3Dmesh包覆儀表板副駕氣囊區域分步弱化方法研究

摘" 要：本文簡要敘述了3Dmesh包覆的儀表板副駕氣囊區域常見的弱化方法，重點分析了分步弱化方案中，表皮、3Dmesh及骨架的設計要點及關鍵工藝要求。并根據實際項目經驗，總結了常見弱化缺陷產生的原因及相應解決方案，為后續項目開發提供了參考。

關鍵詞：儀表板；3Dmesh；分步弱化法；弱化線；設計要點

中圖分類號：U463" " "文獻標識碼：A" " " "文章編號：1005-2550（2024）01-0038-05

Research on The Fractional Step Weaken Method of The 3Dmesh Wrapping Instrument Panel in Co-Driver Airbag Area

CHang Zhan-bo， LI Cheng， CHEN Jing， YU Lai-shui， WANG Hui-huan

（VOYAH Automobile Technology Co.， Ltd.， Wuhan 430056， China）

Abstract： This paper briefly describes the common weakening methods of the instrument panel wrapped by 3Dmesh in airbag area， and emphatically analyzes the design points and key process requirements of the skin， 3Dmesh and substrate in the fractional step weaken proposal. According to the project experiences， the causes of common weaken defects and corresponding solutions are summarized， which provides a reference for the subsequent project development.

Key Words： Instrument Panel; 3Dmesh; Fractional Step Weaken Proposal; Weaken Line; Key Points Of Design

前" " 言

隨著汽車設計及工藝水平的不斷提高，在滿足基本駕駛及安全性能的前提下[1]，外觀及內飾的感知質量成為消費車購車時考慮的重要維度，儀表板在內飾中擁有得天獨厚的位置優勢，是乘員直觀感知最明顯的區域。目前，豪華車型的儀表板上體區域較多采用表皮+3Dmesh包覆的工藝，以提升儀表板的視覺及觸覺感知。為保證副駕駛氣囊的點爆性能，需要對儀表板上體相應位置做弱化處理，氣囊點爆時才可以按設計要求沿弱化線展開。儀表板的弱化工藝在性能上會影響氣囊展開時氣囊蓋板區域的撕裂力大小，進而影響氣囊門撕裂時間和氣囊展開姿態。同時，弱化工藝在外觀上會影響儀表板上表面的感知質量，目前市面上部分車型就存在弱化線明顯的問題。

本文結合多個項目3Dmesh包覆儀表板的開發經驗，對影響副駕駛側氣囊區域弱化效果的因素進行了多維度的分析，為后續項目包覆儀表板弱化區域的結構設計及弱化工藝提供了參考，減少實物階段反復試錯整改，縮短項目的驗證周期及開發成本。

1" " 3Dmesh包覆儀表板副駕駛側氣囊區域弱化形式介紹

汽車副駕駛側氣囊按布置位置不同一般有兩種形式：1）氣囊布置在副駕駛上方區域，頂棚內部，車輛發生碰撞后，氣袋從頂棚弱化區域彈出來，充氣展開后保護乘客安全；2）氣囊布置在副駕駛前方區域，儀表板內部，車輛發生碰撞后，氣袋沖破儀表板的弱化區域，充氣展開后保護乘員安全。本文主要分析探討第二種形式，即氣囊布置在儀表板內部時，儀表板弱化區域的設計及工藝要點。

儀表板副駕駛側氣囊區域的弱化形式按弱化線的形狀差異通常分為以下兩種：U型和H型。如圖1所示，左側為U型，右側為H型。U型與H型的選擇主要考慮氣囊區域的布置情況，包括氣囊門打開時與前風擋玻璃的距離、氣囊門打開時與中控屏幕的距離等因素。本文主要以U型弱化為例進行探討，相關要求同樣適用于H型弱化方式。

3Dmesh包覆儀表板副駕駛側氣囊區域的弱化方式有一體式弱化和分步式弱化兩種。一體式弱化是指包覆骨架、3Dmesh層和表皮三者包覆完成后，以總成形式進行激光弱化，弱化過程將骨架、3Dmesh及表皮同步處理，如圖2所示。該方法加工效率高，但因為3Dmesh內部結構不均勻的特性，激光弱化后表皮的殘余厚度較難控制，產品的外觀質量穩定性較難控制。分步式弱化是指骨架、3Dmesh和表皮分別進行弱化后再進行包覆。該方法工藝較復雜，但分步弱化對各組成部分的弱化殘厚控制較為精確，產品的質量穩定性較高，本文主要對分步式弱化工藝進行探討。

