副駕氣囊爆破中儀表板常見失效模式及解決方法

摘" 要：整車安全已成為汽車行業的重要指標，特別是隨著安全法規、C-NCAP、C-IASI等相關標準要求的不斷加嚴，對副駕駛側乘員保護要求也越來越高。為了能滿足加嚴的法規要求，達到更高星級的安全等級，副駕駛側氣囊的氣袋體積及氣體發生器能量都相應的有所提高，這對和氣囊爆破相關的內飾零件結構提出了更高要求。為此本文根據多個項目副駕駛側氣囊開發經驗，介紹了副駕駛側氣囊的常見方案形式，并以其中最為常見的U型氣囊門為例，闡述了氣囊爆破過程中常見失效模式及相應解決方案。為后續項目數據開發設計階段提供相應的參考，有效的減少實物階段反復試錯整改，縮短了項目的驗證周期及開發成本。

關鍵詞：儀表板；副駕氣囊；失效模式；解決方案

中圖分類號：U463.7" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：1005-2550（2024）01-0056-05

The Failure Modes and Solutions of the Instrument Panel in Co-Driver Airbag Explosion Test

LI Cheng， CHEN Jing， CHANG Zhan-bo， YU Lai-shui， LI Hao

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

Abstract：" Vehicle safety has become an important indicator in the automotive industry， especially with the increasingly stringent requirements of safety regulations， C-NCAP， C-IASI and other related standards， the protection requirements for the right side passengers are also becoming higher and higher. In order to meet stricter regulatory requirements and achieve higher star of safety levels， the volume of airbag and the energy of gas generator have been correspondingly increased， which puts higher requirements on the structure of interior components that related to airbag explosion. Based on the situation of the co-driver airbag explosion test in previous development projects， this article introduces the common concept of passenger side airbag， and takes the U-shaped airbag door as an example to discuss the common failure modes and related solutions of the instrument panel in the airbag test. so as to provide relevant reference information for subsequent project development. The following technical suggestions can be reserved in advance at the design stage to avoid repeated test and mold modification in the physical stage， which will affect the project schedule and cost.

Key Words： Instrument Panel; Co-Driver Airbag Explosion Test; Failure Modes; Solutions

前" " 言

整車安全已經成為大家購車考慮的一個重要因素，也是各主機廠車型設計時重點關注的性能指標。隨著安全法規、C-NCAP、C-IASI等相關標準要求的不斷加嚴，乘員保護對副駕側的氣囊要求也越來越高。為了能滿足加嚴的法規要求，達到更高星級的安全等級，副駕側氣囊的氣袋體積及氣體發生器能量都相應的有所提高。

本文根據多個項目儀表板副駕駛側的氣囊開發經驗，對副駕駛側的氣囊點爆中常見失效模式及解決方案進行探討，為后續項目數據開發設計階段提供相應的參考，有效的減少實物階段反復試錯整改，縮短了項目的驗證周期及開發成本。

1" " 副駕駛側氣囊常見的方案形式

副駕駛側氣囊一般有兩種布置形式：1）布置在頂棚，車輛發生碰撞后，氣袋從頂棚弱化區域彈出來，保護乘客安全；2）布置在儀表板右側區域，車輛發生碰撞后，安全氣囊沖破儀表板上本體氣囊門，充氣展開后保護乘員安全。目前大部分汽車的副駕駛氣囊都布置在儀表板上，儀表板副駕側氣囊點爆的過程大致如下：當車輛發生碰撞時，觸發副駕側氣囊點爆，氣袋迅速膨脹，巨大的沖擊力將氣囊門撕裂掀開，氣袋從里面穿出并快速充氣展開，將人體與儀表板隔離，從而保護乘客安全。由于氣囊體積的增加、沖擊力在不斷提高，對與副駕駛氣囊有直接關系的儀表板氣囊區域的結構提出了更高的要求。本文主要針對布置在儀表板副駕駛側的氣囊爆破試驗中的常見問題及解決方案進行探討和解析。

儀表板上副駕駛側氣囊的氣囊門有兩種常規的形式，U型和H型。如下圖1所示。這兩類設計形式的選擇主要是基于氣囊區域整體總布置空間，考慮的是氣囊門打開過程中和前風擋玻璃的距離是否足夠，氣囊門打開時是否會打到前風擋玻璃。一般優選U型氣囊門結構，U型氣囊門的形式在氣囊低溫爆破過程中打開更穩定，不易產生碎屑等飛濺物。本文主要以U型氣囊門為例進行闡述，相關問題及解決方案也適用于H型氣囊門。

