2O世紀90年代中期國際汽車工業(yè)已經(jīng)開發(fā)出一種以模擬為基礎的設計過程，以克服氣囊設計初期缺乏與車輛結構有關的參數(shù)的矛盾。隨著對側面碰撞保護這一問題焦點增加關注，側面碰撞保護是汽車生產(chǎn)商的主要設計要求之一。據(jù)統(tǒng)計資料表明，汽車在側面碰撞中的傷害占整個汽車事故中傷害的3O 。在1993年，NHTSA宣布的一種新的法規(guī)作為FMVSS一2I4的一部分，并要求所有在美國銷售的車輛應服從動態(tài)的側面碰撞保護標準。歐洲的類似法規(guī)已在l 998年實施。
為了滿足上述法規(guī)要求和市場的期望，汽車制造商和供應工業(yè)自1 998年以來．開發(fā)了新的約束系統(tǒng)軟件。其中側面碰撞安全氣囊保護系統(tǒng)是最為引人關注的一種形式。
從理論上講，開發(fā)碰撞系統(tǒng)時，應按給出的汽車結構參數(shù)和它的已知碰撞特性來設計。而事實上．這種技術設想與實際條件存在差距。主要差距有： 在車輛設計初期，在缺少確定的參數(shù)而又不可能完全得到的情況下，要求及早提供設計方向；
要為相當寬的范圍的車輛作出成本及效益的結論。 為了達到設計目標，供應商們必須開發(fā)一種靈活而全面的設計過程 以下介紹的一種開發(fā)側面碰撞安全氣囊的過程是一種以模擬為基礎的設計過程，是一種非線性有限元(FME)方法，用有限的車輛參數(shù)及資料，來模擬實體(元件)和系統(tǒng)的碰撞特性。近些年來．FME技術用于碰撞已積累了廣泛的資料，用這種方法處理問題靈活，可應用于開發(fā)、處理多種形式和級別的車輛配備的側面安全氣囊。
1 模擬設計準則
開發(fā)以模擬為基礎的側面碰撞安全氣囊主要遵《世界汽車2001年第1期循以下兩個準則：由于建立的模型不可能過分地精確，但模擬應盡可能符合實際，在產(chǎn)品開發(fā)過程中能精確地給出設計目標，同時，應十分詳細地包括對各種元件子系統(tǒng)的判斷；處理結果必須是模數(shù)化．數(shù)據(jù)可靠，并適用于各種車輛
2 側面安全氣囊的開發(fā)過程：基于上述準則，側面碰撞安全氣囊的開發(fā)主要包括了以下三個過程，其流程由圖1所示。
設計的第一階段是氣囊本身，氣囊設計過程主要在這一階段進行。第二階段是著手研究側面碰撞安全氣囊與美國S1D(Sid Impact Dummy)假人的相互關系。研究對象是搞清氣囊的位置、尺寸、展開特性及假人運動的影響。在這一階段中，還沒有應用車輛各方面的結構參數(shù)及資料。第三階段表明了應準備的真實車輛有關的元件；主要有門、座椅結構件和側面碰撞的壁障(Barrier)以及第二階段應用的假人。結合假人，可建立前兩階段至現(xiàn)階段的各種概念和認識，第三階段的模擬過程吻臺了產(chǎn)品車輛的開發(fā)過程。而設計過程的臺理性和車輛的真實水平，不用到第三階段完成再作評價，在每個階段建立的有限元．可以在不改變整個模型基礎上，同樣可以進行局部評價及修改。
設計過程第一階段—— 氣囊的靜態(tài)展開模擬
側面安全氣囊展開特性是這一階段最關注的焦點，目的是如何掌握、了解各種氣囊參數(shù)；如織物材料特性、泄漏量、空隙度和氣體發(fā)生器特性等。這些參數(shù)都影響氣囊展開性能。由于引爆側面安全氣囊比前碰撞安全氣囊時間短，且引爆后更具有 攻擊性”，所以要仔細地控制建立和釋放氣囊壓力，以提供有效的約束，從而避免一種有害于乘員的作用。
研究氣囊參數(shù)的目的是了解、掌握它們展開的靈敏度。圖2示出了在不同氣囊的泄漏孔尺寸下的氣體泄漏壓力的關系特性曲線。得出的結論是氣囊氣體總的泄漏量與泄漏孔尺寸、氣囊織物種類有關它們對控制氣囊壓力的釋放起主要作用。在這一階段建立的氣囊模型有x 個結點和y 個表面元素。"
