气囊设计指南.docx

版本：01 编号：SJZN-TM-016四川汽车工业股份有限公司气囊设计指南编制 审核 审定 批准 发布日期 目 录第一章 安全气囊系统简介第二章 安全气囊模块试验第三章 安全气囊系统的设计 第四章 安全气囊模块装配、搬运、运输、储存的特殊要求第一章 安全气囊系统简介汽车安全气囊系统主要由控制装置、气囊模块组成。其中，控制装置又包括传感器、电子控制系统以及触发装置，气囊模块包括气体发生器、气袋、饰盖、支架等。其工作过程为：在发生碰撞事故时，传感器感受汽车碰撞强度，电子系统接收并处理传感器的信号；当经计算判断有必要打开气袋时，立即由触发装置发出点火信号触发气体发生器，气体发生器收到信号后迅速产生大量气体并充满气袋，使得乘员与一个较柔软的吸能缓冲物体相接触，而不是与汽车的内饰件猛烈碰撞；当人体与气袋接触时，通过气袋的排气孔节流阻尼来吸收碰撞的能量，从而达到尽量减少伤害、保护乘员的目的。图1.1 安全气囊系统基本构成1.1 气囊模块 气囊模块按安装位置和作用不同，分为驾驶员正面气囊（DAB）、前排乘员正面气囊(PAB)、座椅侧气囊(SAB)、侧面气帘(CAB)、膝部气囊(KAB)等。1.1.1驾驶员安全气囊（DAB），见图1.2。前排驾驶员安全气囊是安装在方向盘上的安全气囊，主要作用是在发生正面或正侧面碰撞时起到对驾驶员的正面辅助保护作用以减少伤害。约65%的碰撞事故是前部碰撞,配备前排驾驶员安全气囊的汽车在驾驶员佩带安全带的情况下可以减少驾驶员死亡30%。1.1.2 前排乘员安全气囊（PAB），见图1.3。前排乘员安全气囊是安装在前排乘员侧仪表板上的安全气囊，主要作用是在发生正面或正侧面碰撞时起到对乘员的正面辅助保护作用以减少伤害。前排乘员安全气囊从外观上可以分为可见式和隐藏式。图1.2 驾驶员安全气囊示意图 图1.3 乘员气囊（隐藏式）示意图1.1.3 座椅侧气囊（SAB），见图1.4。主要作用是在发生侧面碰撞时起到对乘员的腹部、胸部的保护，对头部也有一定的保护作用。从外观结构形式上可以分为隐藏式和外露式；从保护效果上可以分为胸部气囊和头胸一体式气囊。从安装方式上可以安装座椅的侧面，或安装在车门装饰板内。无论是隐藏式还是外露式，要在安装侧气囊的附近注明“Airbag”字样，以提醒乘员不要在气囊的上面安装外套及装饰件。外露式头胸一体式 图1.4 座椅侧气囊及安装示意图1.1.4 侧面气帘（CAB），见图1.5、图1.6、图1.7。侧面气帘是安装在从A柱到C柱的上纵梁和顶棚之间，主要作用是在发生侧面碰撞和侧面翻滚时起到对乘员头部的保护作用。图1.5 侧面气帘侧气帘主要结构：图1.6 侧面气帘的主要组成部件图1.7 侧气帘的安装方式1.1.5 膝部气囊（KAB），见图1.8。在正面碰撞过程中，膝部气囊可以达到保护腿部减少受伤害的作用。刚性壳体卡环气体发生器星形垫圈气袋上盖图1.8 膝部气囊的主要组成部件1.1.6 控制装置控制装置主要是指电子控制单元ECU和碰撞传感器SIS。控制装置是安全气囊系统的核心，它可以控制气囊系统的点火，进行系统的故障诊断，同时还可判定要保护的乘员座位是否有乘员及是什么样的乘员、安全带是否佩带等。电控单元ECU，一般由中央处理器CPU、存储模块、数/模转换模块、电源模块和点火电路组成。工作原理：ECU对由电子传感器产生的能反映车身减速度情况的信号进行分析判断，确定是否点火，见图1.9、图1.20。传感器主要有三种类型：机械式、电子式及机电一体式。图1.9 传感器（侧面） 图1.20 电控单元ECU1.2 气囊模块简介1.2.1 气袋 气袋是在碰撞发生时通过充气形成一柔软的气垫来起到缓冲吸能作用，从而减少对乘员的伤害。