汽車儀表板乘客側(cè)氣囊框的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及問題預(yù)防

韓夏冰　李亮　王東

摘 要：新時(shí)期隨著社會(huì)進(jìn)步和生活水平的提高，汽車保有量正在呈現(xiàn)出逐年攀升的迅速態(tài)勢，人們對(duì)安全性要求也在逐步提高。在本文中筆者試圖結(jié)合所在專業(yè)，談如何做好汽車儀表板安全氣囊框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合問題預(yù)防細(xì)節(jié)入手做出相關(guān)探索，進(jìn)而為實(shí)際業(yè)務(wù)的推進(jìn)，以及整體安全性的提升提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：汽車儀表板 氣囊框 安全性 設(shè)計(jì)

1 引言

新時(shí)期隨著汽車保有量的不斷提升，人們對(duì)安全性要求也隨著提高。對(duì)于實(shí)際從業(yè)者而言，需要充分結(jié)合技術(shù)進(jìn)步，滿足新的需求提升質(zhì)量。在本文中筆者試圖結(jié)合氣囊框的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，談如何滿足的新時(shí)期安全性的新要求，進(jìn)而為汽車事業(yè)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展打下理論的基礎(chǔ)。

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(tǒng)部分，不過它不能在保護(hù)成員方面起到主要的作用，只會(huì)配合著主約束系統(tǒng)，比如安全帶來降低對(duì)實(shí)際成員傷害和具體影響。所以，在實(shí)際使用上它只能是降低或者減少對(duì)乘客的傷害程度。在具體價(jià)值上是不如主約束系統(tǒng)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(duì)于氣囊的界定，主要是在緩沖前碰撞、或者是近似前碰撞嚴(yán)重性方面提供保護(hù)，大致10%的事故會(huì)引發(fā)氣囊打開保護(hù)。

2.2 安全氣囊的分類

在分類方面主要結(jié)合安全氣囊的不同類別來區(qū)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(cè)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(shù)角度可以細(xì)分為美式和歐式。對(duì)于美式而言是假設(shè)駕駛員沒有佩戴座椅安全帶的情況，所以想要達(dá)到保護(hù)實(shí)際效果功能、就必須將面積提升到比較大的區(qū)間，大體為60L左右。歐式則相反，是假設(shè)有安全帶保護(hù)，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(shè)計(jì)中，主要考慮到副駕駛位置的空間，相對(duì)位置比較大而寬，所以整體設(shè)計(jì)也會(huì)相對(duì)大些。同樣也可以分為美式和歐式兩類，區(qū)分屬性和上個(gè)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(tǒng)設(shè)計(jì)，在具體組成上大體可以分為碰撞傳感器、氣囊電腦、系統(tǒng)指示燈、氣囊組件、連接電路幾個(gè)部分。在碰撞傳感器部分還要區(qū)分左右，和SRS指示燈以及盤簧電纜互相連接。而對(duì)氣囊本體主要包括氣囊、氣體發(fā)生器和點(diǎn)火器三個(gè)主要組成的部分。按著氣囊安裝位置區(qū)分可以分為多個(gè)類別。氣體發(fā)生器主要是在點(diǎn)火器引爆時(shí)所提供氣體，充滿后可保證整個(gè)的氣囊被打開。在實(shí)際使用上必須保持穩(wěn)定，在支架上安裝合理，才可以配合做出使用。在安裝后應(yīng)當(dāng)保證至多十年，必須做更換，只有這樣才可以保證質(zhì)量。

而氣囊框大部分都安裝在乘員側(cè)，由儀表盤本體、氣囊框、氣囊構(gòu)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(gè)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(fēng)擋距離要求低可以比較容易的布置好，不過會(huì)向人側(cè)打開，安全真實(shí)性沒有保障。而U型的則向?qū)嶋H車前打開安全系數(shù)很高，不過于前風(fēng)擋距離近，布置要求高。

