汽车膝部安全气囊说明

鲍翔　鲍彤　吴志刚　王超

【摘  要】汽车市场经过这么多年的快速发展，汽车安全气囊作为在造车过程中重要的组成部分在对驾驶员及乘坐人员保驾护航起到至关重要的作用。膝部气囊作为气囊家族中的一员，其发展空间是巨大的，针对以后庞大的國内市场，各主机厂及供应商研发设计膝部安全气囊是必然趋势。本文针对膝部气囊进行了简单的说明。

【关键词】工作原理;保护作用;研发热点;发展前景;膝部气囊;底置膝部气囊

伴随着中国对汽车人均保有量的提高，我国的交通事故也变的越来越多，给很多家庭带来了不幸，同时这样的结果也不断警醒世人需要对车辆安全更加重视。现在的人们选择车辆时，不仅仅考虑汽车的外观，对于汽车的安全性能要求也越来越高。汽车安全系统分为主动安全和被动安全，被动安全主要是依靠安全气囊和安全带功能搭配组成，在保护乘员过程中至关重要。目前，市面上应用的安全气囊主要有座椅气囊，侧气帘，驾驶员气囊和副驾驶座气囊，这些气囊在各类事故面前挽救了许多生命。但是，仍然没有在一些特殊的事故中充分的保护乘员，例如，在一些正面碰撞的事故中，依旧有不少人因此失去了双腿，虽然，目前的安全气囊挽救了他们的生命，但是，面临失去双腿或者更严重的创伤，对于这些家庭依旧是很大的痛苦和压力。这些事故也反映了现有安全气囊不足的地方。发达国家针对此种案例已经做出了研究，通过软件进行模拟仿真以及实验验证，提出了一种新型气囊叫做膝部气囊，通过是否加入KAB工况试验的滑台数据对比显示（如图一），Sled-7中KAB吸收了更多的碰撞能量，大腿力明显减小，也使得腰带吸能减少。其直接表现就是胸压的减小，Sled-7较Sled-1减小了6.2mm。在48ms时，KAB与假人小腿接触并起作用。直接使胸压上升的斜率降低，进而减小了胸压峰值。加入KAB后，ODB64主驾的胸压明显降低。并且根据Sled-1、Sled-3、Sled-7可知，KAB在VH SIZE=10mm会对假人起到较好的保护效果。膝部气囊在事故中对于乘员膝部确实有防护作用。截止今日，膝部气囊的应用已经开始慢慢普遍。在欧洲2008年的新车之中，美国的45款车已经把膝部气囊作为必须配备的安全气囊。同时针对ENCAP试验条款，增加了对车辆碰撞膝部得分的一个评判。

1.膝部气囊零部件组成及其工作原理

膝部气囊作为安全气囊中的一员，它的组成基本上与其余气囊大同小异。气体发生器、气袋、承盘（塑胶或金属件）、罩盖等零件装配完成。膝部气囊运作原理如下：在正面碰撞发生时，车辆中触发气囊工作的元器件（ECU）给出电信号，充气器通过点爆电流开始工作，产生气体，气袋由于气压增大开始膨胀，撑破气囊罩盖，在小腿或膝盖与仪表板接触之前展开至设计的形状，膝部气囊阻止假人下半身向前的位移，吸收碰撞能量，进而对膝部、小腿和胸部等假人身体部位起到更优的保护效果。

2.膝部气囊现状及发展前景

新型气囊的出现虽然减小了人员小腿膝部的损伤，但是没有达到设计最终的目的，根据国际市场反应，仍有人在搭配膝部气囊的情况下，小腿骨折。这就说明膝部气囊对于乘员的安全依旧存在威胁，这也是膝部气囊没有国际化大面积使用的原因，在我国市场膝部气囊依旧没有作为标配。膝部气囊的设计发展应用更应该结合气袋展开边界，根据试验验证，对于不同乘员空间的车型，膝盖至下IP或手套箱的距离常在60mm至170mm间，KAB气袋充饱时间常在10ms至20ms范围，FF50工况中TTF约15ms，膝关节在25ms时向前位移10mm 至25mm，ODB64工况中TTF约30ms，膝关节在40ms时向前位移30mm至45mm，为使KAB有足够展开空间，要求在规划车体总布置时假人膝部离下IP或者手套箱的最短距离大于100mm，综合以上因素，KAB在假人膝盖对应位置的厚度D建议在50mm～120mm间（需根据乘员膝部空间、碰撞波形、KAB充饱时间、TTF等因素确定）。膝部气囊最终目的就是轻量化、更高的空间利用率，一切的设计及优化都需要围绕这两个点来进行，目的就是要在越来越严苛的边界条件下，通过气袋设计、气袋折叠方式罩盖的结构设计来配合来实现气袋的功能。

3.底置式膝部气囊

根据膝部气囊的安装位置，我们可以把气囊分成两类，一类为中置型（如图二），也就是早期传统的设计方案，是将气囊模块安装于转向管柱下方;另一种是底置型（如图三），就是本文中的底置式膝部气囊。底置式气囊相对于中置式优点在于更加有效的利用了仪表底部的空间：最初的膝部气囊开发重点是在碰撞后，气囊能够快速的打开以对乘员进行保护，整个仪表板的理想位置是乘员的膝部正前方。但是，由于副驾乘员膝盖正前方的空间一般都用来安装手道箱，正驾驶乘员膝盖与仪表之间的距离太小，导致膝部气囊功能无法实现，或是无法充分体现;底置式膝部气囊安装位置于仪表板下方，仪表板的下面空间非常大，可以满足膝部气囊设计需求。底置膝部气囊碰撞点爆时，膝部气囊罩边缘撕裂，气袋由撕裂处至下由上展开，充饱，对乘员进行保护。底置膝部气囊优点在于安装隐秘，可满足主副驾需求，其难度在于，气囊罩盖的设计以及气袋袋型的设计，需要保证气袋在系统需求的时间内，气袋由仪表板下方展开至上方，且不能对乘员脚踝及小腿造成损伤。这种底置式的膝部气囊已经慢慢变成主流设计。未来底置气囊会针对轻量化、隐形、成本经济、一体化方面发展。

4.结语

我国国内的安全气囊设计水平依旧落后于欧美的发达国家，在汽车安全方面需要从事汽车安全行业的人员有着创新赶超的精神，在行业中，需要不断研究不断深入，以人为本，大力推动我国的汽车行业进一步与世界接轨。国内主机厂及气囊相关供应商应密切关注该领域的发展动态，提前进行技术储备，来应对未来市场的需求，以保持或提高自身的市场竞争能力。

参考文献：

[1].Werner Freisler.设计更灵活的低置型膝部气囊模块[J].汽车与配件，2011（23）