一種取消金屬隔熱夾板的氣袋結(jié)構(gòu)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(guò)程中會(huì)遇到很多突發(fā)情況，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生車輛碰撞或撞擊硬物等交通事故，為了更好的保護(hù)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(chǎn)品，通過(guò)瞬間點(diǎn)爆，在整車內(nèi)飾件與乘員間形成一個(gè)緩沖氣墊，點(diǎn)爆時(shí)產(chǎn)生的高溫使得一般需要金屬件進(jìn)行隔熱，以避免氣袋布料被燒穿，有效的形成設(shè)計(jì)定義的氣袋包型。本文介紹一種氣袋設(shè)計(jì)方案，取消了金屬隔熱夾板，在滿足性能的前提下，產(chǎn)品單件重量和成本均實(shí)現(xiàn)降低。

關(guān)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(dòng)約束系統(tǒng)里為乘員提供緩沖氣墊，避免造成二次傷害的關(guān)鍵部件之一，由于其要求在瞬間點(diǎn)爆，并形成一個(gè)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(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的氣體，要實(shí)現(xiàn)此性能，目前主流的氣體發(fā)生器為煙火式，在點(diǎn)爆瞬間與出氣口接觸的區(qū)域需要承受高達(dá)幾百攝氏度的高溫氣體沖刷，容易將氣袋布料燒穿，進(jìn)而產(chǎn)生非設(shè)計(jì)狀態(tài)的泄氣。為了耐高溫，通常在發(fā)生器出氣口周圍設(shè)計(jì)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(jiǎn)介

當(dāng)車輛傳感器檢測(cè)到碰撞信號(hào)，控制器決定需要點(diǎn)爆氣囊時(shí)，控制器會(huì)發(fā)出點(diǎn)火指令，引爆氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器的點(diǎn)火藥、產(chǎn)氣藥即在幾毫秒時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的氣體，氣體以非常高的速度沖出氣孔排出，此時(shí)的氣體溫度高，且伴有一定的藥物殘?jiān)?，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(kāi)時(shí)，提前泄氣，起不到有效保護(hù)乘員的作用。

隔熱夾板的主要作用，即在氣體發(fā)生器出氣孔與氣袋之間形成一道擋墻，在氣體沖出時(shí)先噴射到夾板側(cè)壁上，由金屬加熱起到直接降溫的效果，加長(zhǎng)了高溫氣體接觸氣袋的時(shí)間，同時(shí)在高溫氣體沖擊夾板時(shí)，一部分殘?jiān)苯羽じ皆趭A板上，不會(huì)對(duì)氣袋造成灼傷。

2 氣囊點(diǎn)爆的性能要求

安全氣囊通過(guò)瞬間點(diǎn)爆在乘員與整車內(nèi)飾件之間形成一個(gè)緩沖氣墊，以避免乘員頭部、胸部在發(fā)生碰撞時(shí)直接撞擊內(nèi)飾件，造成二次傷害。氣囊需要在汽車發(fā)生碰撞后迅速作出反應(yīng)，并在乘員受慣性運(yùn)動(dòng)到接觸內(nèi)飾件之前形成一個(gè)面積大小、壓力合適的氣墊，并在乘員接觸后開(kāi)始按照設(shè)計(jì)要求開(kāi)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(shí)發(fā)生氣袋擊穿。

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

（1）囊袋展開(kāi)方向須穩(wěn)定且滿足設(shè)計(jì)要求，即能滿足設(shè)計(jì)所要求的保護(hù)區(qū)域;

（2）模塊在展開(kāi)過(guò)程中，不允許出現(xiàn)影響保護(hù)性能的偏移、旋轉(zhuǎn)等設(shè)計(jì)要求以外的不穩(wěn)定現(xiàn)象（偏移角度≤15°）;

（3）不允許出現(xiàn)破壞囊袋的現(xiàn)象，囊袋的縫線須保持完整;

（4）相關(guān)組件在展開(kāi)過(guò)程中，除了設(shè)計(jì)要求的零部件外，不允許出現(xiàn)脫落、松脫、碎裂等現(xiàn)象，但允許有輕微的變形。