2．2 第二階段一SID假人和側面碰撞安全氣囊的關系
這一階段的研究目標是為更好地掌握定位假人和氣囊的相互作用。模擬設計已使問題簡化，并能迅速地提供設計方向。其模擬方法是移動氣囊．展開時朝向固定的假人，并以預先設置的速度引爆氣囊，用平的壁障來代替第三階段的門和門的內(nèi)飾件。在這一階段中比較復雜的問題是與界面接觸處的節(jié)點的數(shù)字化處理．如柔軟的展開氣囊與剛性壁障之間的接觸以及氣囊和假人之間的接觸界面的處理。
假人的節(jié)點在這一階段起著十分重要的作用．這一階段中所建立的表面元素應包括研究系統(tǒng)附有的并使用于不同假人連接的彈簧及緩沖件等。并以NHTSA批準認可的初期的假人脊椎骨和胸部的合理靈敏度及整個假人運動學規(guī)律來改進假人的節(jié)點和其它有關的零件，以局部改善可靠性和準確的控制。
這一階段中所建立的模型總計有x 個節(jié)點個表面元素(包括擴充使用的彈簧及緩沖件)及z個塊元素。
3 第三階段～ 一全范圍側面碰撞模擬
在建立與了解了氣囊特性和它與SID假人的相互關系以后，在本階段是通過把結構元件和側面碰撞壁障輸入到模型中，來確定一種模擬全范圍的側面碰撞事件。子系統(tǒng)模型包括氣囊、SID假人、座椅骨架、座墊、門、部分鉸鏈搖臂和一個被批準使用的US側面碰撞壁障。 盡管這些部件是處理過程必要條件．但是僅有這些部件來模擬全范圍側面碰撞事件還是不充分的 例如，缺少負載的支撐體，如B柱、全部鉸鏈機構、車頂連接件、車身下部橫粱、地板等。沒有這些零件就不可能產(chǎn)生支撐車門的正確界面條件。然而借助于可進行負荷傳遞的門鎖、部分鉸鏈，就可以假設門鉸鏈及其運動部件是不變形的．存在于鉸鏈與運動部件之間力的轉(zhuǎn)移是非線性的。在門鉸鏈與車身之間使用了彈簧件．它的質(zhì)量系數(shù)基本上能為車門提供臺適的支撐界面條件 S后，改變彈簧參數(shù)和質(zhì)量、校準門的速度軌跡．就可以做壁障試驗。這種使用彈簧質(zhì)量元(素)來滿足僅使用有限的車輛資料的想法，是為了簡化問題的處理過程。
試驗之初，假人和車輛各就其位，用彈簧把門固定在預計設置的原始位置．以50 km／h的速度驅(qū)動側門朝壁障方向運動，由于門和壁撞碰撞．引爆氣囊，并朝向SID假人展開。
從壁撞試驗后數(shù)據(jù)檢查結果顯示．標準的傷害大部分發(fā)生在碰撞時間50 ms以內(nèi)。在這個短暫的時間中．為使分析問題簡化．假設了不計座椅、地板的變形及假人運動學對結果的影響。
在這一階段中，建立的模型包括 個結點個表面元素和z 個塊元素。當然，通過使用附加的或更多的仿真車輛的車身結構件，肯定能改善假設的模型．然而．這將失去了使用子系統(tǒng)模型的意義，也會使對象研究復雜化。
另外．還通過一種實驗設計(DOE)矩陣，確定彈簧和質(zhì)量參數(shù)，以使門和假人的靈敏度達到一致。圖3依次地表示了門速度、頭部速度、下脊椎骨加速度，胸部加速度隨著碰撞發(fā)生后時間改變的關系曲線。
用DOE方法，為數(shù)字化處理側面安全氣囊開發(fā)過程提供可行性。特別用DOE技術與塊質(zhì)量的結臺來處理車身側面結構時．明顯地簡化了處理數(shù)字化過程。借助于應用高速、超大容量的電子計算機，極大地節(jié)省和改善反應時問。隨著研究工作的進一步深A，下一步是對所建立的模型全面的確認，并進一步修改模型的包絡體，以進一步使模擬過程更接近實體。
綜上所述，氣囊供應商在開發(fā)側面安全氣囊時采用以模擬為基礎的設計方法，彌補了設計初期數(shù)據(jù)不足、縮短項目進程、降低開發(fā)成本，也為氣囊供應商們精確地估算了汽車制造中的乘員室的側面強度．以保證所設計的氣囊安全、有效、可靠。
（轉(zhuǎn)載）