气袋是用具有一定物理力学特性的膜状材料制成的，具有特定结构的袋子，袋子的进口与气体发生器的气体出口相连，气袋要有足够的密封性，气袋内部可设置一定的联接筋，要有一定的透气或节流机制。1.2.1.1 气袋材料 气袋主要用尼龙66的编织物制造，但也有一小部分使用聚酯。尼龙66织物的基本性能20年来没有大的变化，但织料的丝种多样，可供多种选择。早期的气袋使用的尼龙丝厚度为840d，后来采用420d及315d。1.2.1.2 气袋的漏气特性 气袋的漏气特性主要由气袋材料漏气特性、涂层材料漏气特性及气袋的开孔决定。为改善漏气特性，在气袋的背面一般都有数目及直径不等的开孔，具体视情况而定。1.2.1.3 气袋的排气机构由于气体发生器所释放出的高压气体速度很快，排气机构必须保证气体运动方向不与气袋膨胀方向相同，以保证气袋在打开时不对被保护人造成伤害。1.2.2 气体发生器气体发生器主要用于汽车发生碰撞时，迅速产生大量气体，并给气袋充足气。以下为几种常见的气体发生器：火药式（烟火式）气体发生器压缩气体式气体发生器混合式气体发生器其中火药式（烟火式）气体发生器和混合式气体发生器比较常用。TRW、AUTOLIV公司等均生产并销售多种型号的气体发生器，可选择使用。气体发生器还有单级制及双级制之分，见图1.21、图1.22、图1.23、图1.24。 图1.21 驾驶员气囊双级制气体发生器 图1.22 驾驶员气囊单级制气体发生器 图1.23 乘员气囊单级制气体发生器 图1.24 乘员气囊双级制气体发生器第二章 安全气囊实验对安全气囊主要有两个方面的性能要求：一个是环境试验要求；另一个是机械试验性能要求。环境试验要求主要有：高温试验、低温试验、粉尘试验、光照试验、真空试验、振动试验、高低温温度冲击试验、湿热试验、同时进行温度和振动试验、防静电试验、抗电磁干扰试验、噪声试验、烟雾试验、燃烧试验以及有毒残留物检验等。机械试验性能要求主要有：跌落试验、压力容器试验、静态展开试验、点火器点火电流测量试验、气袋容积测量试验、气袋织物强度试验、缝线强度试验、织物透磁性及气密性测量试验、爆裂试验以及机械碰撞试验等。安全气囊的DV、PV实验主要是根据ISO12097实施的。详见实验大纲，如图2.1。（图2.1为某一成型安全气囊的DVP实验大纲）安全气囊实验大纲图2.1气囊实验大纲第三章 安全气囊系统的设计安全气囊设计应考虑的主要问题为:汽车整车碰撞性能；整车安全配置；安全气囊的布置；安全气囊的尺寸；气体发生器的特性；电控系统的特性；气囊的内部结构与折叠方式；气囊的安装及外保护装置；气囊与安全带的匹配关系。3. 1 安全气囊设计原则汽车安全气囊系统的设计依据是道路交通事故的调查分析和安全法规所规定的汽车碰撞试验标准。安全气囊系统最重要的要求是要保证系统作用可靠和动作精确，对应的工作就是确定安全气囊的点火条件和点火时刻。3.1.1 安全气囊的点火条件（即点火阀值）点火时刻是在对车身特性进行分析后，根据电控单元使用的算法对减速度信号进行处理，计算出指标量，再用指标量与设计时预先设定的门槛值进行比较，用以判断是否需要点爆气囊。另外，在气囊的开发阶段必须进行恶劣路面试验，保证系统具有抗干扰能力，避免汽车在正常行驶时，驶过凹坑、台阶或严重不平路面引起振动、冲击而产生误爆。3.1.2 安全气囊的点火时刻气囊的点火准则是，车内乘员在达到最大允许位移量前，气囊必须完全张开，当气囊完全张开时，乘员头部恰好与气囊接触，满足这一要求的点火时刻，称为气囊系统的最佳点火时刻。美国采用“127mm30ms”准则来确定点火时刻，即汽车正面碰撞过程中，乘员胸部向前移动127mm时刻的前30ms为目标点火时刻。