淺述副駕駛安全氣囊設(shè)計(jì)方法

陳 星

（江鈴汽車股份有限公司產(chǎn)品研發(fā)總院，江西 南昌 330001）

0 引言

汽車作為人們出行的常用交通工具，其安全性越來越受到重視。汽車的安全性可分為主動安全和被動安全兩種[1]。主動安全是指汽車防止發(fā)生事故的能力，被動安全是指在發(fā)生事故的情況下，約束系統(tǒng)保護(hù)乘員的能力。安全氣囊作為被動安全領(lǐng)域的核心產(chǎn)品之一，當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時(shí)，可有效地減少對乘員的傷害。

副駕駛安全氣囊（passenger air bag,PAB）是安全氣囊的一種，其安裝在駕駛艙儀表板總成上，在碰撞發(fā)生的瞬間可以有效地保護(hù)副駕駛乘員的頭部和胸部[2]。基于此，筆者針對副駕駛安全氣囊在開發(fā)設(shè)計(jì)過程中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)展開論述，以期為后續(xù)相關(guān)開發(fā)提供參考。

1 副駕駛安全氣囊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

副駕駛安全氣囊按是否有獨(dú)立蓋板，可分為有縫安全氣囊和無縫安全氣囊兩種，分別如圖1、圖2所示。有縫安全氣囊成本較低、工藝簡單、拆裝方便，但是氣囊蓋板與儀表板之間的配合較難控制，包括間隙、面差以及色差等。無縫安全氣囊在儀表板總成上無分縫，外觀較美觀，現(xiàn)在大多數(shù)車型采用此種類型設(shè)計(jì)。從副駕駛安全氣囊的撕裂線方式來分，有U 型蓋板和H 型蓋板。從副駕駛安全氣囊的布置方式來分，有前置安全氣囊和頂置安全氣囊，一般情況下，頂置安全氣囊采用U 型撕裂線，前置安全氣囊采用H型撕裂線。

圖1 有縫副駕駛安全氣囊

圖2 無縫副駕駛安全氣囊

1.1 副駕駛安全氣囊布置要求

為避免PAB 無法有效打開而失效[3]，副駕駛安全氣囊需滿足以下布置要求，如圖3 所示。氣囊展開方向與水平線的夾角A的大小決定了氣囊是前置式還是頂置式，當(dāng)A大于20°時(shí)，氣囊為前置式；當(dāng)A在55°～88°時(shí)，氣囊為頂置式。氣囊展開方向與前擋玻璃的夾角B需小于40°，氣囊展開方向與儀表板表面的交點(diǎn)到前擋玻璃的垂直距離C不小于180 mm，且氣囊框在彈出時(shí)運(yùn)動軌跡與前擋玻璃的距離最小不得小于15 mm，否則PAB 爆破時(shí)可能打碎前擋玻璃。為保證有足夠的操作空間，PAB 下端與管梁的間隙要大于35 mm，副駕駛安全氣囊與其他周邊件的距離不小于10 mm。為了保證儀表板上氣囊框門沿著撕裂線順利展開，氣袋上表面需要與儀表板內(nèi)表面有一定距離，一般定義Dmin為10 mm，且Dmax與Dmin之差不大于20 mm。氣袋與儀表板的距離要求如圖4所示。

圖3 PAB 布置要求

圖4 氣袋與儀表板的距離要求

1.2 安全氣囊框設(shè)計(jì)

安全氣囊框作為副駕駛安全氣囊系統(tǒng)的重要組成部分，其設(shè)計(jì)的好壞決定了PAB 能否順利展開。因此在開發(fā)設(shè)計(jì)氣囊框時(shí)應(yīng)遵循以下原則。

1）氣囊框的材料一般選擇TPO，且其上應(yīng)有防錯結(jié)構(gòu)，副駕駛安全氣囊框如圖5 所示，該氣囊框兩側(cè)的掛鉤孔數(shù)量及位置不同，可防止氣囊裝反。

