側氣簾子系統試驗的匹配設計研究

劉蘭，張宜，馬燕

(上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心,廣西柳州 545007)

0 引言

本文作者根據C-NCAP管理規(guī)則(2018版)對側氣簾性能指標相關要求，對某車型的側氣簾子系統匹配試驗案例加以分析，探討側氣簾與內飾件之間的匹配關系。

1 側氣簾技術要求

側氣簾作為一種安裝在汽車側面頂部的安全氣囊模塊，在汽車發(fā)生碰撞或者翻滾時用來在側面保護乘員的被動安全裝置。C-NCAP(2018版)增加了關于側氣簾加分的技術要求：要求側氣簾在展開過程中，不應出現鉤掛、破裂及卡位等現象；內飾件發(fā)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；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，最大允許總質量為5 g。以避免側氣簾展開過程中，由于側氣簾與內飾件配合不當對乘員造成二次傷害。增加側氣簾展開形態(tài)要求之后，對內飾件與側氣簾匹配的要求更加嚴苛，尤其在低溫試驗中，內飾塑料件脆性增加，更容易碎裂飛濺，使得側氣簾子系統匹配試驗難度大大增加。

2 側氣簾與內飾匹配要求

某車型側氣簾根據C-NCAP管理規(guī)則(2018版)開發(fā)，匹配過程中對頂襯、立柱飾板、尺寸配合等因素進行了優(yōu)化改進，對帶側氣簾的新車型的設計開發(fā)具有一定的參考作用。

2.1 A柱飾板

A柱飾板常見的失效模式有：A柱飾板破碎、脫落，A柱或其他周邊零件掛住氣袋影響氣簾展開形態(tài)[6]。針對有側氣簾配置的A柱飾板設計，采用以下三點，可以有效避免A柱飾板失效問題：

(1)采用二級卡扣，并控制二級卡扣拔出力的大小。采用二級卡扣目的是為了使A柱飾板在側氣簾充氣膨脹、頂襯翻折時第一級連接脫開但第二級連接有效，A柱飾板脫開但是不掉落，以避免A柱飾板與車身脫開過大傷害乘員問題，同時拉帶順利脫出，氣袋展開形態(tài)正常。某車型在設計中采用二級卡扣，匹配試驗中發(fā)現，由于側氣簾氣袋只有拉帶伸進A柱飾板，氣袋未伸進A柱，這樣可以減少由于氣袋膨脹造成A柱碎裂，但A柱受到氣袋膨脹引起的二級卡扣拔出方向力較小造成第一級連接未脫開，A柱被側氣簾拉帶鉤住碎裂，二級卡扣未起到效果，如圖1所示。通過將第一級連接的拔出力由不小于200 N降低到120 N左右，有效解決了此問題，在設計中應注意控制二級卡扣的拔出力大小。

圖1 二級卡扣未脫出和拉帶無法脫出

(2)A柱飾板內側應增加加強筋，并盡量加高加強筋，同時使加強筋延伸至頂襯。A柱飾板加強筋對側氣簾的拉帶能起到良好的導向作用，限制拉帶位置，使得拉帶位于 A 柱和密封條的結合處。當加強筋高度較低時，側氣簾拉帶在加強筋與車身鈑金之間有較大的活動空間，側氣簾展開時向下垂落時會被A柱飾板的勾角鉤住，而不是從A柱飾板與鈑金之間間隙脫出，造成A柱飾板勾角碎裂。某車型在試驗中就出現了此問題，后加高了加強筋得以順利解決，如圖2所示。

圖2 A柱飾板加強筋高度影響

(3)A柱飾板采用織物包覆。對于有25%偏置碰撞要求的側氣簾，通常采用氣袋伸進A柱飾板的設計，以氣袋增大保護區(qū)域，減小小偏置碰撞中乘員頭部撞擊A柱受到的傷害。對于這種側氣簾，A柱飾板通常采用弱化槽與織物包覆相結合，使得氣袋展開過程中，A柱飾板沿弱化槽打開不阻擋氣袋展開，同時飾板碎片粘連在針織布上而不脫落[7]。對于只有拉帶伸進A柱飾板的側氣簾，A柱織物包住內側上端，也能有效避免碎片掉落。

2.2 B/C/D柱飾板

C-NCAP管理規(guī)程(2018版)中增加了保護區(qū)域的要求，相對于A柱飾板，B、C、D柱飾板受到的沖擊更大。對于三排座的車型，由于第三排也有保護區(qū)域要求，因此側氣簾會覆蓋三排區(qū)域，采用的發(fā)生器輸出壓力更大，發(fā)生器所在的B柱飾板受到的沖擊更大。B/C/D柱內飾板的設計需要考慮更多因素：

