简介
安全带和安全气囊在乘用车上的广泛普及,极大的减小了交通事故中乘员的伤亡,降低了乘员的伤害指数。然而,在离位(OOP)状况下,安全气囊的展开往往可能对乘员,特别是儿童和小身材女性造成伤害。安全带由于其带体较窄,与人体的接触面积较小,在没有限力装置的情况下,极易造成人体体表淤伤甚至胸骨骨折。本文提出了一种可充气式气垫,经折叠后可缝制在安全带肩带上,当碰撞发生后,这个气垫充气并展开,在安全气囊与安全带之间形成额外的保护:1、由于气垫充气后具有一定的厚度,因此在碰撞发生后早期即可与展开的安全气囊发生接触,直接对乘员身体起到缓冲吸能的作用。2、气垫展开后几乎可以覆盖乘员的整个上躯体,使原来安全带带体对乘员的局部载荷分散到乘员的整个上躯体上。3、可以降低安全气囊的触发能量,减小对离位乘员的伤害。本文研究了某微型客车和轿车两种情况,其中该微型客车未安装安全气囊,轿车安装了安全气囊,两种车的乘员约束系统动力学仿真模型都是应用MADYMO 软件建立的,并且都经过了试车碰撞试验验证,本文在此基础上,分别讨论了在以上两款车上新型约束装置的保护作用。
仿真模型的建立
新型约束部件结构描述
安全带织带材料为涤纶长丝,宽度为50mm 左右,厚度为1.1~1.2mm。气垫是由两片边长为340mm的正方形织物缝合起来,并与安全带腰带缝合。正方形织物的四角需导圆,避免展开时划伤人体。缝制时,正方形气垫的对角线与安全带长边方向重合,充气气垫不设泄气孔,不设拉带。
新型约束部件模型建立
根据原型设计,并参考两种车型的安全带几何数据建立起此部件的CAD 模型,而后在有限元软件中进行网格划分。安全带带体与气垫为一体化模型,全部采用三角形单元划分,共有1208 个节点,3212 个三角形单元。(参见图1)

有限元网格建好后对气垫进行折叠,然后将单元的节点坐标和单元组成以MADYMO 文件的格式输入,并使用一个预模拟程序来确定安全带及折叠好的气垫的节点在前碰乘员约束系统中的坐标。将计算出来的最后时刻的有限元模型各节点坐标代回原有的模型中进行计算,观察有限元网格在计算中是否稳定。若不稳定,则要选取其它时刻安全带有限元模型各节点坐标,再代入计算,直到网格稳定为止。图2左侧为经过校正的某微型客车乘员约束系统模型,右侧为加装新型约束系统部件的模型。紫色部分即为经过折叠的可充气气垫。

使用相同的方法,在某轿车乘员约束系统模型中也加入了该充气气垫,图3 为该气垫展开后的情形(70ms 时刻),为观察方便,图中隐藏了已经展开的安全气囊。