3.1.3 点火控制算法点火控制算法决定了气囊点火时刻和抗粗糙路面干扰特性，目前使用的控制算法主要有：加速度峰值法；速度变化量法；加速度梯度法；比功率法；移动窗法；ARMA模型预报算法等。3.2 安全气囊的开发过程安全气囊系统的开发与车辆结构、总布置、内饰等密不可分，但就其本身的开发过程一般如下,如图3.1 安全气囊系统开发流程阶段流程备注概念阶段确定整车安全法规1、该部分工作主要由川汽完成；2、技术开发方案根据川汽的要求，同供应商共同完成。定义整车安全开发目标确定整车安全气囊配置完成初步的零部件BOM编制SOR确定供应商确定技术开发方案设计阶段参考样件选择模块类型1、CAS由川汽提供，供应商提供意见；2、零部件3D、2D由供应商完成；3、设计冻结前需进行冻结评审；4、模具及零部件的制作由供应商完成，川汽负责跟踪及确认零部件状态。安全总布置建议确定外观件外CAS造型安全分析零部件结构设计及优化3D、2D冻结发放验证阶段模具开发及样件制作ECU、传感器共振实验1、ECU、传感器共振实验由供应商完成，川汽负责提供样车；2、基础实验是对车身结构的碰撞摸底；3、ECU标定实验主要是根据交通事故发生形式，模拟交通事故中的碰撞，采集气囊起爆所需数据，从而对ECU进行初步标定；4、滑台实验是用白车模拟整车碰撞实验，调整气囊气袋参数等信息。尺寸匹配基础碰撞实验零部件DV实验ECU标定实验ECU初步标定滑台实验皮纹腐蚀ECU标定优化首件认可验证实验零部件PV实验OTS认可ECU标定确认PPAP完成图3.1 安全气囊开发流程3.3 ECU（控制器）和传感器位置：u 首选的安装位置在车辆的中央通道上，通常在与驾驶员平行的位置。安装位置必须与车辆的纵轴相对称。u 对于有翻滚功能的ECU，横向安装位置与中心线的偏差不能超过10cm。u 特定的子结构上ECU 的安装和固定，必须是金属与金属联结。其他材料的组合必须要单独测试。在计划的车辆奉命内，ECU 外壳及子结构之间的压力必须得到保证。u 前碰时y/z 方向上的加速度以及侧碰时x/z 方向上的加速度应该越小越好。u 碰撞发生时，加速度信号从碰撞点到传感器位置的正确传送必须得到保证。u 误作用发生时，车身中加速度信号的传输要尽可能的弱。误作用中发生的加速度信号越小越好，并且要与上述的碰撞信号容易区分。u ECU 安装位置处的干扰信号（比如手刹传来的误作用信号）要尽可能的小。u 实际安装模块感受方向与名义上的感受方向角度偏差不能大于5（在相应的测量方向上）。u 不允许将车辆其他组件放在或者固定在ECU 及固定点上u 安装位置周围不能有外部物体，粗糙的毛边以及焊接残留物。u 如果一定要用支架，那么不能有2000Hz（不同的ECU要求不同） 以下的实质性的机械共振。共振一定要用适当的方法衡量。如果系统（模块与子结构）存在2000Hz（不同的ECU要求不同） 以下的共振，就要独立评估共振对系统的影响。u 会产生共振的车辆零件（比如电动机）不能装在离AB-ECU 安装位置近的地方（注意不同的车辆配置）u 除了安装点外，模块外壳与车身结构不能接触。用来表示位置的针脚（如果有的话）也不能与车身结构有接触。u 模块/传感器的安装不能在或者靠近碰撞发生时的车身结构破裂点。u ECU 外壳四周和车辆其他部件之间必须有足够的空间（最小6mm）。u 在50-2000Hz 的频率范围内，安装位置的局部动态坚硬度要大于2x106 N/m。在此频率范围内，这个值的变化要小于平均值的50%。局部静态坚硬度不能小于3x106 N/m。u 外壳和子结构之间的联结不能导致子结构的变形。u 在安装过程中或安装以后，模块/传感器不能变形或损坏。u 避免安装在不同的结构上（比如：两个单一的支架）。u ECU 不能与液体及污染物接触。相对于安装位置的情况，模块的保护级别必须足够。