一種取消金屬隔熱夾板的氣袋結構研究

王輝 劉磊

摘 要：汽車作為陸路上比較便捷的交通工具，在行駛過程中會遇到很多突發情況，嚴重的會發生車輛碰撞或撞擊硬物等交通事故，為了更好的保護乘員安全，越多越多的車型選擇配置安全氣囊。但由于氣囊屬于燃爆產品，通過瞬間點爆，在整車內飾件與乘員間形成一個緩沖氣墊，點爆時產生的高溫使得一般需要金屬件進行隔熱，以避免氣袋布料被燒穿，有效的形成設計定義的氣袋包型。本文介紹一種氣袋設計方案，取消了金屬隔熱夾板，在滿足性能的前提下，產品單件重量和成本均實現降低。

關鍵詞：安全氣囊;氣袋;金屬隔熱夾板;涂層;煙火式

0 引言

汽車安全氣囊是被動約束系統里為乘員提供緩沖氣墊，避免造成二次傷害的關鍵部件之一，由于其要求在瞬間點爆，并形成一個有足夠承托乘員面積的氣墊，通常需要在約30毫秒左右的時間內產生大量的氣體，要實現此性能，目前主流的氣體發生器為煙火式，在點爆瞬間與出氣口接觸的區域需要承受高達幾百攝氏度的高溫氣體沖刷，容易將氣袋布料燒穿，進而產生非設計狀態的泄氣。為了耐高溫，通常在發生器出氣口周圍設計金屬隔熱夾板，然而金屬隔熱夾板，重量偏大，材料、工藝等特性造成成本也偏高。隨著汽車輕量化等要求，零部件也在尋求降重、降本方案。

1 氣囊隔熱夾板原理簡介

當車輛傳感器檢測到碰撞信號，控制器決定需要點爆氣囊時，控制器會發出點火指令，引爆氣體發生器，氣體發生器的點火藥、產氣藥即在幾毫秒時間內產生大量的氣體，氣體以非常高的速度沖出氣孔排出，此時的氣體溫度高，且伴有一定的藥物殘渣，直接噴射在氣袋材料上將容易燒穿氣袋，從而造成氣袋還未充滿或未完全展開時，提前泄氣，起不到有效保護乘員的作用。

隔熱夾板的主要作用，即在氣體發生器出氣孔與氣袋之間形成一道擋墻，在氣體沖出時先噴射到夾板側壁上，由金屬加熱起到直接降溫的效果，加長了高溫氣體接觸氣袋的時間，同時在高溫氣體沖擊夾板時，一部分殘渣直接黏附在夾板上，不會對氣袋造成灼傷。

2 氣囊點爆的性能要求

安全氣囊通過瞬間點爆在乘員與整車內飾件之間形成一個緩沖氣墊，以避免乘員頭部、胸部在發生碰撞時直接撞擊內飾件，造成二次傷害。氣囊需要在汽車發生碰撞后迅速作出反應，并在乘員受慣性運動到接觸內飾件之前形成一個面積大小、壓力合適的氣墊，并在乘員接觸后開始按照設計要求開始泄氣，避免壓力太大將乘員撞傷，或者壓力太小，起不到有效支撐作用，乘員撞擊時發生氣袋擊穿。

GB/T19949.2及ISO12097.2，以及一些主機廠對試驗后模塊的性能大體要求需滿足如下條件：

（1）囊袋展開方向須穩定且滿足設計要求，即能滿足設計所要求的保護區域;

（2）模塊在展開過程中，不允許出現影響保護性能的偏移、旋轉等設計要求以外的不穩定現象（偏移角度≤15°）;

（3）不允許出現破壞囊袋的現象，囊袋的縫線須保持完整;

（4）相關組件在展開過程中，除了設計要求的零部件外，不允許出現脫落、松脫、碎裂等現象，但允許有輕微的變形。

2.1 氣囊結構改進的需求

傳統汽車面料節能減排的壓力，需要對整車進行減重，新能源汽車對整車裝備重量亦非常敏感，由于整車輕量化要求，零部件需要在材料、結構上實施減重，同時降低單件成本，提升產品競爭力。

