隨著汽車在國(guó)內(nèi)的普及，汽車安全性越來(lái)越備受關(guān)注，安全氣囊作為約束系統(tǒng)中最后的安全保障，它的重要性也被突顯出來(lái)。安全氣囊中的氣袋在展開(kāi)的一瞬間能否保護(hù)駕乘人員免受傷害，氣袋的設(shè)計(jì)是依據(jù)何種條件？作者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)此進(jìn)行了分析，對(duì)各種影響因素做了列舉。
5inch-30ms準(zhǔn)則
正面安全氣囊起爆時(shí)，展開(kāi)的氣袋主要是保護(hù)駕乘人員的頭胸部不受傷害。氣袋展開(kāi)后的厚度和大小對(duì)保護(hù)效果起到了巨大的作用。無(wú)論ECU對(duì)點(diǎn)火時(shí)刻控制的多么精準(zhǔn)，如果氣袋不能滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)人員的保護(hù)也是不利的。
當(dāng)安全氣囊起爆的時(shí)候，汽車與障礙物碰撞之后，汽車速度急劇變化，駕乘人員在慣性的作用下向前運(yùn)動(dòng)，安全帶和安全氣囊在此時(shí)同時(shí)發(fā)生作用，阻礙人與車內(nèi)的方向盤(pán)、擋風(fēng)玻璃或儀表臺(tái)等物件發(fā)生碰撞。
那么氣袋的厚度怎么樣才會(huì)設(shè)計(jì)合理呢？需要先和大家解釋一個(gè)概念 —“5inch-30ms準(zhǔn)則”。
主駕氣袋的充氣過(guò)程大約需要30ms，一般轎車駕駛員與轉(zhuǎn)向盤(pán)之間距離為12英寸（1inch=25.4mm），氣袋充氣后的厚度約為7英寸，所以，當(dāng)駕駛員頭部前移5英寸這一時(shí)刻的前30ms為最佳點(diǎn)火時(shí)刻，這就是氣囊系統(tǒng)點(diǎn)火的“5inch-30ms準(zhǔn)則”。（注：駕乘人員是在佩戴安全帶的情況下進(jìn)行碰撞）
如果以碰撞車輛為坐標(biāo)系（移動(dòng)坐標(biāo)系），在車輛碰撞前期的一段時(shí)間內(nèi)，由于慣性的作用，駕駛員將基本保持碰撞前的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，也就是駕駛員將按車輛碰撞0時(shí)刻的速度向前移動(dòng)，這樣車輛向后的減速度相當(dāng)于駕駛員向前的加速度。由于B柱靠近駕駛員位置，駕駛員向前的加速度約等于車輛B柱位置的減速度；碰撞0時(shí)刻，駕駛員相對(duì)車體的速度為0，則B柱減速度的一次積分就是駕駛員向前的速度變化量，二次積分就是駕駛員向前的位移量。例如：當(dāng)駕駛員頭部移動(dòng)位移達(dá)到5英寸（127mm）時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間為46.3ms，那么氣囊ECU點(diǎn)火的最佳時(shí)刻就應(yīng)該是16.3ms。
這個(gè)準(zhǔn)則是ECU開(kāi)發(fā)的基本要求，也是氣袋體積設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。其中：
THA 駕駛員頭部從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到接觸氣囊所用時(shí)間
TED ECU感應(yīng)碰撞到判斷點(diǎn)火所用時(shí)間
TIN 氣囊充滿所用的時(shí)間
THA則應(yīng)滿足：THA≥ TED + TIN
SDR 駕乘人員頭部距轉(zhuǎn)向盤(pán)或儀表板的距離
SAM 氣囊設(shè)計(jì)的最大厚度
SDT 駕乘人員頭部從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到接觸氣囊的移動(dòng)距離
SAM則應(yīng)滿足： SAM ≤ SDR - SDT
上述關(guān)系式表明，氣囊可以設(shè)計(jì)的最大厚度：ECU判斷點(diǎn)火時(shí)間和氣囊充滿氣所需時(shí)間之和，就是駕乘人員向前移動(dòng)可以利用的時(shí)間，駕乘人員距轉(zhuǎn)向盤(pán)或儀表板距離減去這段時(shí)間乘員頭部移動(dòng)的距離，就是氣囊可以設(shè)計(jì)的最大厚度。