u ECU 不能直接放在空调的气流中。u ECU 不能放在中央通道的凹处。u 当ECU 被固定在安装位置时，能够插上和拔去ECU 的接头。3.4 实车碰撞试验：根据不同的性能要求，规划不同的试验矩阵，表3-2、3-3、3-4、3-5是某一车型的实车矩阵。3-2 整车碰撞试验矩阵（正面碰撞）序号试验类型速度Km/h假人类型安全带阶段1阶段2 备注1 40%ODB 可变形碰撞壁 64kph HIII 50th Belted 112 C-NCAP 2 零度刚性碰撞壁 50 kph HIII 50th Belted 2 13 C-NCAP 3 100% 刚性碰撞壁 15kphHIII 50th Belted 314ECU calibration 4 100%刚性碰撞壁 24kph HIII 50th Belted 415ECU calibration 5 中心柱 32kph HIII 50th Belted 516ECU calibration 6 左30度刚性壁32kph HIII 50th Belted 6 17ECU calibration 7 粗糙路面与误用实验 Belted 718# ECU calibration 8 骑跨32kph 718ECU calibration 9 钻入40kph HIII 50th Belted 8# 19# ECU calibration 表3-3 整车碰撞试验矩阵（侧面碰撞）序号试验类型速度Km/h假人类型安全带阶段1阶段2 备注1C-NCAP侧面移动可变形壁障C-NCAP MDB50EuroS Belt9 20 C-NCAP；ECE R952侧面移动可变形壁障必须不起爆门限试验 MDBNo Fire threshhold MDB15EuroS Belt3 14 ECU Calibration3侧面移动可变形壁障必须起爆门限试验 MDBMust Fire threshhold MDB25EuroSBelt10 21 ECU Calibration4侧面柱状29EuroSBelt11 22 ECU Calibration表3-4正面安全气囊开发滑台试验矩阵序号试 验 项 目乘员约束假人驾驶员/乘员座椅位置试验数量1Baseline NCAP 安全带 混50男性 中位或指定位置22优化气袋展开形状 安全带/气囊 混50男性 中位或指定位置3 3优化发生器和排气孔位置、大小 安全带/气囊 混50男性 中位或指定位置20 表3-5 侧面安全气囊开发滑台试验矩阵序号试 验 项 目乘员约束假人驾驶员座椅位置试验数量1ECE R95法规安全带EURO-SIDII中位或指定位置32确定气袋展开形状和位置安全带/气囊EURO-SIDII中位或指定位置53确定发生器和气袋大小安全带/气囊EURO-SIDII中位或指定位置64ECE R95法规验证安全带/气囊EURO-SIDII中位或指定位置6第四章 安全气囊模块装配、搬运、运输、储存的特殊要求安全气囊模块及气体发生器就如其它汽车零部件（例如：蓄电池或燃料箱）一样，如操作不当会产生一定的危险。特别是安全气囊意外展开时，会对人身造成伤害。同时，如果混用不同车型的ECU、擅自对ECU进行拆装或人为损坏ECU，还可能造成误爆或不爆。为了保障安全和产品性能，所有相关人员应养成按要求操作的良好习惯！ 4.1 安全气囊系统装配注意事项4.1.1 气囊模块操作的注意事项：注意正确的拿握姿势及把持位置的正确性，轻拿轻放，禁止气囊模块与外物磕碰。气囊模块一旦跌落，必须报废，严禁使用。严禁用任何电子、电器设备测量或对气囊模块加电。严禁拆卸，敲打安全气囊零件。如SW发生跌落，则需在确认无任何影响功能，外观或安装的损伤后，才能使用。