2.2 優化模型的建立

基于常規隔熱夾板是金屬件，需要沖壓，倒鈍、鉚接等多道工序，產品質量重，且鈑金件容易產生毛刺。在裝配環節也需要將夾板塞入氣袋開口中，裝配難度大。

結合氣袋布料增加涂層應用成熟化，設計結構考慮采用硅膠涂層的氣袋布取代金屬夾板，由于氣袋面料只需裁剪、縫紉即可，從工藝方面可以減少工序，從材料使用方面可以減重。

取消隔熱夾板后，原通過夾板緊固的螺柱鉚接在發生器的法蘭上，氣囊總成件減少一個部件的使用，工序上減少裝配一個件，在性能方面，氣體發生器噴出的其他直接作用在帶涂層布料上。空間結構上，由于氣袋的柔韌性，折疊后的氣袋空間占用比金屬夾板小很多，螺栓集成在氣體發生器法蘭上，氣體發生器直接裝入氣袋內，也減小了對氣囊底部空間的占用，面對氣囊造型的小型化趨勢需求，也給造型工程師提供了發揮空間。

帶夾板的結構安裝過程：

（1）將夾板按照防錯結構裝入PAB氣袋中;

（2）對氣袋進行設定方式（有序或者無序）折疊;

（3）折疊好氣袋后按照防錯結構規定方向裝入集氣盒中;

（4）將已經裝好LOGO的飾蓋裝配到集氣盒上;

（5）發生器從外側裝配到集氣盒上;

（6）用四個自鎖螺母緊固氣體發生器;

（7）裝配其他如彈簧等附件;

（8）點爆時，高溫氣體從發生器出氣口噴出，首先經過夾板阻擋，然后與氣袋相遇。

不帶夾板的結構安裝過程：

（1）將發生器按照防錯結構裝入PAB氣袋中;

（2）對氣袋進行設定方式（有序或者無序）折疊;

（3）折疊好氣袋后按照防錯結構規定方向裝入集氣盒中;

（4）將已經裝好LOGO的飾蓋裝配到集氣盒上;

（5）用四個自鎖螺母裝配氣體發生器;

（6）裝配其他如彈簧等附件;

（7）點爆時，高溫氣體從發生器出氣口噴出，直接與氣袋布料相遇。

2.3 優化模型的驗證

氣囊是安全件，對安全性能有著特殊的要求，在結構設計發生變化后，針對國標、ISO及客戶企標要求的性能進行試驗驗證。

按照試驗標準，氣囊需要滿足極限發生器的點爆時間，模擬環境溫度分別在85℃、23℃、-35℃環境下的點爆試驗，另由于汽車需要長周期使用后，氣囊點爆性能不能衰退，影響乘員安全，還需要進行環境模擬試驗，確保氣囊產品在十年的時間內性能符合設計目標。

通過高溫點爆試驗、常溫點爆試驗、低溫點爆試驗，以及極限發生器的點爆試驗和環境處理后的樣件點爆試驗，試驗結果表明，優化的結構設計可以滿足氣囊點爆性能要求，過程中沒有出現氣袋燒蝕/表面灼燒的問題。

3 結束語

汽車零部件產品開發，基于DFMEA設計理念，零部件的性能要求按照檢測方法和驗收標準體現在各項標準（如國家標準、行業標準、企業標準、國際標準等）及產品設計驗證計劃（DVP）中，結合經濟適用性，零部件也需要適用市場需求不斷的減重、降本，以提升產品競爭力。

針對本文介紹的不帶金屬隔熱夾板的氣袋結構，可以有效的減少產品材料&品種使用，減少制造&裝配工序，降低產品重量，減小零部件的空間占用，為整車檢車提供貢獻，為設計造型提供更多發揮空間。產品性能經過高溫、常溫、低溫及環境試驗等試驗驗證后，符合設計目標要求。為零部件減重、降本，提升競爭力提供了行之有效的解決方案。

參考文獻：

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