2" "3Dmesh包覆儀表板副駕駛側氣囊區域的結構形式及工藝流程

3Dmesh包覆儀表板副駕駛側氣囊區域的結構形式一般如圖3所示：自上而下分別是表皮層、3Dmesh層、骨架層、氣囊框層。

表皮層一般采用PU/PVC/真皮等材料，厚度一般為0.9-1.2mm，除了需要保證優良的耐環境老化外觀品質還要滿足高溫/低溫/常溫環境下的沿弱化線正常撕裂性能。

3Dmesh又稱間隔織物，是由經編機織造的一種三維立體織物，應用于儀表板的3Dmesh厚度一般為2.5-5mm，面密度約為200-500g/m2，3Dmesh層除了能提供柔軟且有彈性的觸感，還要滿足在氣囊點爆時按弱化軌跡正常撕裂。

骨架層一般采用改性PP/玻纖增強的改性PP等材料，厚度一般為2.5-4mm，為包覆件的基材，除了滿足剛性及強度要求，也要滿足氣囊點爆時，弱化區域骨架受氣囊沖擊力后能按弱化線與基體分離[2]。

氣囊框一般采用TPO材料，厚度為3-4.5mm，鉸鏈及弱化槽通過注塑成型，焊接到包覆骨架上。

3Dmesh包覆儀表板制作主要工藝流程如圖4所示：

儀表板包覆骨架注塑完成后，氣囊區域進行弱化，氣囊框注塑完成后與弱化后的儀表板包覆骨架焊接成總成；3Dmesh由編織好的卷料裁切成所需形狀，氣囊區域進行弱化后運輸到儀表板總成組裝地；表皮由卷料裁切成所需形狀，氣囊區域進行弱化后運輸到儀表板總成組裝地；儀表板包覆骨架和3Dmesh噴膠后包覆；表皮噴膠后和儀表板包覆骨架及3Dmesh進行包覆；包覆完成后的總成進行熱壓壓著，最后進行反包和修邊等工序。

3" " 3Dmesh包覆儀表板弱化區域設計要點及關鍵工藝

3Dmesh包覆儀表板弱化區域既要滿足氣囊點爆的要求又要滿足外觀品質的要求，其組成結構及工藝流程也比較復雜，本文將從各組成部分的工藝設計、工藝特點以及總成的關鍵工藝步驟分別進行闡述。

3.1" "儀表板包覆骨架弱化設計及工藝要點

儀表板包覆骨架一般采用激光弱化，激光發生器將所產生的激光聚焦在約0.2mm的范圍內，形成具有高能量的激光束，激光束通過激光頭，以定頻脈沖的形式，照射在儀表板骨架上，其焦點處的材料在吸收激光的高能后迅速汽化，形成穿透或不穿透（根據需要）的小孔，這些小孔區域的材料厚度變薄，斷裂強度降低，從而能在受到氣袋沖擊時，優先斷裂。這些小孔按設計要求的U型或者H型軌跡排布，且不同位置的弱化深度及通盲孔比例等參數有所不同[3]。

如圖5以某項目儀表板包覆骨架的弱化線為例，說明如下：弱化線根據位置不同劃分為10段，設定了ID0-ID6七種弱化參數，靠近乘客側的ID4-ID6段弱化后強度最低，保證氣囊爆破時，氣囊蓋板最先從此位置打開，靠近兩側的ID2-ID3段弱化強度中等，靠近前風擋玻璃的ID0-ID1段弱化后強度最高。

儀表板骨架弱化強度不足時，基材殘余厚度過大，氣囊點爆過程打開力過大，導致氣袋不能順利展開；不同位置弱化強度不合理時，氣囊點爆時氣囊蓋最先打開的位置偏離設計要求，對氣袋的展開時間和姿態有影響；以上問題需要結合以往經驗和試驗結果進行優化。

儀表板骨架弱化區域經過高能量的激光束燒灼，局部材料受熱收縮，會在上表面形成一圈凹陷的弱化線，影響包覆后的零件外觀，一般通過調整弱化時的激光能量和在骨架上表面腐蝕紋理來減弱此弱化線對外觀的影響[4]。

