車門內(nèi)護(hù)板側(cè)碰性能改善

呂嵩 楊揚(yáng)

（一汽豐田技術(shù)開發(fā)有限公司）

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，汽車內(nèi)飾越來越受到人們的重視。車門內(nèi)護(hù)板是汽車內(nèi)飾中的重要零件，主要由上內(nèi)護(hù)板、下內(nèi)護(hù)板、密封條、通風(fēng)管道、扶手、拉手、儲(chǔ)物盒、門燈、煙灰盒和卡扣等主要部件構(gòu)成[1]。車門內(nèi)護(hù)板除可裝飾車門外，還具有使車門開閉方便、支撐肘腕、降噪、消聲、防止車外灰塵進(jìn)入及防止水浸入等功能，同時(shí)，在車輛側(cè)面碰撞時(shí)，對(duì)乘員的胸、腰、腹部具有一定的保護(hù)功能。根據(jù)法規(guī)要求，在進(jìn)行側(cè)碰試驗(yàn)時(shí)，除了乘員的胸、腰、腹部的受力值處于一定范圍外，還要求所有內(nèi)部構(gòu)件在脫落時(shí)均不得產(chǎn)生鋒利的凸出物或鋸齒邊，以防止增加傷害乘員的可能性[2]。文章通過改善零件系數(shù)的方法，改善了某車型的車門內(nèi)護(hù)板側(cè)碰性能。

1 問題解析

某車型進(jìn)行側(cè)碰試驗(yàn)，側(cè)氣囊在展開時(shí)，將飾條擠壓變形，最后導(dǎo)致飾條斷裂，存在傷害人體的風(fēng)險(xiǎn)，如圖1所示。

圖1 汽車車門內(nèi)護(hù)板裝飾條斷裂

要解決此問題，有2 個(gè)考慮方向：

1）減小碰撞時(shí)電鍍飾條的變形量。考慮到電鍍飾條的變形量是由氣囊引起的，減小飾條變形量，需要減小氣囊的展開尺寸，但減小氣囊的展開尺寸，可能造成對(duì)乘員保護(hù)失效。

2）減小碰撞時(shí)電鍍飾條的應(yīng)力。影響電鍍飾條應(yīng)力的3 個(gè)因素為外力、電鍍飾條截面系數(shù)及材料特性，其中：氣囊展開時(shí)施加的外力恒定不變；電鍍飾條截面系數(shù)的更改涉及模具調(diào)整，成本較低；材料的變更需要新設(shè)模具，成本較高。

綜上考慮，選擇方向2，通過優(yōu)化飾條結(jié)構(gòu)，改變電鍍飾條的截面系數(shù)，從而降低飾條的應(yīng)力。根據(jù)這一思路，進(jìn)行了氣囊展開模擬測量。

在電鍍飾條斷裂的位置增加測力計(jì)，如圖2所示。

圖2 汽車車門內(nèi)護(hù)板裝飾條應(yīng)力測量示意圖

計(jì)算得出最大外力為147 N。經(jīng)過測量得出，裝飾條斷裂時(shí)受力為68.1 N，如圖3所示，根據(jù)此時(shí)的受力值，計(jì)算出斷裂應(yīng)力為131 MPa，即電鍍飾條在應(yīng)力小于131 MPa 時(shí)不會(huì)斷裂。測量時(shí)需要注意，施力方向要與氣囊展開時(shí)施力方向相同，從而保證測量的準(zhǔn)確性。

圖3 汽車車門內(nèi)護(hù)板裝飾條拉力測量

2 對(duì)策制定及實(shí)施

2.1 截面系數(shù)計(jì)算

根據(jù)測量結(jié)果可以確認(rèn)，為了達(dá)到氣囊展開時(shí)飾條不發(fā)生斷裂的目標(biāo)，需要在氣囊展開時(shí)施加147 N的外力下，飾條的應(yīng)力在131 MPa 以下，經(jīng)計(jì)算，此時(shí)飾條的目標(biāo)截面系數(shù)為33.7。

2.2 對(duì)策與數(shù)據(jù)優(yōu)化

目前產(chǎn)品斷裂位置的截面為2.5 mm×15 mm，為達(dá)到33.7 以上的截面系數(shù)，板厚需增大1.2 mm，此時(shí)截面系數(shù)為34＞33.7。按照板厚增加1.2 mm 的方案，對(duì)數(shù)據(jù)形狀進(jìn)行結(jié)構(gòu)改善，改善后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如圖4所示，紅色區(qū)域?yàn)樾枰黾影搴竦膮^(qū)域，黃色區(qū)域?yàn)楸苊獬霈F(xiàn)縮痕[3]的過渡區(qū)域。

圖4 汽車車門內(nèi)護(hù)板裝飾條改善后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

2.3 模流分析

由于增加的板厚超過1 mm，需要進(jìn)行模流分析，確定注塑工藝的可行性。對(duì)優(yōu)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行模流分析，結(jié)果顯示，如圖5所示，當(dāng)板厚增大到3.7 mm 時(shí)，產(chǎn)品表面容易出現(xiàn)縮痕，將會(huì)影響外觀質(zhì)量。

圖5 汽車車門內(nèi)護(hù)板裝飾條模流分析結(jié)果（板厚為3.7 mm 時(shí)）

根據(jù)注塑經(jīng)驗(yàn)，塑料件的板厚差不能大于1 mm。將板厚調(diào)整到3.5 mm 時(shí)，再次進(jìn)行模流分析，如圖6所示，分析結(jié)果顯示，裝飾條表面縮痕明顯減小，外觀不受影響。

圖6 汽車車門內(nèi)護(hù)板裝飾條模流分析結(jié)果（板厚為3.5 mm 時(shí)）

3 改善成果

3.1 方案確定

按照將板厚增大到3.5 mm 的方案，進(jìn)行試制驗(yàn)證。按照同樣的加載條件，優(yōu)化后的零件在斷裂時(shí)受到的最大拉力為162.8 N，大于氣囊展開時(shí)的外力147 N，如圖7所示。由此可判定，按照此方案進(jìn)行優(yōu)化，零件可以滿足碰撞性能的要求。因此依據(jù)此方案進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。

圖7 汽車車門內(nèi)護(hù)板裝飾條改善后斷裂受力

3.2 實(shí)車與零件外觀驗(yàn)證

零件優(yōu)化后，進(jìn)行整車實(shí)車碰撞試驗(yàn)。試驗(yàn)后，電鍍飾條未出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，并且整車碰撞合格，滿足碰撞法規(guī)要求。對(duì)改善后的零件外觀進(jìn)行確認(rèn)，外觀未出現(xiàn)縮水現(xiàn)象，判定合格。

4 結(jié)論

本次性能改善案通過增大零件的截面系數(shù)，大幅提高了產(chǎn)品強(qiáng)度，有效改善了車門護(hù)板的側(cè)碰性能，滿足法規(guī)要求。與以往通過變更材料的方法相比，通過結(jié)構(gòu)變更，增大截面系數(shù)的方法同樣可以達(dá)到改善碰撞性能的要求，且成本更低。在后續(xù)項(xiàng)目中，可提前根據(jù)輸入的外力要求，計(jì)算出合理的截面系數(shù)，設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)，縮短開發(fā)周期和降低成本。