【前沿】车顶安全气囊带来更多设计自由

 

在乘用车内饰开发中，需要比以前更大的设计自由度，尤其是驾驶舱。高级用户界面和信息娱乐解决方案在乘用车中越来越受欢迎。这些导致越来越多的车型配备更大的显示器，电子外后视镜和后视镜等安全解决方案也产生了类似的效果。到2026年，全球新车安装的屏幕数量预计将从2020年的1150万增加到3190万[1]。就累积屏幕尺寸而言，在某些情况下，高端细分市场已经超过55"（英寸）[2]，目前平均8"（英寸）被视为标准[1]。此外，乘客喜欢驾驶舱区域中更多或更大的存储空间，以便安全、方便地存放个人物品。

 

采埃孚的顶置式前安全气囊（Bag-in-Roof，BiR）为此类设计挑战提供了解决方案。通过完全取代安装在仪表板上的传统乘客安全气囊，BiR为驾驶舱创造了空间增益和更大的设计自由度。在2014年推出第一代和2018年推出第二代之后，现在第三代将于2023年推向市场。BiR旨在满足对乘员保护、减小尺寸和重量的日益增长的要求。它可用于各种车辆类别，包括自动驾驶班车和机器人出租车。
 

在最新一代BiR产品中，基本设计和顶篷区域下方过渡到挡风玻璃前的安装位置保持不变。然而，模块化BiR系统本身已经进行了重大修改，包括一个垫子、一个可选的外壳和一个包括气体扩散器的充气机。因此，该模块比上一代更紧凑、更轻，提供了更大的设计自由度，使其能够用于更多的车辆类别。新型PHI7充气机可在展开状态下以多个等级实现更大的安全气囊容积，图1。

 

 图1车顶气囊设计用于在正面碰撞时从车顶前缘沿挡风玻璃向下展开

 

新一代车顶气囊所需的安装空间减少了10%，安装高度扁平5毫米。这种更紧凑的设计使这款新一代安全气囊可用于头部空间比厢式货车或SUV小的车型。重量对于BIR应用很重要：与第一代相比，第二代已经可以将整个系统的重量减少25%。现在，根据模块外壳概念，第三代旨在实现模块总重量甚至低于1.5kg。

 

先进的PHI7充气机于2021年年中推出，旨在实现重要的包装空间节省。有效的节省了直径(-5mm)、长度(-42mm)和重量(-55g)。充气机中储存气体的最大压力增加了150bar。此外，充气机比之前的PHI4版本更紧凑、更强大。

在BiR应用中，新型PHI7充气机尽管尺寸更紧凑、重量更轻，但仍能显著增加安全气囊的体积。

 图2从BiR第1代到第3代的充气机性能和系统重量的进展

 

BiR最初设计为在正面碰撞时沿着挡风玻璃从车顶前缘向下展开。当它这样做时，由内部织物系绳分隔的两个腔室中的第一个充满。然后第二安全气囊腔进一步向乘客方向膨胀。总体而言，从点火到安全气囊展开到位的时间窗口约为40毫秒。这种获得专利的特殊气囊垫旨在改善乘员碰撞动力学和负载，图3。

 

 图3车顶气囊的缓冲垫分为两个腔室，由内部系绳分隔开这有助于改善碰撞运动学并减少乘员的负载

 

安全气囊的确切形状和几何形状可以根据特定的OEM和车辆要求进行调整，例如顶篷、挡风玻璃或遮阳板。
 

根据顶篷所需的空间，2014年第一款配备车顶前安全气囊的量产车是SUV，即雪铁龙C4Cactus。随后，它进入了其他PSA（今天的Stellantis）车辆，例如雪铁龙Berlingo、标致Rifter和欧宝Combo。
 

近年来，尤其是中国OEM对BiR解决方案的需求强劲增长。采埃孚于2021年夏天在中国OEM的首个BiR系列发布在东风的电动SUVVoyahFree中，其中BiR启用了集成的三联屏。第三代BiR将于2023年在另一家中国OEM上首次亮相。其他大型OEM已经确认在其他重要市场采用和引入该款产品。
 

BiR支持乘用车领域之外的其他车辆类别。一个典型的例子是自动驾驶班车和机器人出租车市场令人信服的增长潜力。随着这种潜在增长越来越近，OEM正在重新定义未来的汽车内饰。这些内饰实现了替代座位安排，例如所谓的篝火配置，乘客面对面坐着，并提供更豪华的客舱空间和增强的信息娱乐系统，以改善乘客的整体体验。随着这些变化，传统的包装和反作用面不再适用于约束系统。ZF'开发的车顶自支撑顶置安全气囊(OverheadAirbag，OHAB)可以在这些类型的环境中保护乘员，并在满足安全标准的同时为未来的车辆提供造型自由。OHAB技术是一种自支撑系统，可以安装在车顶的任何位置，无需在需要反应面或车辆基础设施来支撑乘员约束的位置进行包装，图4。
 

 

 图4带有自支撑车顶安装安全气囊的篝火座椅配置示例

 

OHAB的设计不仅独特，因为它能够自我支撑，而且与传统的乘客安全气囊相比，它的充气体积更小。采埃孚对乘员性能的评估显示，与传统的乘客正面安全气囊相比，气囊体积最多可减少40%。
 

自2014年首次亮相以来，这款车顶安全气囊已成为汽车市场上传统前排乘客安全气囊的替代品。安装在车顶区域可以为未来的驾驶舱概念提供更多的设计和造型灵活性。更通风的室内设计和大屏幕的趋势正在推动对BiR系统的需求。此外，它还是班车和机器人出租车等新型车辆概念中乘员保护的理想解决方案。
 

未来还可以设想为第二排座位的乘客提供BiR变体。将久经考验的安全带技术与先进的BiR正面安全气囊相结合，有助于进一步提高后座安全性。
 

采埃孚目前正在开发的新型E/E车辆架构的软件平台提供了更多选择。车顶安全气囊可以与预碰撞或内部监控系统结合使用。连接到这些平台及其环境和内部传感器，两级版本可以根据当前的乘员座位位置为预碰撞激活或自适应部署提供优势。在不再配备传统方向盘的车辆中，安装在车顶的前部安全气囊也非常适合驾驶员座椅：作为一个单独的单元或作为延伸到整个挡风玻璃宽度的帘式安全气囊设计。