3.2" "儀表板3Dmesh層設計及工藝要點

3Dmesh又稱間隔織物，是由經編機織造的一種三維立體織物，3Dmesh面料有上中下三面，上下兩面可根據需求設計為網孔或密織的平面，中心一層為銜接上下兩面的間隔絲，如圖6所示：

3Dmesh分為常規類型和免弱化類型，免弱化3Dmesh在某一方向上具有易撕裂的特性，通常用于儀表板有爆破要求的區域。3Dmesh一般采用激光弱化，主要弱化參數為通斷比，通斷比越大，撕裂力越小，但包覆過程通孔容易受拉力張開，影響包覆后的外觀狀態；通斷比越小，撕裂力越大，但包覆過程更容易維持原狀態，包覆后的外觀更好。在實際項目中需要通過調節通斷比如圖7所示，反復調試才能達到性能與外觀的平衡。

3.3" "表皮層設計及工藝要點

表皮層一般采用PU/PVC/真皮等材料，厚度一般為0.9-1.2mm，本文以PVC表皮為例進行說明。PVC表皮由基布層和PVC層組成，基布層的厚度一般為0.3-0.6mm，基布的克重及編織方式各有不同，應用于氣囊點爆區域的基布經弱化處理后不能產生毛糙的切割痕跡，否則包覆后會導致零件外觀不良。PVC層厚度一般為0.4-0.7mm，應用于氣囊點爆區域的PVC層斷裂強度盡可能低，與基布的剝離強度盡可能高，以保證點爆時按弱化線撕裂。

表皮的弱化一般采用激光弱化或滾刀弱化，激光弱化原理與前述骨架弱化近似，只是表皮弱化的激光束的能量功率等級比骨架弱化低很多，控制精度比骨架弱化時要求要高，弱化線的參數比如殘余厚度、孔間隔等也需要根據經驗及實際試驗情況進行調整[5]。滾刀弱化的設備如圖8所示，表皮反向定位吸附于胎膜之上，高速旋轉的刀具跟隨機械臂按程序設定軌跡對表皮的弱化線位置進行切割，表皮的殘余厚度通過控制刀頭與胎膜的間隙進行調整，同時需要考慮表皮的壓縮變形量及胎膜和機械臂的配合精度，可以通過對弱化完的表皮進行殘厚測量來反向計算出不同位置的弱化深度。

不同位置的殘厚要求與骨架弱化的殘厚要求原則類似，靠近乘客側的橫向中間段弱化后強度較低，保證氣囊爆破時，氣囊蓋板最先從此位置打開，兩側的豎向段弱化強度較高，如圖9所示：

3.4" "包覆工藝要點

包覆過程主要分以下幾個步驟：儀表板包覆骨架和3Dmesh噴膠后進行包覆，表皮噴膠后和以上半成品進行包覆，包覆完的總成進行熱壓，熱壓完成之后進行修邊、反包。其中，噴膠過程要保證氣囊弱化線區域噴膠量的均勻性，不能有膠堆積或者漏噴。包覆過程需要嚴格按照紅外線工裝進行弱化線對齊，防止對齊偏差導致的弱化痕跡疊加及氣囊展開阻力變大，一般各層弱化線位置要求如圖10所示。包覆過程要避免弱化線區域被拉扯導致切口變寬弱化痕跡明顯。

4" " 常見問題及解決方案

常見的弱化區域缺陷主要有以下幾種：骨架弱化線痕跡缺陷，3Dmesh弱化線痕跡缺陷，表皮弱化線痕跡缺陷以及以上幾種缺陷疊加導致的綜合缺陷，現針對每種缺陷的產生原因及解決方案進行分別闡述。

4.1" "骨架弱化線痕跡缺陷原因及解決方案

骨架弱化線痕跡產生的原因是激光弱化過程產生的高低溫轉換會導致骨架材料收縮，在骨架表面會產生一條凹陷的痕跡，3Dmesh和表皮無法掩蓋此痕跡時，就會導致總成表面缺陷。該缺陷的主要可以從以下兩個方向進行優化：

1）優化激光弱化參數，提高弱化殘余厚度，降低激光照射的能量密度，從而降低激光高溫能量帶來的表面質量影響，但此方案會使骨架氣囊蓋板的打開力變大，對氣囊的展開過程會有影響，需結合點爆試驗結果進行反復驗證。

