儀表板頭碰和氣囊點爆試驗部件分離問題研究

石洋洋，霍長宏，湯艷

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

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儀表板頭碰和氣囊點爆試驗部件分離問題研究

石洋洋，霍長宏，湯艷

（安徽江淮汽車股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

摘 要：汽車儀表板頭碰和氣囊點爆試驗在汽車安全性能驗證中起到及其重要的作用，他們的通過與否直接關系到整車的公告和上市，因此國內各個主機廠均將此類試驗問題列為重點攻克項。文章以試驗中裝飾條脫開問題為載體，依托CAE輔助分析，針對儀表板頭碰和氣囊點爆試驗部件分離問題展開了詳細的原因分析，并提出了優化方案，給儀表板及相關部件的結構方案設計起到了很好的借鑒作用。

關鍵詞：頭碰試驗；氣囊點爆試驗；優化方案；部件分離；CAE

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.038

CLC NO.: U467.2Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-112-06

引言

隨著國內汽車保有量的逐年增加，車輛的交通事故也在相應的增加，從而導致車內乘員受到二次碰撞傷害的人次增加。我國于2009年1月1日起強制實施了GB 11552—2009《汽車內部突出物》技術標準。此標準強制實施的目的就是要國內各個主機廠優化和改進內飾儀表板等相關部件的結構設計，以降低乘員受傷害程度。另，為了進一步提升安全性能，很多車輛在駕駛側和乘員側都配有安全氣囊。安全氣囊在車輛碰撞后彈出，同樣可以有效的保護乘員安全。

1、頭碰試驗和氣囊點爆試驗對儀表板相關部件的要求

1.1 頭碰試驗要求

1.1.1 碰撞前后儀表板及相關部件均無尖銳邊；

1.1.2 儀表板需滿足碰撞吸能要求（3ms加速度≤80G。

1.2 氣囊點爆試驗要求

1.2.1 不得存在危害乘員的飛濺物；

1.2.2 不得妨礙氣袋正常打開，削弱氣袋對乘員的保護作用。

1.3 部件分離問題說明

頭碰或氣囊點爆試驗過程中部件若分離，可能會有部件銳邊外露、部件飛濺及妨礙氣袋正常打開等問題產生，無法滿足國家強制性法規GB 11552—2009《汽車內部突出物》要求，進而導致車輛無法上市銷售。下面將以試驗過程裝飾條脫開為例，展開對部件分離問題的分析與討論，并提出了可行的優化方案。

2、裝飾條脫開問題描述

圖1　裝飾條脫開問題示意圖

2.1 頭碰試驗

儀表板在頭碰驗證中，發現頭碰撞擊右側出風口中間時，裝飾條右側尖角脫出，脫出長度在160mm左右。（如圖1所示）

2.2 氣囊點爆試驗

儀表板氣囊點爆時，裝飾條右尖角脫出，脫出長度100mm左右。（如圖1所示）

2.3 裝飾條右側尖角脫開后的影響說明

圖2　氣囊點爆裝飾條脫開示意圖

圖3　氣囊點爆示意圖

裝飾條脫開后，有尖角和銳邊外漏（如圖2所示），容易在碰撞時對乘員造成二次傷害；同時，尖角和銳邊處在氣囊點爆的展開方向位置，加大了劃傷氣袋的風險，從而削弱氣袋對乘員的保護作用。

3、裝飾條脫開原因說明及CAE分析

3.1 原因說明

儀表板本體骨架（裝飾條載體部件）在裝飾條脫開區域處過軟，頭碰和氣囊點爆時，零件變形過大，導致飾條彈出。

圖4　裝飾條脫開處載體結構示意圖

3.2 CAE輔助分析

由于裝飾條載體部件變形較大，導致飾條與載體連接的卡接結構所受軸向力超過了卡扣脫開極限力值，從而導致裝飾條脫開。所以，我們以脫開了的卡扣連接點的受力情況為分析對象，來尋找最佳優化方案。

3.2.1 卡扣脫開力標準規范說明

根據卡扣圖紙技術要求，插入力<50N，拔出力50-100N。由于插拔力根據對手件的開孔尺寸及模具加工精度會有較大偏差，我們實測常溫下插拔力68~72N，高溫85°下（氣囊點爆高溫狀態溫度），測得插拔力50~56N。

