汽車儀表板乘客側氣囊框的結構設計及問題預防

韓夏冰　李亮　王東

摘 要：新時期隨著社會進步和生活水平的提高，汽車保有量正在呈現出逐年攀升的迅速態勢，人們對安全性要求也在逐步提高。在本文中筆者試圖結合所在專業，談如何做好汽車儀表板安全氣囊框結構設計，結合問題預防細節入手做出相關探索，進而為實際業務的推進，以及整體安全性的提升提供理論依據。

關鍵詞：汽車儀表板 氣囊框 安全性 設計

1 引言

新時期隨著汽車保有量的不斷提升，人們對安全性要求也隨著提高。對于實際從業者而言，需要充分結合技術進步，滿足新的需求提升質量。在本文中筆者試圖結合氣囊框的結構設計，談如何滿足的新時期安全性的新要求，進而為汽車事業進步和行業發展打下理論的基礎。

2 安全氣囊概述

2.1 安全氣囊的概念

首先介紹下汽車安全氣囊，其是汽車重要的組成部分，隸屬于汽車的輔助約束系統部分，不過它不能在保護成員方面起到主要的作用，只會配合著主約束系統，比如安全帶來降低對實際成員傷害和具體影響。所以，在實際使用上它只能是降低或者減少對乘客的傷害程度。在具體價值上是不如主約束系統的，不過，它們相互之間的配合使用非常重要。在理論研究界對于氣囊的界定，主要是在緩沖前碰撞、或者是近似前碰撞嚴重性方面提供保護，大致10%的事故會引發氣囊打開保護。

2.2 安全氣囊的分類

在分類方面主要結合安全氣囊的不同類別來區分，大體可以分為駕駛員防撞安全氣囊、前排乘員防撞安全氣囊、后排乘員防撞安全氣囊、以及側面防撞安全氣囊等。其中，駕駛員防撞安全氣囊，大部分都被安裝在了方向盤上，在技術角度可以細分為美式和歐式。對于美式而言是假設駕駛員沒有佩戴座椅安全帶的情況，所以想要達到保護實際效果功能、就必須將面積提升到比較大的區間，大體為60L左右。歐式則相反，是假設有安全帶保護，所以整體上面積是比較小的，只有40L。在前排乘員防撞安全氣囊設計中，主要考慮到副駕駛位置的空間，相對位置比較大而寬，所以整體設計也會相對大些。同樣也可以分為美式和歐式兩類，區分屬性和上個類別的一致，美式比較大有160L左右，歐式則只有75L。

2.3 安全氣囊的組成及氣囊框的介紹

安全氣囊是具有整體性的系統設計，在具體組成上大體可以分為碰撞傳感器、氣囊電腦、系統指示燈、氣囊組件、連接電路幾個部分。在碰撞傳感器部分還要區分左右，和SRS指示燈以及盤簧電纜互相連接。而對氣囊本體主要包括氣囊、氣體發生器和點火器三個主要組成的部分。按著氣囊安裝位置區分可以分為多個類別。氣體發生器主要是在點火器引爆時所提供氣體，充滿后可保證整個的氣囊被打開。在實際使用上必須保持穩定，在支架上安裝合理，才可以配合做出使用。在安裝后應當保證至多十年，必須做更換，只有這樣才可以保證質量。

而氣囊框大部分都安裝在乘員側，由儀表盤本體、氣囊框、氣囊構成，在制作工藝流程上包括儀表板骨架弱化、儀表板骨架與氣囊框焊接或卡接、儀表板總成、儀表板橫梁總成和氣囊總裝裝配幾個重要部分。在分類方面可以分成有H型、U型不同類別。其中H型氣囊框于前風擋距離要求低可以比較容易的布置好，不過會向人側打開，安全真實性沒有保障。而U型的則向實際車前打開安全系數很高，不過于前風擋距離近，布置要求高。