2）骨架表面增加特殊類型的規則紋理，該紋理可以起到遮蓋弱化痕跡的作用，同時可以增大骨架和3Dmesh層的粘接力。

4.2" "3Dmesh弱化線痕跡缺陷原因及解決方案

3Dmesh弱化線痕跡產生的原因及解決方案主要有以下幾種：

1）弱化線的通斷比設計不合理，切口太長，連接區域過短導致局部材料支撐強剛度不足，后續熱壓和包覆過程切口區域會下塌，導致出現弱化痕跡。針對此情況，需要在滿足爆破試驗打開力要求的前提下盡量減少激光切口的長度，保證弱化區域材料的支撐剛度在后續工藝過程不會塌陷。

2）激光切口寬度太寬，激光灼燒區域的材料會被去除，如果激光加工之后的切口寬度太寬形成一道溝槽，就會反映到表皮表面形成缺陷。針對此情況，需要調整激光束能量和激光切口寬度，盡量減小加工后的切口寬度。

3）3Dmesh包覆過程中，弱化線區域被拉扯受力導致切口張開。針對此情況，需要管控包覆過程工人的操作規范，氣囊區域包覆過程避免拉扯受力。

4.3" "表皮弱化線痕跡缺陷原因及解決方案

表皮弱化線痕跡產生的原因及解決方案主要有以下幾種：

1）表皮PVC層物性不滿足要求。表皮PVC層硬度偏低時，弱化區域受力很容易產生折痕，在滿足爆破試驗打開力要求的前提下盡量提高表皮PVC層的硬度，可以規避此問題。

2）基布層物性不滿足要求。基布層織物狀態不同，滾刀切割之后的撕裂線平整程度不同，要綜合考慮基布厚度、密度、紋理樣式等因素，選擇滾刀弱化后能夠保持基布切口平整無毛糙的基布樣式。

3）弱化參數不合理導致的痕跡明顯。弱化參數的定義需要結合以往項目經驗及試驗結果綜合考慮，一般而言，要滿足點爆試驗要求，基布層需要完全切斷，同時為了滿足外觀，PVC層殘余厚度盡量大，一般保留0.35-0.5mm左右。氣囊最先沖出位置的殘余厚度最小，拐角等容易出現外觀缺陷的位置殘余厚度適當增加。

4）表皮包覆過程中，與上述3Dmesh包覆過程注意事項類似，弱化線區域被拉扯受力也容易產生外觀缺陷。同樣需要管控包覆過程工人的操作規范，氣囊區域包覆過程避免拉扯受力。

5" 總結

本文簡要介紹了3Dmesh包覆儀表板副駕駛側氣囊區域弱化形式及常見的結構形式、工藝流程。總結了包覆儀表板分步法弱化中，表皮、3Dmesh 及骨架的設計要點及關鍵工藝要求，以及常見的弱化線痕跡缺陷產生的原因及解決辦法，為后續項目開發提供參考。

參考文獻：

[1]劉凱勛.中國汽車安全技術現狀與展望[J]. 中國新技術新產品，2017（23）： 139-140.

[2]李光耀.汽車內飾件設計與制造工藝[M].北京：機械工業出版社，2009.

[3]李國城.隱藏式安全氣囊儀表板設計優化及試驗研究[D].重慶：重慶大學，2016.

[4] 殷瀟.儀表板隱式弱化線及激光弱化工藝研究[D]： [碩士學位論文]. 鎮江： 江蘇大學， 2019.

[5]袁智軍，王輝，劉華官，危學兵，華林，房飛.無縫安全氣囊儀表板撕裂線的結構分析與優化[J]. 汽車工程，2016，38（8）： 1025-1029.

專家推薦語

梁" "軍

東風汽車集團有限公司研發總院

車身內飾專業副總師" 研究員級高級工程師

副駕駛側的PAB爆破試驗達成一直是儀表板開發的重要一環，因此合理的工藝設計方法可以大量減少試驗時間和試驗樣件的投入。本文詳細的論述了采用3Dmesh包覆工藝的儀表氣囊門的弱化方法和常見外觀缺陷的解決方法，很好的體現了儀表板開發過程中的難點問題，設計方案合理，論證過程條理清晰，具有很高的推廣借鑒價值。

萇占波

畢業于大連理工大學，碩士學位，現就職于嵐圖汽車科技公司，主要從事汽車內飾儀表板的設計開發工作。