裝配有側(cè)氣簾汽車的立柱飾板設(shè)計(jì)探究

姜彬彬、包厚顯、蒙鈞、余維剛、李蘭

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007；長(zhǎng)沙翊豐汽車科技有限公司，長(zhǎng)沙 410035）

0 引言

隨著汽車被動(dòng)安全要求越來越高，側(cè)氣簾作為側(cè)面碰撞中有效保護(hù)乘客頭部和胸部的被動(dòng)安全裝置，在國(guó)內(nèi)外車型中使用頻率越來越高。側(cè)氣簾在爆破過程中與內(nèi)飾件存在著復(fù)雜的子系統(tǒng)配合環(huán)境，特別是立柱飾板在氣簾點(diǎn)爆試驗(yàn)中受到直接沖擊，作為硬塑料件很容易碎裂，對(duì)乘客造成二次傷害。

C-NCAP管理規(guī)則（2018版）的實(shí)施，對(duì)側(cè)氣簾爆破內(nèi)飾件碎裂問題有了更嚴(yán)格的技術(shù)要求，側(cè)氣簾與立柱飾板的匹配面臨更大的挑戰(zhàn)。本文根據(jù)C-NCAP 管理規(guī)則（2018版）對(duì)側(cè)氣簾爆破的相關(guān)要求，對(duì)匹配側(cè)氣簾車型的立柱飾板設(shè)計(jì)加以分析，探討側(cè)氣簾與立柱飾板之間的匹配關(guān)系。

1 側(cè)氣簾爆破對(duì)立柱飾板影響概述

當(dāng)側(cè)氣簾點(diǎn)爆啟動(dòng)時(shí)，原本折疊的氣袋迅速膨脹，巨大的沖擊力將頂棚掀起，側(cè)氣簾從頂棚與立柱的分縫中穿出（圖1）。氣簾爆破時(shí)對(duì)影響其展開的周邊件沖擊力極大，對(duì)點(diǎn)爆子系統(tǒng)零件的結(jié)構(gòu)及材料要求極高。

圖1 側(cè)氣簾爆破過程示意圖

根據(jù)C-NCAP管理規(guī)則（2018版）要求，對(duì)側(cè)氣簾的展開形態(tài)具體要求如下。

（1）不應(yīng)出現(xiàn)鉤掛、破裂及卡位等現(xiàn)象。

（2）內(nèi)飾件發(fā)生脫落和斷裂后，不應(yīng)產(chǎn)生銳邊、尖角及毛刺等會(huì)傷及成員的特征。

（3）不應(yīng)出現(xiàn)硬質(zhì)飛濺物（如硬塑料碎片、金屬碎片等）；軟質(zhì)飛濺物（如頂棚墊塊）單片最大允許質(zhì)量為3 g，最大允許總質(zhì)量為5 g。

除此之外，試驗(yàn)測(cè)試條件也極為苛刻。一般要求分別在常溫（23℃）、高溫（85℃）、低溫（-35℃）且保溫4 h后做3輪試驗(yàn)，3輪試驗(yàn)同時(shí)全部合格。

側(cè)氣簾點(diǎn)爆試驗(yàn)中立柱飾板常見的失效形式有2種。一種是氣簾直接沖擊立柱飾板邊緣，導(dǎo)致立柱飾板脫落、斷裂或有硬質(zhì)飛濺物飛出。由于氣簾爆破力度、方向以及范圍很難控制且瞬間爆破力極大，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免立柱飾板受到氣簾的直接沖擊。

另一種是頂棚等軟內(nèi)飾零件傳遞的氣簾爆破傳導(dǎo)力。軟內(nèi)飾零件為柔性零件，且可以通過匹配結(jié)構(gòu)控制其傳力方向和大小，因此對(duì)立柱飾板的沖擊相對(duì)容易控制。如何把側(cè)氣簾對(duì)立柱飾板的沖擊力轉(zhuǎn)化為軟內(nèi)飾零件對(duì)立柱飾板的傳導(dǎo)力，這是我們?yōu)楹罄m(xù)設(shè)計(jì)探究的理論基礎(chǔ)。

2 側(cè)氣簾爆破對(duì)立柱飾板材料選用的要求

氣簾爆破過程中，立柱飾板可能受到頂棚、側(cè)氣簾等周邊件直接或間接沖擊，對(duì)材料要求很高，因此需要采用專用材料。材料選用需要重點(diǎn)關(guān)注2個(gè)指標(biāo)：一是簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度，二是多軸沖擊試驗(yàn)。

