安全气囊试验系统设计及复合管式气囊研究

湖南大学硕士学位论文安全气囊试验系统设计及复合管式气囊研究姓名：苏睿申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：钟志华20060310安全气囊试验系统设计及复合管式安全气囊研究-II-摘要作为乘员辅助约束系统的组成部分，安全气囊在碰撞发生时对人体具有重要的保护效果。随着人们对汽车被动安全性的要求不断增高，对安全气囊的研究开发工作成为热点。本文的主要任务包括建立一个用于气囊结构改进的安全气囊静态试验平台和对新结构管式复合气囊的初步研究。本文首先介绍了目前安全气囊静态试验中所存在成本高、时间长、有污染的问题，参与设计了一套以压缩空气作为气囊气源，包括空气压缩机、压力容器、大通径电磁阀为主要装置的试验系统，通过引入热力学的模型，根据质量流量公式方程组计算出压力容器的关键参数。根据试验数据的采集系统要求，选择试验所需的压力传感器。为了保证试验的顺利进行，制定了整个试验系统的操作流程，规范了试验的环境要求。为了节省研究时间，将采集的数据建立了有限元仿真模型，可以通过仿真部分取代实际试验。本试验装置不仅可以用于安全气囊静态试验，同假人模型结合以后，还可以进行离位乘员伤害的试验研究。本文第二部分对钟志华院士的实用新型专利新结构复合管式气囊开展了初步研究。复合管式气囊由上下气垫层和中间七根连接气管组成，上下层气垫受拉带控制，形状扁平，整个气囊外形呈圆柱状。建立了复合管式气囊的有限元模型，通过仿真验证了复合管式安全气囊相对传统气囊有充气量少、充气时间短的优点。进行了复合管式安全气囊性能验证的台车试验，证明了复合管式安全气囊对人体的保护作用，并建立台车试验的有限元模型以便在以后的研究中部分取代台车试验，缩短研究时间。最后，进行了传统气囊和复合管式安全气囊的离位乘员仿真，验证了复合管式安全气囊比传统气囊对离位乘员具有伤害小的突出优点。关键词：安全气囊；充气试验系统；管式复合气囊；台车试验；离位乘员硕士学位论文-III-ABSTRACTBeregardedastheimportantcomponentofSRS(SupplementalRestraintSystem),theairbaghastheremarkableeffectstotheautomobilepassengerprotectionwhilecollisionhappening.Aspeople’srequisitionforpassivesafetyisincreasingconstantly,theresearchanddevelopmentoftheairbagbecomethefocus.Thispaperconcentratesonthedeploymentsystemdesignforairbagstructureimprovementandpreliminaryresearchonsandwichtube-typeairbag.Firstly,thispaperintroducesthedrawback(expensive,timewasteandpollution)ofthetraditionalairbagstaticexperimentalsystem,andpresentanewairbagdeploymentsystemmainlyconsistedwithanaircompressor,pressurevesselandsolenoidvalve.Thewholesystemusecompressedairastheinflowgassource.Throughcalculatingthekeyparameterofthepressurevesseloutletdiameter,limitthegasflowrateintotheairbagduringdeployment.Inordertoguaranteetheexperimenteffects,establishtheenvironmentconditionrequisitionandregulatetheexperimentoperatingprocedures.Usingfiniteelementmethod,simulatetheairbagdeploymentincomputerbyinputtingtheexperimentdata.Secondly,thispaperillustratesthemechanismaboutairbagcausedinjury.BrieflyintroducetheSandwichedTube-TypeAirbag(STAB)structure.Then,throughthenewtypeairbagdeploymentsimulation,concludethattheSTABdeploysfastthanthetraditionairbagandusinglessgasmassinflow.Afterward,inordertofindoutthenewstructureairbagperformancewhilecollision,thesledtestwascarriedout.ThesledtestresultsupportstheSTAB’sgoodmarkatpassengerprotection.Next,createthesledtestsimulationmodelinordertodecreasethesledtesttimes.Last,establishtheOOP(outofposition)passengermodeltocomparetheinjuryseveritydegreebetweenSTABandtraditionalairbag.Concludefromthecomparisonwiththesimulationdata,theSTABcandecreasetheOOPpassenger’sheadinjury.KeyWords:Airbag;Deploymentsystem;Sandwichtube-typeairbag;Sledtest;OOP硕士学位论文-I-湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密□，在______年解密后适用本授权书。