3 氣囊框的設(shè)計(jì)和問題預(yù)防研究

3.1 安全氣囊的工作過程及打開必要條件

在實(shí)際工作過程中，包括發(fā)生正面碰撞、控制系統(tǒng)檢測碰撞強(qiáng)度、氣囊的電腦接通點(diǎn)火電路、氣體發(fā)生劑產(chǎn)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(hù)乘客關(guān)鍵業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)。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(huì)引發(fā)其打開。不過除了車速的要求以外，最關(guān)鍵因素還在于碰撞時(shí)的加速度情況。國家部門很多機(jī)構(gòu)測試后給出數(shù)據(jù)需瞬時(shí)加速度-40g，這可以看作是諸多廠商設(shè)計(jì)臨界點(diǎn)。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(qiáng)度差不多障礙物;在打開時(shí)間上為發(fā)生碰撞后的幾十毫秒內(nèi)，這是必備的要求。在剛性方面有條件要求，車輛以50公里時(shí)速撞向了墻壁或者沙堆，最終所產(chǎn)生的實(shí)際效果，是存在本質(zhì)性區(qū)別的。在實(shí)驗(yàn)中可以看出，50公里/小時(shí)的數(shù)據(jù)要求只是相對(duì)速度，只有在滿足上述提到的條件后，安全氣囊才會(huì)滿足自動(dòng)打開的要求。

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

3.3 安全氣囊框的性能要求與設(shè)計(jì)參數(shù)

在性能要求方面氣囊完全膨脹時(shí)間，是需要注意的一個(gè)重要的數(shù)據(jù)。指的是從碰撞開始到打開直至完全打開的消耗時(shí)間。在實(shí)際設(shè)計(jì)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(shí)鐘彈簧等部分。特別是在尺寸數(shù)據(jù)決定上，這些數(shù)據(jù)都十分重要。氣袋的容積和氣體發(fā)生器的安排，要注意合理位置設(shè)計(jì)，也要注意包括轉(zhuǎn)向柱和時(shí)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(fā)生器的重量、以及實(shí)際骨架重量。四氣囊系統(tǒng)是相對(duì)比較多見的，包括DAB駕駛氣囊、PAB乘客氣囊、SAB側(cè)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(huì)埋到儀表盤里。安裝時(shí)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(duì)于氣囊框設(shè)計(jì)，則需要注意弱化線位置、弱化角設(shè)計(jì)、弱化線深度等弱化線設(shè)計(jì)問題，以及焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題、排氣孔問題等。在實(shí)際的位置上主要有激光和銑刀兩類，要結(jié)合著不同需求來分別設(shè)計(jì)。圓角則需要結(jié)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(shè)計(jì)上，要在18mm。深化線設(shè)計(jì)要按著氣囊展開原則來做，結(jié)合人和左右側(cè)、鉸鏈側(cè)來打開，保證數(shù)據(jù)滿足實(shí)際要求。在焊接上要考慮焊接筋設(shè)計(jì)、擋料筋設(shè)計(jì)等問題，而排氣孔則需要注意上下件之間的空隙。

新時(shí)期有很多新技術(shù)被廣泛的應(yīng)用到實(shí)際業(yè)務(wù)中，這對(duì)于整體上的設(shè)計(jì)工作也產(chǎn)生了影響。比如采用傳感器涉及，結(jié)合重量和紅外以及超聲波技術(shù)，來做出綜合設(shè)計(jì)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(bào)氣囊、采取何樣式點(diǎn)火方式以及點(diǎn)爆力，這些數(shù)據(jù)非常重要，可以有效構(gòu)建起新保護(hù)模式，也是接下來研究主要方向所在。