因此，我們設定卡扣脫開力標準為<50N。

3.2.2 頭碰試驗分析

根據頭碰試驗的實際情況，最先脫開的是尖角部位的卡扣連接點，因此我們重點選定此連接點（B75號點）進行分析，如下圖5所示：

圖5　頭碰試驗選定分析點示意圖

經CAE分析計算出此連接點卡扣所受軸向脫開力峰值為179.9N，遠大于卡扣脫開極限力值。（分析曲線圖見圖35）

3.2.3 氣囊點爆試驗分析

根據氣囊點爆試驗的實際情況，最先脫開的是B76號卡扣連接點，然后是B75號點，因此我們重點選定此兩個連接點進行分析，如下圖6所示：

圖6　氣囊點爆試驗選定分析點示意圖

經CAE分析計算出此B76號點卡扣所受軸向脫開力峰值為97.2N，B75號點峰值為61.8N，均大于卡扣脫開極限力值。（CAE分析曲線圖見下圖7）

圖7　氣囊點爆試驗卡扣連接點受力分析示意圖

4、裝飾條脫開問題優化方案

經過上述分析，我們確定了兩個優化方向：一是，加強裝飾條載體背部結構，以減小零部件的變形量，從而減弱卡扣脫開力。我們采取的具體措施為增加載體背部料厚和增加加強支架（如下圖8、圖9示意），共驗證了6個方案。

圖8　載體部件背部增加加強支架示意圖

圖9　載體部件背部增加料厚示意圖

二是，改變部件之間的連接方式，在裝飾條上新增一個螺釘安裝點進行驗證。（如下圖10所示）由于新增的連接點為螺釘安裝，會導致裝飾條部件的安裝難度加大，且螺釘外漏，需要增加堵蓋，影響內飾部件的美觀性。因此，我們優先考慮載體部件結構加強方向進行優化。

圖10　裝飾條新增螺釘安裝點示意圖

4.1 載體背部結構加強方案說明及氣囊點爆試驗CAE驗證

4.1.1 方案一

方案一的實施為增加金屬支架。（如下圖11所示）

圖11　方案一金屬支架方案示意圖

CAE針對卡接點B75，B76的模擬的氣囊點爆軸力曲線圖如下圖12、13所示：

圖12　方案一B76點爆軸力曲線圖

圖13　方案一B75點爆軸力曲線圖

方案一結果說明：B75、B76號點在試驗CAE模擬中對應的峰值軸力分別為41.7N，60.6N。其中B76號點的峰值軸力60.6N仍大于參考標準50N較多，無法滿足要求。

4.1.2 方案二

方案二的實施為在方案一的基礎上優化金屬支架。主要變化是將支架左端做成臺階式的結構，進而完成對支架的加強。（如下圖14所示）

圖14　方案二金屬支架方案示意圖

CAE針對卡接點B75，B76的模擬的氣囊點爆軸力曲線圖如下圖15、16所示：

方案二結果說明：B75、B76號點在試驗CAE模擬對應的峰值軸力分別為44.7N，71.8N。其中B76號點的峰值軸力71.8N仍大于參考標準50N較多，無法滿足要求。

圖15　方案二B76點爆軸力曲線圖

圖16　方案二B75點爆軸力曲線圖

4.1.3 方案三

方案三的實施為在方案二的基礎上同時再優化裝飾條載體結構。將載體部件的料厚由3mm增加至4mm。（如下圖17所示）

圖17　方案三示意圖

CAE針對卡接點B75，B76的模擬的氣囊點爆軸力曲線圖如下圖18、19所示：

圖18　方案三B76點爆軸力曲線圖

圖19　方案三B75點爆軸力曲線圖

方案三結果說明：B75、B76號點在試驗CAE模擬對應的峰值軸力分別為39.6N，62.9N。其中B76號點的峰值軸力62.9N仍大于參考標準50N較多，無法滿足要求。

4.1.4 方案四

方案四的實施為在方案二的基礎上繼續優化金屬支架。將支架的中間區域增加翻邊結構，加強。（如下圖20所示）

圖20　方案四金屬支架方案示意圖

CAE針對卡接點B75，B76的模擬的氣囊點爆軸力曲線圖如下圖21、22所示：

圖21　方案四B76點爆軸力曲線圖

圖22　方案四B75點爆軸力曲線圖

方案四結果說明：B75、B76號點在試驗CAE模擬對應的峰值軸力分別為43.0N，63.8N。其中B76號點的峰值軸力63.8N仍大于參考標準50N較多，無法滿足要求。