圖2是U型氣囊門常見的一種布置方案截面。氣囊爆破過程中，氣袋迅速充氣，沿著U形弱化線沖開氣囊門，氣囊門沿著鉸鏈側旋轉打開，氣袋則沖出氣囊門并展開，保護副駕側的乘員安全。

2" " "副駕駛側氣囊爆破過程中常見的失效模式

U型氣囊框一般有兩種結構形式，集成式和獨立式。這兩種結構形式的選擇主要取決于氣囊的固定形式及儀表板本體此處的模具工藝可行性。

圖3是集成式氣囊框方案，這種結構形式是氣囊框集成在儀表板上蓋板骨架中，氣囊固定在集成氣囊框上，氣囊門上嵌件注塑了一種帶功能區的網布，承擔起集成氣囊門打開后的鉸鏈功能。

圖4是獨立式TPO氣囊框方案，這種結構形式是采用TPO材料注塑成型的單獨氣囊框，通過振動摩擦焊接，固定到儀表板上體區域，TPO氣囊框自帶注塑鉸鏈。

這兩種形式的氣囊框結構方案，在爆破過程中都有如下共性的失效形式。

2.1" "氣囊門因鉸鏈斷裂飛出或者打開翻轉過程中刮擦前風擋玻璃

對于圖3集成式U型氣囊框，功能網布集成到氣囊框中，氣囊門打開過程中，因網布功能區斷裂或者網布從氣囊蓋板中脫開，導致了氣囊門飛出或者和前風擋刮擦。

對于圖4獨立式TPO氣囊框，TPO氣囊框的鉸鏈區域在高溫爆破工況下，鉸鏈拉升過長或者斷裂，導致了氣囊門飛出或者和前風擋刮擦。

2.2" "儀表板骨架與CCB連接點處斷裂

氣囊爆破過程中，氣袋沿著圖2中所示的路徑展開充滿，展開的這個過程中，容易造成儀表板靠人側的承壓比靠車頭側大，從而形成“點頭效應”，尤其是大容積氣袋，高能量發生器的氣囊方案，如圖5所示。這個現象很容易造成氣囊附近的儀表板骨架和橫梁連接點斷裂破壞，影響氣囊氣袋的打開姿態，進一步影響乘客安全。

2.3" "氣囊框和儀表板上本體區域脫開或者破裂

在氣囊爆破過程中，氣袋在沖開氣囊門之前，在氣囊框內快速填充，對氣囊框及周邊結構有很大的沖擊力，這個過程可能會造成氣囊框脫落或者破裂。

2.4" "爆破過程中表皮發泡等碎屑飛濺

氣囊爆破過程中，尤其是高溫爆破工況下，很容易有小的碎屑物飛濺，影響乘員安全。

2.5" "氣囊門弱化線可見

為保證在車輛發生碰撞時，氣囊能夠及時快速展開，副駕駛氣囊區域會進行相應的弱化。如果弱化方式或者參數不合理，高溫或光照老化后，氣囊弱化印會非常明顯，容易造成客戶抱怨。

3" " 常見的解決方案

針對以上幾個常見失效問題點，2.3、2.4、2.5描述的問題相對比較簡單，解決方案也相對單一，主要基于后續實際爆破試驗情況不斷優化工藝來解決，不會涉及大的結構方案調整。

通常情況下2.3的問題可以通過前期CAE模擬，保證足夠的氣囊框強度（材料，合理厚度，常規結構）和焊接強度情況下都能解決；2.4的問題，可以通過在儀表板上骨架與發泡接觸的面增加皮紋來增大粘連力，防止碎屑飛濺。2.5的問題，需要基于實際爆破情況，不斷的優化氣囊弱化線參數，找到一個平衡點，來保證副駕駛氣囊點爆合格的同時弱化線印跡不明顯。因此本文重點針對2.1/2.2兩種失效模式進行展開，筆者基于以往車型的實際應用和經驗反饋，總結出以下的常見的解決問題方法。

3.1" "針對2.1失效模式

對于圖3集成式U型氣囊框方案，在設計階段可以從以下三個方面進行優化：

1）設計階段基于氣囊門區域靠近鉸鏈側的儀表板上體總成厚度選擇合理功能區長度的網布，避免展開后因網布過長刮擦前風擋，一般網布的功能區長度能做到5～25mm范圍；針對項目所選氣囊的參數，模擬氣囊展開過程中的鉸鏈的拉力，基于模擬拉力選擇合適拉斷力的網布，網布的編織方式和紗線的線徑對拉斷力有很大影響，網布供應商可以根據要求調試。下圖6為帶功能區的網布示意圖。