3 氣囊框的設計和問題預防研究

3.1 安全氣囊的工作過程及打開必要條件

在實際工作過程中，包括發生正面碰撞、控制系統檢測碰撞強度、氣囊的電腦接通點火電路、氣體發生劑產生大量氣體、氣囊急劇的膨脹沖破頂蓋、以及做緩沖沖擊力度來保護乘客關鍵業務環節。安全氣囊的整體上打開是需要有必備條件的。一般而言車速需要在五十公里以上，五十公里以下都不會引發其打開。不過除了車速的要求以外，最關鍵因素還在于碰撞時的加速度情況。國家部門很多機構測試后給出數據需瞬時加速度-40g，這可以看作是諸多廠商設計臨界點。此外大部分的打開，都需要保持在正向行駛正面直接撞擊。碰撞物體需要是剛性墻壁，或者是強度差不多障礙物;在打開時間上為發生碰撞后的幾十毫秒內，這是必備的要求。在剛性方面有條件要求，車輛以50公里時速撞向了墻壁或者沙堆，最終所產生的實際效果，是存在本質性區別的。在實驗中可以看出，50公里/小時的數據要求只是相對速度，只有在滿足上述提到的條件后，安全氣囊才會滿足自動打開的要求。

而在氣囊打開的過程中，儀表板區域及氣囊框不能阻止氣囊的展開及有碎片飛出，產生銳邊等情況的出現。

3.3 安全氣囊框的性能要求與設計參數

在性能要求方面氣囊完全膨脹時間，是需要注意的一個重要的數據。指的是從碰撞開始到打開直至完全打開的消耗時間。在實際設計中要考慮方向盤、駕駛員安全氣囊、乘客安全氣囊、電控模塊、時鐘彈簧等部分。特別是在尺寸數據決定上，這些數據都十分重要。氣袋的容積和氣體發生器的安排，要注意合理位置設計，也要注意包括轉向柱和時鐘彈簧，以及整體骨架所帶來的空間制約。在重量方面影響因素，則主要包括氣袋和發生器的重量、以及實際骨架重量。四氣囊系統是相對比較多見的，包括DAB駕駛氣囊、PAB乘客氣囊、SAB側面氣囊。

PAB安裝在儀表板之上，有帶蓋或者不帶蓋的模式。不帶蓋的都會埋到儀表盤里。安裝時要注意互相之間的距離。PAB和衡量之間的距離要在15毫米以上，PAB COVER以及儀表板、開口的配合，誤差必須在1毫米附近，最大誤差在0.5毫米左右。保證足夠的均勻。而對于氣囊框設計，則需要注意弱化線位置、弱化角設計、弱化線深度等弱化線設計問題，以及焊接結構設計問題、排氣孔問題等。在實際的位置上主要有激光和銑刀兩類，要結合著不同需求來分別設計。圓角則需要結合不同需求保證其尺寸，激光的大體為R大于8mm，不過在銑刀設計上，要在18mm。深化線設計要按著氣囊展開原則來做，結合人和左右側、鉸鏈側來打開，保證數據滿足實際要求。在焊接上要考慮焊接筋設計、擋料筋設計等問題，而排氣孔則需要注意上下件之間的空隙。

新時期有很多新技術被廣泛的應用到實際業務中，這對于整體上的設計工作也產生了影響。比如采用傳感器涉及，結合重量和紅外以及超聲波技術，來做出綜合設計例子比較多，這可以輔助做出比較深層次的判別，比如是否電報氣囊、采取何樣式點火方式以及點爆力，這些數據非常重要，可以有效構建起新保護模式，也是接下來研究主要方向所在。