足夠的簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度能夠滿氣簾爆破過程中，立柱飾板受到一定強(qiáng)度沖擊力時(shí)材料不容易斷裂；而多軸沖擊試驗(yàn)合格的材料滿足零件在受到一定強(qiáng)度沖擊力時(shí)，材料即使斷裂也不會(huì)脫離本體。

圖2中所示1號(hào)和4號(hào)樣件為氣簾點(diǎn)爆專用材料的韌性斷裂效果；而2號(hào)和3號(hào)樣件為普通內(nèi)飾材料的脆性斷裂效果。5號(hào)樣件則為脆性斷裂與韌性斷裂的臨界狀態(tài)，一般不推薦使用。

圖2 多軸沖擊試驗(yàn)后樣件斷口比較

3 側(cè)氣簾爆破對(duì)A柱飾板造型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求

3.1 A柱腔體的布置要求

根據(jù)側(cè)氣簾的安裝及展開要求，側(cè)氣簾必須布置在A柱靠近膠條側(cè)，并與其他布置隔離開來，以方便側(cè)氣簾從A柱與膠條的縫隙處彈出，且不會(huì)受到其他零件的阻礙。根據(jù)側(cè)氣簾的要求，推薦布置形式主要有2種。

一種是側(cè)氣簾織帶與水管、線束等其他布置分別位于A柱安裝點(diǎn)的兩側(cè)，保證側(cè)氣簾織帶不被其他零件干擾。

另一種側(cè)氣簾安裝于A柱弱化線以下，與線束等結(jié)構(gòu)分別位于A柱緊固螺釘兩側(cè)而互不干擾（圖3）。

圖3 側(cè)氣簾推薦布置形式

3.2 氣簾爆破對(duì)A柱設(shè)計(jì)的影響

氣簾爆破時(shí)，會(huì)從A柱與鈑金的縫隙中脫出，起到保護(hù)乘員的作用。因此A柱的設(shè)計(jì)既要滿足氣簾能夠順利從A柱中脫出，又要保證A柱在受到?jīng)_擊時(shí)，不至于斷裂甚至脫落傷害到乘客。A柱的設(shè)計(jì)需要滿足以下2點(diǎn)（圖4）。

圖4 B、C、D柱與頂棚分縫推薦設(shè)計(jì)

（1）氣簾爆破時(shí)A柱需打開一個(gè)縫隙，方便氣簾（氣簾織帶）從A柱中脫出。

（2）氣簾從A柱脫出過程中，不會(huì)被A柱掛到。

3.2.1 A柱打開縫隙的設(shè)計(jì)狀態(tài)及要求

A柱要在氣簾爆破時(shí)打開一個(gè)縫隙，方便氣簾織帶從A柱上順利脫出，這就要求以下3點(diǎn)。

（1）A柱受到足夠大的柔性力。

（2）A柱的受力方向合適。

（3）A柱打開合適的縫隙又不脫離鈑金。

注意，柔性力并非氣簾的剛性力，不允許氣簾或織帶直接將A柱打開，而是要通過頂棚傳導(dǎo)力將A柱打開。頂棚對(duì)A柱的傳導(dǎo)力必須足夠大，這就要求搭接量足夠。

經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，搭接量以≥25.0 mm為宜。A柱的受力方向要求與二級(jí)卡扣展開方向推薦夾角≤60°，極限夾角≤90°，否則頂棚對(duì)A柱的傳導(dǎo)力對(duì)A柱打開是無效的。

最后，要使A柱打開合適的縫隙又不脫離鈑金，這就需要一種二級(jí)卡扣（100 N≤一級(jí)拔出力≤150 N，以保證A柱能夠打開；二級(jí)拔出力≥500 N，以保證A柱不會(huì)脫落）。二級(jí)卡扣的安裝位置也有要求，一般推薦二級(jí)卡扣距離頂棚邊緣60.0 mm左右，以便二級(jí)卡扣彈出時(shí)A柱能夠張開足夠大的角度。

3.2.2 氣簾脫出不會(huì)被A柱掛到設(shè)計(jì)要求

要滿足氣簾從A柱脫出過程中不會(huì)被A柱掛到，需要從多個(gè)方面加以控制，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。

（1）A柱斷面不應(yīng)有倒鉤結(jié)構(gòu)。

（2）A柱與頂棚的分縫推薦不高于門洞線且兩側(cè)不存在尖角。

（3）氣簾從A柱的脫出路徑不應(yīng)受到A柱結(jié)構(gòu)的阻礙。

（4）建議在A柱側(cè)氣簾脫出的位置設(shè)置弱化線。

（5）推薦A柱采用軟包工藝或B面粘貼無紡布。

（6）A柱應(yīng)避免應(yīng)力集中。

（7）防止A柱側(cè)氣簾點(diǎn)爆路徑有易碎的結(jié)構(gòu)。

4 側(cè)氣簾對(duì)B、C、D柱上飾板造型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求

側(cè)氣簾布置在B、C、D柱飾板上方，爆破時(shí)氣簾從汽車頂棚中沖出，立柱飾板只需在爆破過程中牢牢地固定在鈑金上且不會(huì)碎裂。經(jīng)過多方試驗(yàn)認(rèn)證，氣簾的爆破力巨大且爆破方向無法預(yù)估，而頂棚從立柱飾板的沖出力卻相對(duì)容易控制。因此對(duì)B、C、D柱的設(shè)計(jì)有2個(gè)要求。