请在整车断电的情况下安装和拆除模块。 4.1.2 ECU操作的注意事项：每一种车型的ECU都是根据该车型的碰撞特性进行专门匹配的。即使外形尺寸相同，其内部控制程序也不相同。因此，严禁将不同车型的ECU混用，严禁使用标识不清的ECU，否则将造成误爆或不爆。对于同一种车型，如果装配在座椅上的侧碰安全气囊为选装件，对于装或不装侧碰安全气囊的车辆，其所用的ECU的通道数是不一样的。在这种情况下，在装配ECU时，必须严格使用规定通道数的ECU，不得误用，否则会造成故障警告灯亮和安全气囊不爆。严禁对ECU进行分解拆装。严禁擅自使用跌落的安全气囊ECU、安全气囊模块和带加速度传感器的ECU。安全气囊ECU和座椅侧气囊传感器一旦从0.5m高处跌落，必须报废。严禁擅自撕毁安全气囊模块和侧碰传感器或ECU上的条形码标签。严禁在ECU带电状态下插拔安全气囊系统线束插头。要求在断电10秒钟后再插拔。 操作工必须经过培训方可上岗并应严格按照工艺文件规定的要求进行操作，不相关人员不得随意进行拆装。4.2 搬运信息和安全防范在任何安全气囊模块装配，移除或激活之前，请阅读并遵守所有的警告，注意和安全说明。如不遵守可能导致严重的人员伤害：小心搬运模块。使安全气囊打开方向远离人体。禁止由线束拎起安全气囊模块。确保在气囊展开的方向与路径上无任何物体。禁止让气囊指向任何人。禁止试图修理，打开或拆卸安全气囊模块。禁止车，钻，焊接，熔接或热处理模块或气体发生器。禁止电流接入模块。（除使用指定的测量设备与指定的测试规范执行指定的安装或服务）。禁止模块暴露于热源或火源。禁止模块接受静电作用。禁止在模块上放置物品。禁止使用大于指定的扭矩安装气囊到仪表板上。安全气囊模块已通过验证，从大约1米的高度下落到混凝土地面并不会引爆。然而，可能会导致一些内部的损坏，这是从外部是不可见的。通常，跌落过的气囊模块被视为废品。如果气囊模块在移动或搬运过程中罩盖打开，请立即返回生产厂家。禁止再折叠气袋，放入罩盖，因为气袋的展开保护可能存在安全隐患或导致伤害。这是因为外部的物体（安全气囊展开中潜在的弹射物）进入模块，或改变原设计中指定的气袋折叠方式。模块在储物箱中意外失火远离并注意可能飞出的物体。向储物箱或未爆炸的气囊模块喷水冷却。如果模块未装在储物箱内，且没有接近热源和火苗，把模块移到一个阴凉的、安全的、远离人员的地方。放置安全气囊的地方应该人人皆知。当搬运已固定的安全气囊模块时，气袋或罩盖的打开方向都要远离人体。如果拆卸活性的模块，会导致展开产生很大的力，可能射出物体。总之，搬运模块时务必小心。固定后的安全气囊模块存储于凉爽、干燥、安全的区域内。安全气囊模块总成的储存必须符合地方和国家的法律与规范。与当地的管理部门接触，获取爆炸危险品的许可证。只能用经批准的储存与运输的方式存储安全气囊模块。已展开的模块总是安全的，可以归入废料箱中或由工厂自行指定。禁止将模块暴露在高于+85C的火焰或温度中。禁止切削，钻，焊接，铜焊或熔接气体发生器。除设计要求外，禁止电流接入模块。禁止在未使用指定的测试设备和规程下检测安全气囊模块。未指定的电性测试设备的电流可能激活安全气囊模块。对触摸气囊模块的人员应采取静电保护；地板接地，防静电鞋以及含棉量超过80%的工作服。在处理已触发的安全气囊模块也需配戴防护手套和工作服。处理前所有的气囊模块都是活性的。推荐个别的模块零件回收利用。激活后的气体发生器可做为金属废品或者由设计人员决定，钢和铝的回收再利用。不要随意处理活性的安全气囊模块。很多事实已说明具有伤害性! WARNING违背以上的指示用法将降低安全气囊模块的稳定性，可能导致意外的点火和人员伤害。4.3 对测量和试验的要求对ECU、安全气囊模块和气体发生器的特殊