“’互動性’存在于口語交際的各個環(huán)節(jié)和話語理解的各個層面”，是指參與語言交流的雙方在口語交際中形成聽和說的交互作用。

(1)B/C/D柱飾板的材料選擇。不同材料在常溫環(huán)境中差異不大，但在高溫(85 ℃)及低溫(-35 ℃)試驗的極限溫度中變形量及脆性差異表現明顯。在低溫試驗中飾板脆性較為明顯，韌性不足，易碎裂。某車型在匹配試驗中采用了3種成分比例的材料，如表1所示，對比了不同成分比例材料樣件在低溫試驗中的差異，通過試驗最終鎖定材料配比。

表1 3種材料的特性

(2)對于B/C/D柱內飾板與密封條搭接處有特征線的設計，在A面設計中應減少立柱分縫處的負角(如圖3所示)。負角的存在，增大了飾板與密封膠條、飾板與頂襯的接觸面積，使得氣簾點爆時頂襯與飾板分離較難，氣簾難以從頂襯中鉆出，使氣簾鉆入飾板、飾板受到氣囊膨脹作用碎裂的可能性大大增加。同時負角也容易被氣袋擊碎或掛住氣袋。

圖3 立柱飾板分縫線處負角

(3)加強B/C/D柱飾板結構。B/C/D柱飾板在氣簾鉆出頂襯的過程中會受到較大沖擊，尤其是發(fā)生器所在的B柱飾板。設計中應增大飾板厚度，同時增加加強筋結構，特別是對于采用搭接方式與頂襯連接的飾板。在飾板結構設計中應盡可能考慮受沖擊較大的部位加強，如飾板的尖角、與頂襯搭接處等。對這些于厚度、結構較薄弱的飾板末端，所受沖擊大，應盡量增加加強筋，增加連接與強度，避免碎裂掉落。某車型的B柱飾板采用導向結構，這有利于氣簾的展開，但在試驗中出現了與頂襯搭接處碎裂問題，如圖4所示。后經過增加飾板末端搭接處的加強筋數量、高度，順利通過了子系統試驗，B柱飾板結構加強前后對比如圖5所示。

圖4 B柱飾板末端碎裂

圖5 飾板結構加強

(4)采用防爆螺栓，同時飾板氣囊標識蓋采用防脫結構。采用防爆螺栓能有效避免飾板受沖擊過大脫出，但經常出現飾板氣囊標識蓋脫出的問題，是不滿足C-NCAP(2018版)要求的，建議采用圖6所示的倒刺結構，可以有效避免脫出。

圖6 有倒刺結構的飾板氣囊標識蓋

2.3 頂襯

對于有側氣簾配置的車型，頂襯設計的合理至關重要，頂襯翻折困難氣袋難以從頂襯中鉆出造成飾板碎裂、變形是造成側氣簾子系統試驗失效的主要原因之一。通過對某車型側氣簾子系統試驗匹配實例的研究，總結出以下幾個關鍵因素：

(1)頂襯弱化線的設計應注意弱化線的位置、長度、深度。頂襯為了保持形狀與運輸，會有一定的硬度，弱化線的存在能使側氣簾點爆時，頂襯沿弱化線翻轉。弱化線的位置不宜過高，過高使得氣袋膨脹的力無法有效作用在弱化線上，如同沒有弱化線。某車型在弱化線位置的選擇上設計過高，使得氣袋需要膨脹較大時，頂襯才沿弱化線翻折，氣袋鉆入立柱飾板，飾板變形碎裂嚴重。根據試驗中的情況重新設計了弱化線才通過了試驗。同時頂襯需要翻折的長度較長，弱化線應盡量長，且應盡量是一條沒有尖銳的過渡的連續(xù)線[8]，遇到輔助拉手坑應從下端圓滑過渡，避免造成輔助拉手脫落。

(2)頂襯與立柱飾板的配合方式以及搭接量。對于沒有側氣簾的車型，通常采用完全貼合的0°搭接,如圖7(a)所示，搭接量也在10 mm以上，這種搭接方式，使得頂襯與立柱飾板分開較難，可有效避免外觀缺陷。但是對于有側氣簾的車型，這種搭接方式會造成側氣簾鉆入立柱飾板，立柱飾板受側氣簾膨脹沖擊大容易碎裂。帶側氣簾車型推薦采用頂襯與立柱飾板對接的形式,如圖7(c)所示，這種方式頂襯與飾板能很容易脫開，有利于側氣簾展開。如不采用對接方式，也應盡量增大搭接角度,如圖7(b)所示，同時控制頂襯與B/C/D柱飾板的搭接量不大于8 mm。特別的，頂襯與A柱飾板的搭接量延伸至A柱飾板加強筋，與A柱搭接量應控制在不小于15 mm，以增大A柱Y向受力，隔開拉帶，避免直接作用在A柱飾板上應力集中，減少A柱飾板碎角。