（1）氣簾爆破時(shí)不允許直接沖擊B、C、D柱飾板。

（2）頂棚方便從B、C、D柱飾板中脫出而不會(huì)破壞到飾板。

4.1 氣簾爆破時(shí)不允許沖擊B、C、D柱飾板

4.1.1 側(cè)氣簾對(duì)B、C、D柱的造型要求

B、C、D柱與頂棚的分縫不要太高，兩側(cè)應(yīng)為圓角，避免過長(zhǎng)過尖的側(cè)翼掛到側(cè)氣簾，影響爆破。推薦設(shè)計(jì)形式如圖4所示。

4.1.2 防止側(cè)氣簾鉆入立柱

側(cè)氣簾爆破時(shí)鉆入立柱，是常見側(cè)氣簾點(diǎn)爆失敗現(xiàn)象。要防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，立柱布置要求增加側(cè)氣簾導(dǎo)向件或?qū)虿紮C(jī)構(gòu)。導(dǎo)向件及導(dǎo)向布的安裝要求如下（圖5）。

圖5 導(dǎo)向件及導(dǎo)向布的安裝要求

（1）導(dǎo)向件或者導(dǎo)向布展開后F/A向邊界單側(cè)超出飾板邊界10.0 mm以上。

（2）導(dǎo)向件或者導(dǎo)向布展開后C/C向邊界單側(cè)超出飾板邊界5.0 mm以上。

4.1.3 飾板必須牢牢固定在鈑金上

為了防止B、C、D柱飾板從車身脫落或與車身產(chǎn)生較大的縫隙，從而導(dǎo)致氣簾鉆入，飾板上部推薦采用鏍釘連接的方式（避免氣簾展開時(shí)立柱飾板的初始移動(dòng)）。鏍釘安裝點(diǎn)與B柱最頂端的距離要求＜40.0 mm，螺釘扭矩2～3 N，螺釘座厚度要在3.5 mm以上，并增加螺釘座加強(qiáng)筋（圖6）。

圖6 螺釘?shù)陌惭b要求

4.2 頂棚方便從B、C、D柱飾板中脫出而不會(huì)破壞到飾板

頂棚的設(shè)計(jì)方法如下。

（1）控制頂棚與B、C、D柱飾板的搭接量：頂棚與B、C、D柱搭接量為8.0 mm，極限不超過10.0 mm。

（2）控制頂棚的硬度，特別是與B、C、D柱飾板搭接區(qū)域的硬度，不允許存在硬質(zhì)物體如膠水等，流到與飾板匹配的邊界。

（3）頂棚增加弱化線，便于從立柱中脫出。弱化線的深度為頂棚厚度的1/3～1/2。

（4）B、C、D柱飾板自身的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，如B柱、C柱氣簾導(dǎo)向加強(qiáng)結(jié)構(gòu)等。

（5）避免立柱飾板的應(yīng)力集中，如立柱拐角處R角≥2mm等。

4.3 側(cè)氣簾爆破對(duì)B柱高調(diào)滑板及按鈕的影響

B柱上突出的安全帶導(dǎo)向環(huán)或者高度調(diào)節(jié)器會(huì)影響到氣簾展開，如果氣簾的安裝方式為向外展開，那么高度調(diào)節(jié)器位置的設(shè)計(jì)必須避開側(cè)氣簾的展開路徑。除此之外，B柱上突出的安全帶導(dǎo)向環(huán)或者高度調(diào)節(jié)器需要避免應(yīng)力集中。

5 結(jié)束語

文中所給出的方案和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)均來源于設(shè)計(jì)實(shí)踐，是多款車型側(cè)氣簾點(diǎn)爆試驗(yàn)失敗后進(jìn)行的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。實(shí)踐證明，通過合理地進(jìn)行內(nèi)飾件的空間布置，結(jié)合強(qiáng)化內(nèi)飾件的結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品材質(zhì)的嚴(yán)格管控，能夠在不影響車輛內(nèi)飾美觀的前提下，使車輛順利通過側(cè)氣簾低溫爆破試驗(yàn)。