氣袋的設(shè)計(jì)－影響因素
氣袋的厚度定下來(lái)之后，就是對(duì)氣袋其他因素的綜合控制，包括氣袋的大小，氣袋拉帶的長(zhǎng)度和數(shù)量，發(fā)生器壓力。
發(fā)生器的壓力大小，決定了充氣的速度和飽和度；拉帶的長(zhǎng)度和數(shù)量是控制氣袋起爆后的厚度及形狀；氣袋的大小決定了是否能夠充滿駕乘人員與轉(zhuǎn)向盤(pán)或儀表板之間的空間。同時(shí)，這些因素又是相互制約的：如果氣袋過(guò)大，發(fā)生器產(chǎn)生的氣體無(wú)法充滿氣袋，造成保護(hù)效果不良；如果拉帶長(zhǎng)度不夠，也無(wú)法滿足駕乘人員在最適當(dāng)?shù)臅r(shí)候碰觸氣袋；如果發(fā)生器的壓力過(guò)大，導(dǎo)致氣袋30ms前充氣完畢，也讓駕乘人員無(wú)法在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候碰觸氣袋。所以，要求這些因素要達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡，才能得到一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)，滿足氣囊在最合適的時(shí)間起爆，駕乘人員在最合適的時(shí)間碰觸氣袋。
氣袋大小的影響，如果過(guò)大，則氣袋充氣不滿，乘員頭部接觸氣袋時(shí)效果不理想；如果過(guò)小，氣袋充滿時(shí)間早于30ms，乘員頭部接觸氣袋時(shí)，氣袋已經(jīng)達(dá)到排氣過(guò)程。這時(shí)需要調(diào)整發(fā)生器參數(shù)或氣袋大小來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
拉帶長(zhǎng)度的影響，如果過(guò)長(zhǎng)，氣袋厚度超出理想范圍，展開(kāi)的氣袋會(huì)擊傷乘員；如果過(guò)短，氣袋展開(kāi)不充分，乘員頭部接觸氣袋效果不理想。這時(shí)需要調(diào)整拉帶長(zhǎng)度來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
發(fā)生器壓力的影響，如果壓力過(guò)大，氣袋充滿時(shí)間早于30ms，乘員頭部接觸氣袋時(shí)，氣袋已經(jīng)達(dá)到排氣過(guò)程；如果壓力過(guò)小，氣袋充氣不滿，乘員頭部接觸氣袋時(shí)效果不理想，這時(shí)需要調(diào)整發(fā)生器參數(shù)或氣袋大小來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
ECU起爆時(shí)間的影響，如果起爆時(shí)間過(guò)早，則氣袋充氣過(guò)早，乘員頭部接觸氣袋時(shí)，氣袋已經(jīng)達(dá)到排氣過(guò)程；如果起爆時(shí)間過(guò)晚，氣袋充氣過(guò)晚，乘員頭部接觸氣袋時(shí)，氣袋仍在展開(kāi)過(guò)程中，可能會(huì)擊傷乘員。這時(shí)需要調(diào)整ECU參數(shù)或發(fā)生器與氣袋參數(shù)。
除了上述總結(jié)出來(lái)的影響因素外，還要考慮一些特殊因素。例如：對(duì)于乘員氣囊來(lái)說(shuō)，如果氣袋設(shè)計(jì)的過(guò)大，發(fā)生器滿足充氣的壓力需求，展開(kāi)時(shí)對(duì)于瘦小的乘員或兒童乘員將可能造成傷害，所以乘員氣囊大小的設(shè)計(jì)以能保護(hù)極限斜角碰撞下乘員為佳。另外，就是對(duì)OOP乘員的保護(hù)，普通控制系統(tǒng)氣囊不能很好解決這樣的問(wèn)題，潛在傷害還會(huì)存在，通過(guò)警示乘員佩戴安全帶和禁止兒童乘員在前排乘坐來(lái)避免氣囊起爆對(duì)這些乘員的傷害。
由此可見(jiàn)，對(duì)于安全氣袋尺寸的設(shè)計(jì)，要綜合考慮各種影響因素，使其達(dá)到一個(gè)平衡的狀態(tài)，最終的目的就是為了更好的保護(hù)駕乘人員的安全。隨著汽車科技日新月異的發(fā)展，大量傳感器在汽車上的應(yīng)用，許多涉及安全的數(shù)據(jù)越來(lái)越準(zhǔn)確詳實(shí)，相信安全氣囊的保護(hù)能力也會(huì)越來(lái)越好。