圖7 3種頂襯與立柱配合方式

2.4 遮陽板

對于有側氣簾的車型，氣簾展開時會對遮陽板造成較大的沖擊，需要考慮遮陽板與側氣簾的間距以及遮陽板基座的強度。在滿足遮陽板使用功能的情況下，將遮陽板的安裝點布置盡量遠離側氣簾。除了遮陽板基座斷裂、遮陽板掉落問題，遮陽板螺釘蓋掉落也是常見的問題。某車型采用圖8(a)所示結構遮陽板螺釘蓋在試驗中脫落率達到70%，搭接量和卡緊力已增大到安裝較難的狀態(tài)，驗證螺釘蓋仍然掉落，后采用圖8(b)將螺釘蓋與支座改為一體式后，螺釘蓋無掉落。建議在設計中將遮陽板螺釘蓋與支座作為一體式，并注意連接處料厚，可有效避免遮陽板螺釘蓋掉落問題。

圖8 遮陽板螺釘蓋與支座的配合形式

2.5 側氣簾

除了內飾件間的配合，側氣簾本身設計的合理性以及與內飾件的配合關系，對減少對內飾件的沖擊也至關重要，在側氣簾的設計中，應注意以下兩點。

2.5.1 側氣簾導向件的設計

側氣簾自帶的金屬導向件，能有效隔開氣袋與B/C/D柱飾板，減小立柱飾板受到的沖擊，同時對氣袋的展開方向起到導向作用，防止氣袋鉆入立柱飾板。為了達到以上效果，導向件的設計應注意滿足以下要求：導向件末端與頂襯間隙大于3 mm，同時導向件末端在Y方向超出立柱分縫線5 mm，如圖9所示。

圖9 側氣簾導向件設計斷面要求

某車型在設計上滿足，但在試驗中發(fā)現側氣簾裝到車身上之后，B柱導向件與車身鈑金存在明顯間隙，如圖10(a)所示，用手搖晃可以發(fā)現Y向晃動，側氣簾點爆瞬間導向件受到的沖擊力遠遠大于手搖晃的力，導向件向車身方向變形，造成導向件末端在Y方向超出立柱分縫線不足5 mm，甚至較分縫更靠車外，導向件沒有起到設計時要求的狀態(tài)與作用。后在B柱導向件增加凸包頂住車身鈑金，如圖10(b)所示達到裝車后B柱導向件與車身鈑金無間隙的狀態(tài)，解決了B柱飾板碎裂的問題。因此，導向件設計還應注意，在不影響裝配的前提下，應盡量避免與車間鈑金有間隙。

圖10 B柱導向件增加凸包前后對比

2.5.2 側氣簾氣袋縫線的設計

縫線的設計關系到氣簾的保護區(qū)域、應力分布和氣體的走向，還對側氣簾的展開特性有重要影響[9]。氣袋在設計縫線和分型孔對氣流走向、氣袋展開形態(tài)進行控制時，應當同時考慮乘員保護區(qū)域和減少對立柱飾板的沖擊。

某車型在氣袋縫線設計時，氣袋后端的縫線存在，如圖11(a)所示，使得氣流速度較高，且先向下沖擊C柱飾板區(qū)域，造成C柱飾板低溫碎裂、高溫變形。后考慮了以下3種方案，來減弱對C柱飾板的沖擊：(1)去掉縫線，如圖11(b)所示;(2)增加一個分型孔改變氣流方向，如圖11(c)所示；(3)調整了分型孔和縫線位置，如圖11(d)所示。以CAE分析結果顯示，方案一不滿足乘員保護區(qū)域的要求，方案二的腔體厚度過薄，不能滿足側碰吸能要求，而方案三即滿足了乘員保護區(qū)域要求，腔體厚度與原狀態(tài)接近，如圖12所示，對側碰吸能實驗無影響，又起到了對氣流進行分流、減少了氣流對C柱飾板的沖擊的作用，C柱飾板碎裂情況大大改善。

圖11 某車型氣袋縫線方案與氣流方向示意

圖12 某車型氣袋縫線更改保護區(qū)域仿真圖

3 結束語

文中通過對根據C-NCAP管理規(guī)則(2018版)開發(fā)的某車型側氣簾子系統試驗匹配實例的分析研究，對立柱飾板、頂襯、遮陽板、側氣簾的空間布置、材料選擇、結構強化以及尺寸配合等因素進行了探討，文中所給出的方案和設計數據均來源于反復的試驗驗證，介紹的設計方法及經驗可用于新車型側氣簾的設計和開發(fā)。帶側氣簾車型需要側氣簾與內飾件合理的空間布置，提升零部件材質，優(yōu)化內飾件的結構及尺寸設計，才能通過嚴苛的側氣簾子系統匹配試驗驗證，為日后在復雜的工況環(huán)境中保護乘員安全提供可靠保障。