圖5 副駕駛安全氣囊框

2）氣囊框與儀表板一般設(shè)計(jì)兩個定位點(diǎn)，主定位限制X向和Y向，單邊間隙為0.2 mm～0.5 mm。氣囊框與儀表板采用振動摩擦焊進(jìn)行焊接，焊接筋高度為2 mm，焊接深度為1 mm，焊接筋一般布置在氣囊框上，且Y 向布置，焊接筋間距為12 mm～15 mm，焊接筋寬度應(yīng)大于3.5 mm，保證焊接強(qiáng)度。氣囊框蓋板厚度應(yīng)大于3 mm，以保證氣囊爆破時(shí)不會因?yàn)閺?qiáng)度不足而發(fā)生撕裂；氣囊框側(cè)壁厚度應(yīng)大于4 mm，以保證爆破時(shí)，氣囊爆破反向回彈時(shí)具有足夠的強(qiáng)度。氣囊框蓋板與儀表板內(nèi)表面的距離一般為1 mm。擋料筋與焊接筋的距離一般為2 mm，以保證有空間遮擋振動摩擦焊接時(shí)產(chǎn)生的溢料。邊框有效焊接距離應(yīng)大于25 mm，以保證具有足夠的焊接強(qiáng)度，爆破時(shí)不會撕裂[4]。氣囊框斷面-U型，如圖6所示。

圖6 氣囊框斷面-U型

2 副駕駛安全氣囊爆破試驗(yàn)

副駕駛安全氣囊爆破試驗(yàn)一般由主機(jī)廠提供車身，由儀表板供應(yīng)商負(fù)責(zé)爆破試驗(yàn)。試驗(yàn)在三種不同的溫度下進(jìn)行，試驗(yàn)條件如表1 所示。隨機(jī)抽樣9 件，每個溫度連續(xù)爆破3 個樣件。車身需安裝好儀表板總成以及前擋玻璃，儀表板總成需進(jìn)行完整裝配，包括手套箱、空調(diào)出風(fēng)口、儀表板裝飾條等，然后將裝配好的零件在環(huán)境倉內(nèi)放置4 h 以上（溫度傳感器達(dá)到要求溫度即可）再進(jìn)行試驗(yàn)[5-10]。

表1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)應(yīng)至少設(shè)置2 臺以上高速攝像機(jī)（幀數(shù)至少2 000 幀/秒）進(jìn)行試驗(yàn)記錄，高速攝像機(jī)擺放位置能夠清晰記錄試驗(yàn)過程，包括正面、側(cè)面45°、后面三個角度。儀表板在氣囊位置處需要畫30 mm×30 mm 的方格，標(biāo)記試驗(yàn)編號、試驗(yàn)日期及溫度信息等。

爆破試驗(yàn)時(shí)氣袋應(yīng)在50 ms 內(nèi)完全展開并保持10 ms 以上，在展開過程中氣袋與正常坐姿乘員相接觸的表面部分不允許破裂和燃燒，其他部分允許有直徑小于4 mm 的破裂小洞，氣袋撕裂縫處應(yīng)該保持完好。展開過程中氣體發(fā)生器、固定板不允許有開裂和顯著變形等。爆破時(shí)氣囊蓋不能擊碎前擋玻璃，氣囊蓋板在爆破試驗(yàn)中破碎是允許的，但不能和儀表板本體脫離，打開區(qū)域無突起的斷裂棱角。

3 結(jié)語

筆者介紹了汽車副駕駛安全氣囊分類方式以及其布置要求，同時(shí)系統(tǒng)分析了氣囊框在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并介紹了副駕駛安全氣囊爆破試驗(yàn)的條件，包括溫度的要求、樣件數(shù)量、攝像機(jī)的要求以及試驗(yàn)合格的判斷依據(jù)，以期為后續(xù)汽車副駕駛安全氣囊的設(shè)計(jì)提供參考。