2、不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日硕士学位论文-1-第1章绪论1.1汽车被动安全性研究1.1.1引言有汽车就有安全问题，随着汽车保有量的增加，安全问题日益突显。汽车安全已经成为制约我国交通运输业和汽车工业进一步发展的重要因素之一，开展汽车安全性研究是十分必要和紧迫的。据交通部统计，截至2004年底，我国社会汽车保有量为2742万辆，2005年全国汽车销售量为575万辆；到2005年底为止，我国民用汽车保有量已达3300万辆[1]。据国务院发展研究中心的统计，中国汽车保有量将在2010年达到5669万辆，2020年达到13103万辆。在未来的10到15年时间里，中国将成为世界最大的汽车消费国和最大的汽车生产国[2]。而在2005年，全国共发生道路交通事故450254起，比2004年减少67635起，下降13.1％；造成98738人死亡，同比减少8339人，下降7.8％；造成469911人受伤，同比减少10953人，下降2.3％；直接财产损失18.8亿元，同比减少5.1亿元，下降21.2％；万车死亡率为7.6%，比2004年减少2.3%。与国内每年因交通事故而死亡的人数接近或超过10万比较，以下是一组相关数据。2005年日本国内汽车保有量达到8000万辆，因交通事故死亡的人数为6871人，比上年减少了6.6%，为1956年以来的最低点[3]。对比日本国内数据，中国与日本差距如此大的原因除了在国民交通安全意识不足，国内交通法规的不完善，执法力度不够外，与日本汽车安全技术的发达密切相关的。第59届法兰克福国际汽车展上,欧洲权威汽车安全组织NCAP(NewCarAssessmentProgram)的合作伙伴、有20年历史的德国老牌汽车俱乐部全德汽车俱乐部ADAC对中国参展汽车企业江铃陆风的“陆风”车进行了一次碰撞实验。根据ADAC的测试报告显示，陆风的总测试成绩在满分16分的正面撞击中得1分，满分16分的侧面撞击中得12分；满分37分的乘员保护中得13分；满分49分的儿童安全性项目测试得39分[4]。这一结果凸现我国汽车安全技术的落后。1.1.2汽车安全法规的发展随着汽车技术的不断发展，汽车安全性问题越来越受到人们的重视。早在二十世纪六十年代，美国就建立了影响至今的联邦机动车安全标准FMVSS(FederalMotorVehicleSafetyStandard)，作为最早的汽车安全性法规，它已经具有全面的安全气囊试验系统设计及复合管式安全气囊研究-2-框架结构，在该法规的发展中，内容上得到了进一步的完善[5]。目前，它包括了几十项内容，可以分为主动安全法规和被动安全法规，即大约25项的主动安全性标准和大约23项被动安全性标准。同时，还包括碰撞试验后进行燃油泄漏检验的法规。同样，在欧洲也相继推出了欧洲经济委员会ECE(EconomicCommissionforEuropeRegulations)、欧洲经济共同体EEC(EuropeanEconomicCommunity)安全法规。日本也推出了日本道路运输车辆保安标准TRIAS(TrafficSafetyandNuisanceResearchInstitute’sAutomobileTypeApprovalTestStandard)，这些法规的推出以及强制执行，促进了汽车生产厂商投入大量的人力物力进行汽车安全性技术的研究和开发，推动了汽车安全性技术的不断发展，从而在很大程度上减少了交通事故的发生以及交通事故中人员（乘员和行人）的死亡率。在中国，随着我国汽车保有量的不断增长，汽车碰撞事故近几年来总的呈上升趋势。随着高速公路的发展，对汽车碰撞中乘员的安全保护提出了更高的要求，目前我国政府有关部门已颁布汽车被动安全性法规《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》CMVDR294(ChinaMotorVehicleDesignRule294)[6]，将实车碰撞试验内容列入强制检验项目中。这推动我国汽车被动安全性技术进入新的领域。这些年来我国一直采用100％正面全接触碰撞试验，但事实上在每年的交通事故中，侧撞要占1/3左右，致死率仅次于正面碰撞，致伤率则居第一位。在清华大学汽车碰撞试验室和中国汽车技术研究中心碰撞试验室进行了大量的碰撞试验后,我国以欧洲ECE碰撞法规为基础，依据国内实际情况进行了一些细微修改，《车辆侧面碰撞的乘员保护》将于2006年7月1日起正式实施[7]。1.1.3汽车被动安全技术的研究内容汽车安全性可以就交通事故发生的前后来分类。事故前的汽车安全性，是指事故将要发生时操纵制动或转向系统避免事故发生的能力，以及汽车正常行驶时保证其动力性、操作稳定性、驾驶舒适性、信息性等预防事故发生的性能，一般也称之为主动安全性。事故后的汽车安全性是指事故发生时保护乘员和步行者，使直接损失降到最小的性能。另外，作为防止事故后出现二次伤害的安全性，还应考虑防止事故车辆发生火灾及迅速疏散乘员的性能，一般也被称为被动