[发明专利]汽车驾驶员侧正面安全气囊设计方法

权利要求书

1.一种汽车驾驶员侧正面安全气囊设计方法，其特征在于，所述的汽车驾驶员侧正面安全气囊设计方法的步骤如下：

1)建立驾驶员侧正面安全气囊解析模型

(1)确定冲击块加速度与驾驶员侧正面安全气囊内部压力、冲击块与驾驶员侧正面安全气囊的接触面积和冲击块质量之间的关系：

a.分析驾驶员与驾驶员侧正面安全气囊(1)的相互作用过程；

b.应用动量定理对冲击块(4)与驾驶员侧正面安全气囊(1)的相互作用进行力学分析，确定出冲击块加速度与驾驶员侧正面安全气囊(1)内部压力、冲击块(4)与驾驶员侧正面安全气囊(1)的接触面积和冲击块(4)质量之间的关系表达式：

(P-P₀)·S_接触·Δt＝m_冲击块·(v-v₀)                      (1)

式中：P.驾驶员侧正面安全气囊的内部压力，单位.P_a；P₀.驾驶员侧正面安全气囊刚充满时刻的内部压力值，单位.P_a；S_接触.冲击块与驾驶员侧正面安全气囊的接触面积，单位.m²；m_冲击块.冲击块的质量，单位.kg；v.冲击块的速度，单位.m·s^-1；v₀.冲击块与驾驶员侧正面安全气囊刚接触时刻的速度，单位.m·s^-1；a.冲击块的加速度，单位.m·s^-2；Δt.冲击块与驾驶员侧正面安全气囊的作用时间，单位.s；

(2)确定泄气速率表达式：

a.在单位时间内通过泄气孔(2)流出驾驶员侧正面安全气囊(1)的气体质量为：

Δm＝ρ·S_孔·v_泄气·dt                                  (3)

式中：Δm.单位时间内通过气囊泄气孔流出的气体质量，单位.kg；ρ.驾驶员侧正面安全气囊内部混合气体的密度，单位.kg·m^-3；S_孔.气囊泄气孔面积的总和，单位.m²；v_泄气.驾驶员侧正面安全气囊内部气体的泄气速率，单位.m·s^-1；

b对单位时间段内流出的气体进行力学分析，由动量定理可确定泄气速率：

Δm·v_泄气＝F·dt                                        (4)

F＝(P-V_大气)·S_孔                                        (5)

将公式(3)和公式(5)代入公式(4)中得到泄气速率表达式：

式中：P_大气.标准大气压力；

(3)建立驾驶员侧正面安全气囊的解析模型：

a根据理性气体状态方程，确定出驾驶员侧正面安全气囊(1)内部压力P：

P=RTM·mV---(7)]]>

式中：R.比例系数；T.驾驶员侧正面安全气囊内部混合气体的温度，单位.K；M.混合气体平均摩尔质量，单位.kg；m.驾驶员侧正面安全气囊内部气体质量，单位.kg；V.驾驶员侧正面安全气囊的体积，单位.m³；

b确定任意时刻驾驶员侧正面安全气囊(1)内部气体质量：

式中：m_总.驾驶员侧正面安全气囊内部气体的总质量，单位.kg；m_泄气.由泄气孔排出的气体质量，单位.kg；

c.确定任意时刻驾驶员侧正面安全气囊(1)的体积：

式中：V_总.驾驶员侧正面安全气囊的体积，单位.m³；V_压缩.由于冲击块的挤压造成的气囊体积的减少量，单位.m³；V_泄气.由于内部气体泄出造成的气囊体积的减少量，单位.m³；k.压缩体积修正系数；

d.将公式(7)、(8)、(9)代入到公式(2)中，可以确定出冲击块与驾驶员侧正面安全气囊之间相互作用的运动学公式(10)，即驾驶员侧正面安全气囊的解析模型：

e.应用Matlab编程构造驾驶员侧正面安全气囊(1)解析模型的迭代求解格式：

m_泄气(i+1)＝m_泄气(i)+ρ(i)·S_孔·v_泄气(i)·Δt

V_压缩(i+1)＝(V_压缩(i)+v(i)·S_接触·Δt)·k

V_泄气(i+1)＝V_泄气(i)+v_泄气(i)·S_孔·Δt

v(i+1)＝v(i)-a(i)·Δt                             (11)

式中：i＝0，1，2…n；

2)驾驶员侧正面安全气囊主要参数设计

(1)确定驾驶员侧正面安全气囊(1)主要参数设计初始值；

(2)将驾驶员侧正面安全气囊(1)主要参数设计初始值代入解析模型计算得冲击块加速度响应曲线；

(3)评价冲击块加速度响应曲线，确定驾驶员侧正面安全气囊(1)主要参数设计值；

3)驾驶员侧正面安全气囊计算机仿真分析

(1)确定除主要参数之外的其他驾驶员侧正面安全气囊参数的设计初始值，其他驾驶员侧正面安全气囊参数包括驾驶员侧正面安全气囊(1)的袋体织物弹性模量、袋体织物厚度、冲入安全气囊的混合气体成分和折叠方式；

(2)利用MADYMO软件建立驾驶员侧正面安全气囊(1)的计算机仿真分析模型：包括冲击块冲击仿真模型和台车仿真模型；

(3)通过计算机求解驾驶员侧正面安全气囊(1)的计算机仿真分析模型，得到冲击块加速度响应曲线；

(4)评价冲击块加速度响应曲线，确定驾驶员侧正面安全气囊(1)参数设计值，包括驾驶员侧正面安全气囊(1)的袋体织物弹性模量、袋体织物厚度、冲入安全气囊的混合气体成分和折叠方式；

4)试验测试

(1)根据驾驶员侧正面安全气囊(1)的计算机仿真分析模型设计驾驶员侧正面安全气囊(1)动态冲击试验；

(2)通过驾驶员侧正面安全气囊(1)动态冲击试验，得到冲击块加速度响应曲线；

(3)对比三条冲击块加速度响应曲线，用以验证驾驶员侧正面安全气囊(1)参数设计值的正确性；所述的三条冲击块加速度响应曲线：第一条通过驾驶员侧正面安全气囊(1)的解析模型计算获得，第二条通过计算机仿真分析获得，第三条通过冲击块(4)冲击试验获得。