開時間及展開狀況；(2)側(cè)面加速度
傳感器的抗干擾能力；(3)ECU控制算法；(4)系統(tǒng)
對乘員的保護效果。針對上述開發(fā)目標，通常需要
進行以下匹配試驗。
3．1 安全氣簾靜態(tài)展開試驗
安全氣簾靜態(tài)展開試驗分兩類：(1)單獨考核
氣袋的靜態(tài)試驗，采用頭型沖擊方式，見圖17，可
以模擬汽車側(cè)面撞柱環(huán)氣袋置于剛性柱前，氣袋
用壓縮氣體充氣并維持不同的恒壓，用自由的頭
部模型以不同的速度撞擊氣袋，這不僅能檢查氣
袋的工藝，如包型、縫線強度等，而且還能測量不同
速度，不用撞擊位置頭部的傷害值，從而對氣袋的
設(shè)計提供改進依據(jù)。(2)考核氣簾模塊性能的靜態(tài)
展開試驗，包括氣體發(fā)生器的性能、氣袋展開時
間、氣簾與內(nèi)飾配合情況等。這類考核的靜態(tài)試驗
方法見圖18，氣簾模塊必須安裝在車身內(nèi)，試驗狀
態(tài)應(yīng)與實際裝車時狀態(tài)一致，通過高速攝像機記
錄整個展開過程，用于發(fā)現(xiàn)和分析靜態(tài)展開過程
中可能存在的問題。在設(shè)計階段，試驗通常需要考
察85℃、23‘C和一35℃3種溫度狀態(tài)下的靜態(tài)展開
情況，到樣品驗收階段，則試驗樣件必須先通過要
求的環(huán)境試驗后，才能進行靜態(tài)展開試驗。
一27—
萬方數(shù)據(jù)
2011年第7期農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程
圖17安全氣簾靜態(tài)展開示意圖
圖18氣簾模塊靜態(tài)展開試驗
3．2誤用試驗．
誤用試驗是通過一系列的壞路面道路試驗，
有目的地復現(xiàn)可能的極端路面及汽車的野蠻操作
環(huán)境，驗證汽車在各種壞路面行駛時氣簾系統(tǒng)的
可靠性，要求控制器不允許發(fā)出點火信號，防止氣
簾在上述環(huán)境下誤爆。誤用試驗分靜態(tài)誤用試驗
和動態(tài)誤用試驗兩種，安全氣簾誤用試驗矩陣見
表1、表2，全部試驗過程中不允許安全氣簾點爆。
表1靜態(tài)誤用試驗矩陣
試驗號試驗項目說明
1 落球擊打
分別從150mm和250ram高落
球擊打ACU
． 錘擊牽引鉤&amp;amp;保分別錘敲前后牽引鉤和前后保
。險杠險杠的左、中、右部位
4穢然蒸燃
。錘擊車身
。
(車身內(nèi)部敲擊)
， 錘擊車身
”
(車身側(cè)圍外部)
．錘擊車身
。(前機艙部)
。安全鞋腳踢或
。錘擊
9 猛力關(guān)門
用錘擊打車向柱及ACU中央通
道、手閘、座椅滑軌等部位
用錘擊B、C柱『丁鎖扣及側(cè)碰傳
感器周邊位置。
用錘擊發(fā)動機頂部、安裝支架及
正面?zhèn)鞲衅鞲浇恢谩?
用腳踢保險杠、車門及地板等各
個部位。
用力關(guān)閉“四門兩蓋”
．，、猛力調(diào)整座位在座椅上有人和無人兩種狀態(tài)
?
(向后移) 下向前、后猛力調(diào)整座椅
11落重
分別用鉛球從0．5ram自由跌落
駕駛員底板和乘員底板。
一28一
表2動態(tài)誤用試驗項目及路面特征
試囊蠹弓試驗項百說明
3．3實車碰撞試驗
實車側(cè)面碰撞試驗是對氣簾約束系統(tǒng)的最終
驗證和考核試驗。試驗內(nèi)容主要為ECER95側(cè)面
移動變形壁障50km／h(．見,圖19)碰撞和EuroNCAP
側(cè)面29km／h撞柱試驗(見圖20)，試驗采用ES2側(cè)
萬方數(shù)據(jù)
陳鐘洲等：側(cè)面安全氣簾的設(shè)計與開發(fā)技術(shù)2011年7月
面碰撞假人，針對側(cè)面氣簾：首先要求在試驗過程
中氣簾能夠正常展開，不發(fā)生內(nèi)飾件脫落或?qū)?
簾懸掛等現(xiàn)象；其次，從碰撞發(fā)生到氣簾展開的時
間要求在5—10ms，氣簾充氣時間要求在20～
30ms；最后，假人頭部的傷害要控制在HIC小于
800(法規(guī)要求是HIC≤1000)。
圖19側(cè)面移動變形壁障50I(m，h
圖20 EuroNCAP側(cè)面29km／h撞柱試驗
4總結(jié)
側(cè)氣簾在汽車發(fā)生側(cè)面碰撞(撞車或撞柱)時
能夠非常有效地保護乘員頭部不受傷害，基于
CAE技術(shù)的側(cè)氣簾開發(fā)設(shè)計流程能夠提高氣簾開
發(fā)的效率和可靠性并縮短開發(fā)周期。側(cè)氣簾設(shè)計
的關(guān)鍵技術(shù)問題可歸納為：氣簾保護區(qū)域、縫線、
拉帶、內(nèi)飾板、氣體發(fā)生器充氣管道等的設(shè)計和氣
簾的匹配技術(shù)。文中所介紹的設(shè)計方法及經(jīng)驗可
作為參考，可以移植到新車型安全氣簾產(chǎn)品的設(shè)
計和開發(fā)中。
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(上接第23頁)
此模糊PID復合控制優(yōu)于PID控制。所以，模糊
PID控制器具有良好的控制效果。
5結(jié)論
從總體看，采用PID控制、模糊PID控制的半
主動懸架系統(tǒng)的性能均優(yōu)于被動懸架性能：采用
模糊PID控制相比于采用PID控制，車輛行駛平
順性以及操縱穩(wěn)定性都得到了提高。因此半主動
懸架系統(tǒng)采用模糊PID控制有更好的控制效果。
另一方面，由于非線性的存在，難以運用傳動
理論進行分析，并解釋為何模糊PID控制器可以
實現(xiàn)更好的性能。因此探索模糊PID控制器的非
線性控制特性，并找出合適的設(shè)計方法提高閉環(huán)
控制性能，是下一步的重點研究工作之一。
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一29—
萬方數(shù)據(jù)

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