3.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)流程

在實(shí)際開發(fā)設(shè)計(jì)中，大體包括三個(gè)主要的過程期，即概念、驗(yàn)證、設(shè)計(jì)三個(gè)時(shí)期。其中概念期包括確認(rèn)整車安全法規(guī)，定義整車安全開發(fā)的目標(biāo)，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(yīng)商，確定技術(shù)開發(fā)方案等。在驗(yàn)證期則包括磨具開發(fā)制作，和各類樣品的制作業(yè)務(wù)，ECU、傳感器共振實(shí)驗(yàn)，尺寸匹配，基礎(chǔ)碰撞實(shí)驗(yàn)，零部件DV、和皮紋腐蝕、首件認(rèn)可、零部件實(shí)驗(yàn)等，還要完成OTS認(rèn)可、PPAP完成等。在設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及優(yōu)化和3D、2D凍結(jié)發(fā)動(dòng)等工作設(shè)計(jì)和落實(shí)。

在設(shè)計(jì)和開發(fā)完畢后，要充分大量的設(shè)計(jì)和開展實(shí)驗(yàn)，結(jié)合數(shù)據(jù)情況來觀察需求滿足度，進(jìn)而做出調(diào)整和修改，直到滿足客戶所需。要做好各方面實(shí)驗(yàn)對(duì)比工作，結(jié)合矩陣數(shù)據(jù)分解和研究，在專業(yè)人士輔助下來對(duì)各類零件調(diào)整細(xì)節(jié)。這是十分重要業(yè)務(wù)，需要引起技術(shù)人士引起足夠高度重視。結(jié)合安全氣囊的整車碰撞的CAE分析是不錯(cuò)的思路，要結(jié)合著新科學(xué)合理的原則，最初碰撞矩陣的優(yōu)化，在前期結(jié)合CAE實(shí)現(xiàn)虛擬開發(fā)。在過程中可以采取hyperworks做前后處理。以筆者所從事的P項(xiàng)目為例，綜模型有網(wǎng)格數(shù)量1203173個(gè)，有part721個(gè)，網(wǎng)格尺寸為10毫米，最網(wǎng)格尺寸為3毫米，鈑金之間的焊接結(jié)合了beam做模擬，solid單元模擬做膠貼。要求在碰撞中結(jié)合ls-dyna軟件，來提升質(zhì)量，小于1%代表時(shí)長設(shè)置合理，滿足CAE要求。在項(xiàng)目中設(shè)計(jì)了14、22、32km/h的速度，32km/h中設(shè)計(jì)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?；贑AE分析開發(fā)的虛擬開發(fā)可以提供大量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)成本最低;安全氣囊匹配的關(guān)鍵在于自身的結(jié)構(gòu)耐撞性，存在問題要做出改進(jìn);結(jié)合CAE分析可以全面提升開發(fā)能力，降低業(yè)務(wù)成本。

對(duì)CAE分析過程中，氣囊框可能存在的問題大體包括了產(chǎn)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(shí)際處理中，要在結(jié)構(gòu)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(shè)施，來替代那些相對(duì)老舊的設(shè)施，滿足新時(shí)期輕量和低成本要求。考慮到在實(shí)際業(yè)務(wù)場景中，撕裂都是從側(cè)面弱化槽出現(xiàn)的、所以需做受力測試，提升主要的旋轉(zhuǎn)區(qū)域強(qiáng)度，滿足各類受力需求。此外在節(jié)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(jié)合三角結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)簡單、效率高、成本低的需求。在掛鉤式的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，包括金屬支架的擺放、機(jī)械手抓取以及做定位、重量測試的業(yè)務(wù)保障整體質(zhì)量。

4 結(jié)語

新時(shí)期對(duì)汽車設(shè)計(jì)開發(fā)安全的要求越來越高，實(shí)際的從業(yè)人士要充分結(jié)合所在企業(yè)的要求，做好相關(guān)設(shè)計(jì)和研究，以安全氣囊及氣囊框的整體開發(fā)做入手點(diǎn)，來提升業(yè)務(wù)效率保證業(yè)務(wù)的質(zhì)量。

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