A柱區域側氣簾展開性能的設計研究

李新起

智己汽車科技有限公司，上海 201804

0 引言

隨著汽車保有量的提升，車輛發生安全碰撞事故的概率也越來越高。根據國家統計局數據，2020年我國機動車交通事故發生數量超過21萬件，其中汽車交通事故發生數達到15.69萬起，汽車交通事故導致死亡人數超過4萬。汽車安全碰撞事故中，車輛側面碰撞占有很大的比重，所以，如何提升汽車的側面安全性能成為行業的一個研究重點。

據研究，在汽車側面碰撞安全事故中，配置側氣簾的車輛可以有效降低車內乘員頭部受傷害的程度。所以，研究如何設計開發性能更好的側氣簾子系統成為研究人員關注的一個熱點。

在車輛側面碰撞事故中，側氣簾能否順利展開是影響其保護性能的一個重要指標，其中，A柱區域的設計對側氣簾的展開性能具有重要影響。A柱區域的側氣簾子系統點爆試驗失效形式一般有側氣簾氣袋展開不到位、側氣簾氣袋破損、A柱飾板碎裂飛濺等形式。

針對過往項目側氣簾子系統點爆試驗問題，本文將基于某乘用車型重點研究側氣簾模塊的優化及拉帶導向支架的設計方案對側氣簾展開性能的影響。

1 方案與驗證

1.1 設計方案

表1為5種不同的側氣簾子系統設計方案。側氣簾子系統的整體布置方案如圖1所示，其中A柱飾板、頂棚、A柱鈑金和密封條為不變因子。

表1 5種不同的側氣簾子系統設計方案

圖1 側氣簾子系統的整體布置方案

1.1.1 側氣簾模塊設計方案

側氣簾模塊的優化方案與初始方案相比，主要涉及氣袋花型優化與氣袋最后一折的寬度調整。詳細優化方案如下：①氣袋前端上邊縫線降低10 mm，即氣道減小10 mm。②縫紉線走向優化，更有利于向氣袋下方充氣。③縫紉線布局優化，保持氣袋整體充氣均勻。④氣袋前端的拉帶連接位置增高75 mm，拉帶長度適應性調整。側氣簾的氣袋花型優化方案重點優化了氣袋前腔的縫線布局,如圖2和圖3所示。主要目的是在試驗開始時使氣袋能更快地向下展開，減小側氣簾對A柱的沖擊。

圖2 優化前后側氣簾前腔上邊線位置對比

圖3 優化前后側氣簾氣袋前腔方案對比

參考行業研究，本文側氣簾的氣袋折疊方式為混合型折疊(卷繞+兩端Z折)。基于此，側氣簾優化方案中減小了氣袋最后一折的寬度，如圖4所示，從而可以減小氣袋展開時向車內的角度，進而降低對A柱的沖擊。

圖4 側氣簾氣袋折疊方案

1.1.2 拉帶導向支架設計方案

本文首次研究了用于側氣簾拉帶導向的金屬支架的設計方案，拉帶導向支架為一種高強度冷軋鍍鋅鋼板，尺寸為60 mm×50 mm×8 mm，料厚為1 mm，如圖5所示。

圖5 拉帶導向支架

拉帶導向支架布置在A柱飾板與頂棚搭接處，拉帶導向支架的兩種布置方案如圖6所示。與布置位置1相比，布置位置2主要調整了拉帶導向支架與A柱飾板的向配合關系，具體為拉帶導向支架基于其安裝面沿垂直于A柱飾板方向向下移動5.5 mm。

圖6 拉帶導向支架的兩種布置方案

兩種布置方案中拉帶導向支架與A柱飾板的向配合關系如圖7所示，拉帶導向支架超過A柱飾板后端10 mm。

圖7 拉帶導向支架與A柱飾板的X向配合關系

1.2 試驗驗證

試驗開始前，將所有用于側氣簾子系統試驗的零部件按照整車實際設計狀態安裝到位，包括安裝位置、螺栓扭矩、配合關系等。然后，采用安全氣囊點爆測試系統，點火電流為1.2 A，電流持續時間為2 ms，將含側氣簾模塊的待試驗工裝按照規定的溫度(本文試驗溫度為-30 ℃)在環境箱內保溫4 h，然后在箱內進行側氣簾點爆。

