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汽车安全侧安全气囊设计技术分析通用继电器

2020-06-30

从十年前在所有美国车辆上安装单一的司机侧安全气囊开始,至今单车安全气囊的数量最多增加到了12个。侧安全气囊似乎明显是前安全气囊之后所采取的下一个步骤,但在表象之后依旧存在着大量重要的工程工作。TRW公司工程师的工作设计,在1994年虽然不必从头开始,但却必须综合来自不同渠道的信息,生成并分析大量的数据,从而将安全气囊保护设计提高到一个新的水平。在评估致命交通事故的现场数据时,研究人员找到了可以救生的下一个领域。他们依靠由其他机构(如位于密歇根州底特律市的韦恩州立大学)研究人员所提供的生物力学数据为出发点,即可让工程师在其他阶段对不确定情况下的设计过程中的对设计拥有一个全面的掌握。 调查侧撞击 侧撞击很快被认为是可从附加保护上获益的下一领域。做出这一决定不难,但要解决实际问题却并不简单。TRW公司全球系统技术部总监Charlie Steffens表示,“在正面撞击中,车辆虽有些损坏但车厢却完好无损,但在侧撞击中,车厢被撞坏,因此,这两种事故的损伤情况有着很大的不同。” 在正面撞击中,使用安全气囊可使司机冲入膨胀气囊,而不会撞在方向盘或仪表板上。TRW公司汽车司机安全系统部副总裁Doug Campbell补充说:“与正面撞击相比,侧撞击时可用于进行保护的时间将大为缩短。” 气囊必须在侧撞击发生时吸收掉突出物体的冲击力,这就是说,必须在 5~8 ms内检测到撞击,且司机在随后5~8毫秒时间内已开始接触到车门。这意味着气囊必须在相当于正面撞击1/3的时间内实现保护,因此实现侧安全气囊系统要困难得多,而且差异还不仅于此。 测试是工程师所必须面临的首要挑战之一。使用高速滑车可进行很好的正面撞击测试。Steffens说:“我们利用现有滑车,并将滑车转向侧面。”但工程师不采取用于正面撞击测试的高g撞击程序(其中车辆加速驶向障碍),而是使用名为弹簧滑车的早期方法,并通过推动物体撞向车辆并和车厢发生撞击来模拟现场事故。 处理设计过程中不确定性的八大技巧 在应对不断变化的规章与技术问题的同时,TRW公司负责开发侧安全气囊的工程小组,为保持清醒,与您分享他们的秘密: 1. 研究和利用其他专家已有的工作经验 2. 建立在自己的工作经验上 3. 为检验是否理解正确进行充分的试验 4. 在构建软件前使用高级仿真工具 5. 将问题分解为可控制的子问题 6. 提前与客户沟通 7. 做好进行任何必要改动的准备 8. 做好进行任何更多改动的准备 工程师们还对正面撞击人偶进行了改动,以提供不同位置上的乘员受伤数据,并将侧撞击人偶命名为SID。利用滑车与SID,TRW公司可获得其自己的数据,并开始进行与侧撞击解决方案相关的工作。 为对各种情况下提供的最佳保护进行优化,工程师们用所有撞击事故的仿真模型来对车辆撞击测试数据进行补充。Steffens表示:“在使第一部分产生最佳方案以前,我们将进行数百甚至数千次仿真,然后再继续往下进行。”TRW采用行业公认的标准仿真工具,包括MADYMO(一种用来预测司机运动学以及计算受伤标准的软件工具)。他们自己也开发了一些专用程序。这些工具相结合,减少了硬件反复次数以及相关成本与时间延迟。 硬件挑战与变化 最明显的一项硬件挑战是充气机。要使充气机满足更短时间的要求,工程师们必须在充气机所需时间与气囊充气时间及检测和决策所需时间之间进行折中。 “电爆管基本相同,” TRW公司北美膨胀抑制系统部总监Jeff Aird表示,“侧安全气囊的不同,在于充气机或气体发生器的气体输送速度不同”。从充气机充气或电爆管准备点火开始,它必须以更快的速度从充气机进入到安全气囊。增加推进剂的燃烧速度、气体出口的喷嘴尺寸以及充气机的其他参数,可使速度达到13ms的设计目标。 当认识到在公路交通致命事故中占有很大比例时,翻滚保护是侧撞击保护的一种自然扩展。TRW公司已开始使用可遮住司机上半身的帘子,来对乘员头部提供侧撞击保护。但这种保护并不针对翻滚期间对乘员的保护。 Steffens解释说:“由于需要能判断这种事故的传感器,因此翻滚检测是一项很大的挑战”。此外,和侧撞击相比,翻滚是一种相当缓慢的事故,持续时间为数秒,而不是数毫秒。由于SUV的座位很高,因此在发生侧撞击时,并不一定需要头部保护帘,但当考虑到翻滚事故时,则需要有头部保护帘。 为确保翻滚保护能力而对侧安全气囊保护帘进行的改动,包括能使气囊在6~8:秒内展开的冷气充气机。此外,TRW公司还开发了气囊密封技术,因为前安全气囊最初被设计成多孔能量吸收。 在安全气囊与系统的技术指标中,首要的是确定从滑车首次接触车门外侧到内侧撞到乘客时的总时间。然后再将此时间分为两部分:(1) 检测,(2) 张开。时间与速度有关,并且对前安全气囊系统来说大约为60 ms,但对侧安全气囊系统来说则仅为23 ms。 检测由两个截然不同的部分组成:传感与决策过程。对于传感器部分来说,研究人员必须进一步评估可能的传感器技术、传感器响应速度与安装位置。 气囊张开包括电爆管点燃时间与气囊充气时间两部分。安全气囊的构造、安装与放气速度以及电爆管与充气机的能力等,都是总体部署所需考虑的问题。

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