4.1.5 方案五

方案五的實施為在方案二的基礎上繼續優化金屬支架。在支架翻邊與本體折彎連接處繼續增加加強結構。（如下圖23所示）

圖23　方案五金屬支架方案示意圖

CAE針對卡接點B75，B76的模擬的氣囊點爆軸力曲線圖如下圖24、25所示：

圖25 方案五B75點爆軸力曲線圖

方案五結果說明：B75、B76號點在試驗CAE模擬對應的峰值軸力分別為42.8N，57.3N。其中B76號點的峰值軸力57.3N，仍大于參考標準50N仍多，無法滿足要求。

4.1.6 方案六

方案六的實施為在方案五的基礎上增加一個金屬支架的螺釘安裝點，其他方面不變。（如下圖26所示）

圖26　方案六金屬支架方案示意圖

CAE針對卡接點B75，B76的模擬的氣囊點爆軸力曲線圖如下圖27、28所示：

圖27　方案六B76點爆軸力曲線圖

圖28　方案六B75點爆軸力曲線圖

方案六結果說明：B75、B76號點在試驗CAE模擬對應的峰值軸力分別為34.9N，52.7N。其中B76號點的峰值軸力52.7N，與參考標準50N相當，無法滿足要求。

4.1.7 總結

綜上所述，方案六最優，可在氣囊點爆試驗過程中有效降低B75號和B76號卡扣軸力峰值。因此我們在做頭碰試驗時優先考慮方案六進行驗證。

4.2 載體背部結構加強方案頭碰試驗CAE驗證

參考氣囊點爆試驗優化方案的CAE分析結果，我們直接使用方案六作為頭碰試驗的的驗證方案。頭碰CAE分析結果如下圖29所示：

圖29　方案六B75頭碰軸力曲線圖

上圖中ORI表示優化前，OPT表示優化后，我們可以看出，優化后的B75號點卡扣軸力峰值仍可以達到122.8N，遠大于卡扣脫出力。因此頭碰仍然無法合格，飾條仍會脫出。

總結：通過加強載體背部結構的優化方案可以解決氣囊點爆試驗中裝飾條脫開的問題，但無法消除頭碰試驗過程中飾條尖角彈出的問題。因此，我們將嘗試通過改變裝飾條與載體部件之間的連接方式的方向來解決裝飾條脫開的問題。

4.3 裝飾條增加螺釘固定方案說明及CAE驗證

我們選取裝飾條右側靠近尖角的位置增加一個螺釘固定點，如上圖10及下圖36所示，以確保裝飾條在試驗過程中不與載體部件脫離。

4.3.1 氣囊點爆試驗CAE分析驗證

螺釘固定點增加前后CAE分析結果對比如下圖37所示：

結果說明：新增螺釘安裝點后，飾條彈出風險明顯減小很多，B75、B76的卡扣受力全部小于50N,滿足試驗要求。

4.3.2 頭碰試驗CAE分析驗證

螺釘固定點增加前后CAE分析結果對比如下圖38所示：

圖32　新增螺釘點卡扣軸力對比分析圖

結果說明：新增螺釘安裝點后，飾條彈出風險明顯減小很多，B75的卡扣受力全部小于50N，滿足試驗要求。

4.3.3 總結

綜上所述，通過改變裝飾條與載體部件之間的連接方式的方案可以有效的解決氣囊點爆和頭碰試驗過程中裝飾條脫開的問題。

5、結論

本文以儀表板試驗中裝飾條脫開問題為載體，依托CAE輔助分析，針對儀表板頭碰和氣囊點爆試驗部件分離問題展開了詳細的原因分析，并提出了優化方案，給儀表板及相關部件的結構方案設計起到了很好的借鑒作用。

參考文獻

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[2] GB 11552—2009汽車內部突出物.[M].

[3] 汽車內外飾設計與實戰[M],曹渡主編.

[4] 汽車內飾設計概論[M]，張志軍主編.

中圖分類號：U467.2

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)04-112-06

作者簡介：石洋洋，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術中心。現從事汽車內飾儀表板設計工作。

Study On The Separation Of The Instrument Panel Parts For Head-Impact And Air Bag Burst Test

Shi Yangyang, Huo Changhong, Tang Yan ( Anhui Jianghuai Automobilelimited company, Technology centre, Anhui Hefei 230601 )

Abstract:Car instrument panel head-impact and air bag burst test in safety performance verification plays an important role, their through or not is directly related to the vehicle's announcement and listed, therefore the domestic various makers will be listed as key to overcome such test problem. Now, we take the garnish separation during the test for example, based on CAE analysis, in view of the head-impact and air bag burst test component separation problems began a detailed analysis of the causes, and put forward the optimization plan, for the structure design of the dashboard and related components has played a very good reference.

Keywords:head-impact test; air bag burst test; optimization plan; parts separation; CAE