側氣簾子系統點爆試驗需要滿足一定的測試要求：①不應出現鉤掛、破裂及卡位等現象。②內飾件發生脫落或斷裂后，不應產生銳邊、尖角及毛刺等會傷及乘員的特征。③不應出現硬質飛濺物(如硬塑料碎片、金屬碎片等)，軟質飛濺物(如立柱間隔泡塊等)單片最大允許質量為3 g，最大允許質量為5 g。④側氣簾的氣袋必須能夠在規定時間內按照設計要求的形狀展開到位，達到設計要求的保護區域。

2 試驗結果與討論

基于第1節的技術方案和試驗條件，對每種技術方案進行3次試驗驗證，側氣簾子系統點爆試驗結果見表2。

表2 側氣簾子系統點爆試驗結果

注：√表示試驗成功；×表示試驗失效。

側氣簾展開試驗失效圖片如圖8所示，側氣簾展開試驗成功圖片如圖9所示。

圖8 側氣簾展開試驗失效圖片

圖9 側氣簾展開試驗成功圖片

分析方案1和方案2的試驗結果可知，基于布置位置1的拉帶導向支架對側氣簾展開性能沒有提升。分析拉帶導向支架的兩種布置方案，發現布置位置1的拉帶導向支架與A柱立柱之間存在6 mm的向間隙，如圖10所示。在側氣簾展開過程中，由于氣袋對拉帶有一個很強的向車內的帶動作用力，拉帶很可能會掛在A柱飾板上，而沒有及時脫出，對A柱飾板產生沖擊，從而引起A柱飾板碎裂飛濺，造成試驗失效。

圖10 基于布置位置1的拉帶導向支架分析

分析方案2和方案3的結果可知，氣袋的花型優化和折疊調整對側氣簾正常展開具有積極意義，但不是造成試驗失效的最主要的影響因素。分析方案3中3次試驗沒有完全成功的原因是側氣簾模塊本身的優化，雖然降低了氣袋對拉帶向車內的帶動作用力，但由于存在拉帶導向支架與A柱飾板間的間隙，拉帶還是會對A柱飾板產生一個很強的沖擊拉拽力，從而極大可能會引起A柱飾板碎裂。

方案4的試驗結果都是成功的，可以證明方案4是有效的，對比方案3可知，拉帶導向支架的布置設計是本側氣簾子系統方案中A柱區域側氣簾氣袋能夠正常展開的主要影響因素。拉帶導向支架的布置位置2相比于布置位置1，主要是在保證拉帶導向支架與A柱飾板的向配合關系前提下，布置位置2消除了拉帶導向支架與A柱飾板間的向間隙，從而避免了側氣簾展開過程中拉帶拉拽A柱飾板尖角的可能，使拉帶可以順利從A柱飾板中滑出，保證試驗成功。

從分析結果可知，方案5的試驗也都是成功的，結合方案4的試驗結果，進一步可以證明，在本研究方案中，拉帶導向支架的布置設計是A柱區域側氣簾正常展開的主要影響因素，而側氣簾氣袋的設計是次要因素。

3 結束語

通過上述的研究分析，得出了以下結論：

(1)基于本研究的側氣簾子系統方案，側氣簾模塊的設計方案是影響A柱區域側氣簾展開性能的次要因素，而拉帶導向支架的設計方案是影響A柱區域側氣簾展開性能的主要因素;

(2)側氣簾模塊的氣袋花型優化及氣袋最后一折寬度減小，可以使側氣簾更快地向下展開，并減小對A柱的沖擊，有利于提升A柱區域側氣簾的展開性能;

(3)新增拉帶導向支架，并布置其在合適的整車位置，可以顯著提升A柱區域側氣簾的展開性能。

本文研究的A柱區域側氣簾展開性能的影響因素還不是很系統，后續還需進一步研究不同因子的組合對側氣簾展開性能的影響以及不同影響因子的理論作用機制，期望可以獲得一個最優化的側氣簾子系統設計方案。