10.16638/jki.1671-7988.2017.04.044
李亚明，韩忠浩，张璇，雷永强
（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁锦州121001 ）
摘要：侧面碰撞是如今汽车碰撞事故中常见的类型，配备侧气囊可以有效减少乘员在侧面碰撞中受到的伤害。文章利用计算机辅助分析技术，建立侧气囊静态展开仿真模型，分别应用粒子法（CPM法）和控制体积法（CV法）进行侧气囊静态展开模拟，对比试验结果表明：展开过程中，采用CPM方法的侧气囊模型比采用CV法更加接近试验状态，CPM法可以比较精确地模拟气囊的展开过程，更有利于安全气囊开发工作。 关键词：侧气囊（SAB）；CPM法；CV法；静态展开
中图分类号：U463.8 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2017)04-133-02
Simulation of Vehicle Side Airbag Based On Corpuscular Particle Method
Li Yaming, Han Zhonghao, Zhang Xuan, Lei Yongqiang
（College of Automobile and Traffic Engineering, Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121001 )
sim卡托
Abstract: Side impact is a usual type of vehicle crash accident in recent years,side airbag is a important device to improve safety of occupants.In this paper,a simulation model is created to simulate the deployment process of folded airbag by adopting corpuscular particle method(CPM) and control volume(CV) method respectively.Through the comparison with test video indicates that CPM result is more closer to the test results.CPM can simulate the status of deployment accurately.It is better for the development of safety airbag.
Keywords: side airbag(SAB); corpuscular particle method(CPM); control volume(CV); deployment
CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2017)04-133-02
at89s52最小系统安全气囊是约束系统的核心部件，在碰撞发生时迅速充满乘员与汽车内饰件之间的空间。配备安全气囊可以有效地减少车内乘员在碰撞事故中受到的伤害[1]。对车辆侧面碰撞来说，由于乘员和车门之间距离小，受到外部撞击后，乘员往往受到来自车门或B柱较严重的侵入伤害。对安全气囊对乘员的保
护研究早期基于实物试验，试验准备周期长，开发新产品成本较大；随着计算机技术的进步，在20世纪80年代，科研人员将CAE技术应用于气囊开发中，可以有效减少试验次数，降低成本。安全气囊仿真研究目前大多采用控制体积法（CV法），CV法优点是运算时间短，可以较准确地模拟气囊充满时的形状，但只能用于研究气囊对在位乘员（In-Position）的保护。为了模拟气囊展开时的内部气流，研究气囊对离位乘员（Out-of-Positon）的保护和气囊折叠方式对展开效果的影响，采用粒子法（CPM法）既可以适用不同工况，同时计算成本相对较低[2]。本文分别采用CPM法和CV法模拟气囊展开，对比试验录像，验证CPM法模拟气囊展开的优势。 1、气囊展开模拟方法
1.1 控制体积法
CV法应用广泛，该方法假设气囊充满过程中内部压力处处均匀，将气囊看作可控制的体积，每个计算时间步中气囊织布单元的位置、方向、表面积是已知的，通过格林定理得到相应时间步的体积[2]，即：
作者简介：李亚明（1990-），男，硕士，就读于辽宁工业大学，研究方向为汽车被动安全。硅胶模具制作方法
李亚明等：基于粒子法的汽车侧面安全气囊仿真134 2017年第4期
peepm（1）
式中，x i是单元坐标均值，n ix为单元法线和x轴夹角的余弦值，A i为单元表面积。
塑料玻璃滑道
1.2 粒子法
气囊内部气体由大量气体分子组成，在软件中不能对所有气体分子进行描述，因此粒子法采取近似模拟的方式，将气体简化为由一定数目的颗粒组成，如图1。根据分子动力学理论，粒子的相互作用需要几个假设：(1)粒子为球形，包含许多气体分子；(2)粒子间距离远大于分子自身尺寸；(3)粒子相互作用服从牛顿运动定律；(4)粒子运动处于热平衡状态，随机运动[3]。
图1 粒子法简化示意图
粒子法可以较好地模拟气囊展开高速气流，得到的结果更真实。但是CPM法相对CV法运算量稍大，计算时间稍长。
2、气囊展开仿真模型搭建
2.1 侧气囊有限元建模
气囊的展开状态与折叠方式和发生器参数相关。本文使用Hypermesh完成气囊网格划分，Primer软件完成侧气囊折叠，并建立侧气囊静态展开仿真模型，使用LS-DYNA软件进行求解。
为减少气囊折叠时网格穿透，避免出现计算时间步长过小甚至无法求解，同时避免气囊充满时边缘褶皱过多，网格划分采用四边形单元，划分完成后如图2(a)所示，作为气囊模型的参考网格。并根据气袋折叠图，完成气囊折叠，折叠过程见图2。折叠完成后如图2(b)所示，作为初始网格。气袋织布采用全积分Belytschoko-Tsay壳单元，布料厚度为0.35mm，材料为34号*MA T_FABRIC材料。
图2 气囊折叠过程图
气囊折叠完毕后，需要分别定义两种类型的发生器参数。CV法通过LS-DYNA关键字*AIRBAG_HYBRID_JETTING 定义，输入气体发生器质量流和温度流曲线。发生器喷嘴按照实际情况定义位置和方向。CPM法通过关键字*AIRBAG_ PARTICLE定义，定义气体质量流和温度流，还需要定义粒子数量、发生器各部分气体的摩尔质量和比热容，并根据实际情况定义喷嘴的位置、方向和数量，以及气囊的排气孔和布料泄气曲线。本文定义粒子数量为1×105个。
2.2 仿真结果对比
静态展开试验是确定气囊保护范围、充满时间、验证发生器性能的重要方法。将采用CPM法和CV法建立的仿真模型计算结果与试验录像进行对比，气囊在各时刻展开状态的对比图见表1所示。
水平除雾器
表1 安全气囊展开过程仿真结果对比
3、结论
通过对比应用CPM法和CV法在气囊静态展开期间内的状态可以看出，CPM方法可以弥补CV法的不足，能够较准确地模拟气囊的展开过程。粒子法能够为研究气囊折叠方式、气袋形状或发生器参数等气囊开发工作提供更好的帮助和参考。同时由于粒子法在模拟展开过程上的优势，对安全气囊对离位乘员的保护研究，粒子法也是更好的选择。
参考文献
[1] 赵福全，吴成明，潘之杰等.中国汽车安全技术的现状与展望[J].汽
车安全与节能学报.
[2] 汪娜，彭雄奇，张源，潘锋，鲁宏升.基于颗粒法的安全气囊仿真及应
用分析[J].上海交通大学学报.2014(08) .
[3] 车凯凯，王美松.安全气囊展开的三种数值模拟方法的对比[J].汽
车安全与节能学报. 2013(03) .
[4] 郝旭超.汽车安全气囊仿真分析方法的研究[D].吉林大学2012.
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