3.4 系統設計與開發流程

在實際開發設計中，大體包括三個主要的過程期，即概念、驗證、設計三個時期。其中概念期包括確認整車安全法規，定義整車安全開發的目標，確定整車安全氣囊的配置，完成初步的零件BOM，編制SOR，確定供應商，確定技術開發方案等。在驗證期則包括磨具開發制作，和各類樣品的制作業務，ECU、傳感器共振實驗，尺寸匹配，基礎碰撞實驗，零部件DV、和皮紋腐蝕、首件認可、零部件實驗等，還要完成OTS認可、PPAP完成等。在設計期包括參考模板來選擇類別，安全總布置建議，確定外觀件外CAS，造型安全分析，零部件結構設計，以及優化和3D、2D凍結發動等工作設計和落實。

在設計和開發完畢后，要充分大量的設計和開展實驗，結合數據情況來觀察需求滿足度，進而做出調整和修改，直到滿足客戶所需。要做好各方面實驗對比工作，結合矩陣數據分解和研究，在專業人士輔助下來對各類零件調整細節。這是十分重要業務，需要引起技術人士引起足夠高度重視。結合安全氣囊的整車碰撞的CAE分析是不錯的思路，要結合著新科學合理的原則，最初碰撞矩陣的優化，在前期結合CAE實現虛擬開發。在過程中可以采取hyperworks做前后處理。以筆者所從事的P項目為例，綜模型有網格數量1203173個，有part721個，網格尺寸為10毫米，最網格尺寸為3毫米，鈑金之間的焊接結合了beam做模擬，solid單元模擬做膠貼。要求在碰撞中結合ls-dyna軟件，來提升質量，小于1%代表時長設置合理，滿足CAE要求。在項目中設計了14、22、32km/h的速度，32km/h中設計了斜角、中心柱、騎跨底部等不同的碰撞方式，此外還有高速40、50km/h尾和正面的碰撞。基于CAE分析開發的虛擬開發可以提供大量數據，實現成本最低;安全氣囊匹配的關鍵在于自身的結構耐撞性，存在問題要做出改進;結合CAE分析可以全面提升開發能力，降低業務成本。

對CAE分析過程中，氣囊框可能存在的問題大體包括了產品重量問題、金屬耐腐蝕性能問題、成本過高問題、整體上精度要求過高問題等。在實際處理中，要在結構分析輔助下，滿足重量輕的要求，采取整體成本低制造工藝更加簡便的設施，來替代那些相對老舊的設施，滿足新時期輕量和低成本要求。考慮到在實際業務場景中，撕裂都是從側面弱化槽出現的、所以需做受力測試，提升主要的旋轉區域強度，滿足各類受力需求。此外在節約角度上也可以將儀表板和框架連接方式，由過去的改為掛鉤式，結合三角結構來實現簡單、效率高、成本低的需求。在掛鉤式的設計生產中，包括金屬支架的擺放、機械手抓取以及做定位、重量測試的業務保障整體質量。

4 結語

新時期對汽車設計開發安全的要求越來越高，實際的從業人士要充分結合所在企業的要求，做好相關設計和研究，以安全氣囊及氣囊框的整體開發做入手點，來提升業務效率保證業務的質量。

參考文獻：

[1]冉日紅.汽車安全氣囊的技術與發展探究[J].決策探索（中），2018（06）：76-77.

[2]朱聯軍.汽車安全氣囊維修技術探討[J].職業，2011（12）：136.

[3]博洋.初探汽車安全氣囊技術[J].汽車與安全，2009（08）：26-29.

[4]王宇航，喬維高.基于CAE技術的汽車安全氣囊建模方法比較研究[J].上海汽車，2008（12）：21-23.

[5]張良華.汽車安全氣囊技術應用分析[J].通訊世界，2015（08）：215-216.

[6]秦宇志，周川.隱藏式安全氣囊框注射模設計[J].模具制造，2020，20（05）：43-45.

[7]左子良.硬質儀表臺副駕側氣囊框設計及弱化線調整基本原則[J].汽車與駕駛維修（維修版），2020（08）：54-55.

[8]姬秋云.汽車副駕駛側氣囊框結構的探究[J].時代汽車，2018（06）：126-127.