2）網布功能區要避開儀表板上本體弱化槽，布置在弱化槽前端，防止其影響本體上表面的料流速度和側壁骨架的網布注塑后的位置狀態，如下圖7網布注塑工藝示意圖。合理的網布功能區位置設計和模具注塑工藝調試優化，最終需保證實際產品中網布緊貼氣囊框內測，避免氣囊爆破過程中，網布受力不均斷裂，造成功能失效。

3）在氣囊門背部區域增加壓筋或蜂窩筋，增大網布和氣囊框的結合力，避免網布在氣囊門翻轉過程中被拉脫，如下圖8所示結構，供參考。

對于圖4獨立式TPO氣囊框方案，在設計階段可以從以下兩個方面進行優化：

1）設計階段基于氣囊門區域鉸鏈側的整體結構厚度計算TPO氣囊框鉸鏈預留長度，防止因鉸鏈長度設計過長，在打開過程中刮擦前風擋；TPO氣囊框和鉸鏈區域的強度盡量做強，圓滑過渡，避免應力集中，前期可通過CAE模擬。

2）模具設計階段，提前預留能在TPO框內側嵌件注塑不帶功能區的網布，防止因氣囊力過大或者結構無法進一步加強的情況下鉸鏈斷裂，氣囊門飛出等失效模式，如下圖9所示。

3.2" "針對2.2失效模式

氣囊爆破中出現點頭效應一般有如下兩個原因：1）因x向布置空間緊張，避免氣囊門翻轉過程中打到前風擋玻璃，氣囊布置的位置比較靠近儀表板乘員側邊緣 2）為了滿足日益加嚴的安全法規等評價指標，氣囊的容積和氣體發生器的容量都相應的提高，在爆破過程中氣囊對儀表板的反作用力增加。以上兩者同時存在的情況下，如果儀表板骨架和橫梁的固定方案不合理很容易出現“點頭效應”，從而導致骨架和橫梁連接點等區域的斷裂，氣囊展開后的姿態也會受到影響，影響乘員安全。

基于前期某項目的實際問題解決，建議后續項目儀表板骨架、氣囊以及橫梁的固定點參考圖10布置方案進行設計，氣囊周邊的儀表板骨架前后區域一定要有與橫梁的強固定點。如圖10所示，固定點1的位置，在滿足膝碰保護的前提下，盡可能的靠近儀表板X向最大位置，3號固定點處于1號和2號之間，整個布局呈一個三角形，避免因氣囊爆破過程中的強反作用力形成點頭效應，導致儀表板骨架和橫梁連接斷裂，影響乘客安全，同時需加強各固定點之間的骨架強度，基于CAE計算不斷優化，保證整個固定系統的可靠性。

4" " 總結

本文通過探討副駕側氣囊爆破的潛在失效模式，基于實際項目的經驗，提出了相應的解決問題方向，能夠給行業相關人員提供參考。

1）對于兩種不同形式的U形氣囊框方案，設計階段要合理選擇合適長度的功能區網布和合理長度的TPO氣囊框鉸鏈，避免爆破過程中，氣囊門刮擦前風擋。

2）對于集成式氣囊框形式，要注意功能網布的位置設計和模具設計，避免因注塑工藝導致的網布受力不均，導致爆破過程中氣囊門因網布斷裂而飛出。另外設計階段要在氣囊門背部增加壓筋，防止氣囊爆破瞬間，網布從注塑件中脫出，造成功能失效。

3）對于TPO單獨氣囊框形式，設計階段要提前預留嵌件無功能網布的方案，避免高溫爆破情況下出現無法解決的鉸鏈斷裂問題，導致模具重開，影響開發進度。

4）合理設計儀表板和橫梁之間的強固定點，避免氣囊爆破過程中的“點頭效應”導致的骨架斷裂。

參考文獻：

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[5]耿輝斌. 儀表板氣囊點爆失敗原因分析及優化. 汽車零部件，2020年第11期.

專家推薦語

楊" "斌

國家汽車質量監督檢驗中心（襄陽）

被動安全專業" 研究員級高級工程師

論文基于實際項目經驗，對副駕駛側氣囊爆破過程中常見的失效模式進行了綜述，并重點對副駕駛側U型氣囊的氣囊門鉸鏈斷裂、儀表板骨架和橫梁連接點斷裂這兩種失效模式進行了失效原因分析，并提出解決方案。

全文結構完整，條理清晰，可讀性較強。解決方案合理有效，對碰撞標準加嚴倒逼副駕側氣囊體積增加、反作用力加大后的氣囊與車輛匹配問題具有較好的實際應用價值和參考意義。

李" "成

畢業于同濟大學，碩士學歷，現就職于嵐圖汽車科技公司，任內飾工程師，主要從事于研究汽車內飾件的設計開發工作。