2.1 氣囊結(jié)構(gòu)改進(jìn)的需求

傳統(tǒng)汽車面料節(jié)能減排的壓力，需要對(duì)整車進(jìn)行減重，新能源汽車對(duì)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(jié)構(gòu)上實(shí)施減重，同時(shí)降低單件成本，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

2.2 優(yōu)化模型的建立

基于常規(guī)隔熱夾板是金屬件，需要沖壓，倒鈍、鉚接等多道工序，產(chǎn)品質(zhì)量重，且鈑金件容易產(chǎn)生毛刺。在裝配環(huán)節(jié)也需要將夾板塞入氣袋開(kāi)口中，裝配難度大。

結(jié)合氣袋布料增加涂層應(yīng)用成熟化，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)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(guò)夾板緊固的螺柱鉚接在發(fā)生器的法蘭上，氣囊總成件減少一個(gè)部件的使用，工序上減少裝配一個(gè)件，在性能方面，氣體發(fā)生器噴出的其他直接作用在帶涂層布料上?？臻g結(jié)構(gòu)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(fā)生器法蘭上，氣體發(fā)生器直接裝入氣袋內(nèi)，也減小了對(duì)氣囊底部空間的占用，面對(duì)氣囊造型的小型化趨勢(shì)需求，也給造型工程師提供了發(fā)揮空間。

帶夾板的結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程：

（1）將夾板按照防錯(cuò)結(jié)構(gòu)裝入PAB氣袋中;

（2）對(duì)氣袋進(jìn)行設(shè)定方式（有序或者無(wú)序）折疊;

（3）折疊好氣袋后按照防錯(cuò)結(jié)構(gòu)規(guī)定方向裝入集氣盒中;

（4）將已經(jīng)裝好LOGO的飾蓋裝配到集氣盒上;

（5）發(fā)生器從外側(cè)裝配到集氣盒上;

（6）用四個(gè)自鎖螺母緊固氣體發(fā)生器;

（7）裝配其他如彈簧等附件;

（8）點(diǎn)爆時(shí)，高溫氣體從發(fā)生器出氣口噴出，首先經(jīng)過(guò)夾板阻擋，然后與氣袋相遇。

不帶夾板的結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程：

（1）將發(fā)生器按照防錯(cuò)結(jié)構(gòu)裝入PAB氣袋中;

（2）對(duì)氣袋進(jìn)行設(shè)定方式（有序或者無(wú)序）折疊;

（3）折疊好氣袋后按照防錯(cuò)結(jié)構(gòu)規(guī)定方向裝入集氣盒中;

（4）將已經(jīng)裝好LOGO的飾蓋裝配到集氣盒上;

（5）用四個(gè)自鎖螺母裝配氣體發(fā)生器;

（6）裝配其他如彈簧等附件;

（7）點(diǎn)爆時(shí)，高溫氣體從發(fā)生器出氣口噴出，直接與氣袋布料相遇。

2.3 優(yōu)化模型的驗(yàn)證

氣囊是安全件，對(duì)安全性能有著特殊的要求，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)生變化后，針對(duì)國(guó)標(biāo)、ISO及客戶企標(biāo)要求的性能進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，氣囊需要滿足極限發(fā)生器的點(diǎn)爆時(shí)間，模擬環(huán)境溫度分別在85℃、23℃、-35℃環(huán)境下的點(diǎn)爆試驗(yàn)，另由于汽車需要長(zhǎng)周期使用后，氣囊點(diǎn)爆性能不能衰退，影響乘員安全，還需要進(jìn)行環(huán)境模擬試驗(yàn)，確保氣囊產(chǎn)品在十年的時(shí)間內(nèi)性能符合設(shè)計(jì)目標(biāo)。

通過(guò)高溫點(diǎn)爆試驗(yàn)、常溫點(diǎn)爆試驗(yàn)、低溫點(diǎn)爆試驗(yàn)，以及極限發(fā)生器的點(diǎn)爆試驗(yàn)和環(huán)境處理后的樣件點(diǎn)爆試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以滿足氣囊點(diǎn)爆性能要求，過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)氣袋燒蝕/表面灼燒的問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

汽車零部件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，基于DFMEA設(shè)計(jì)理念，零部件的性能要求按照檢測(cè)方法和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)在各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)（如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等）及產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證計(jì)劃（DVP）中，結(jié)合經(jīng)濟(jì)適用性，零部件也需要適用市場(chǎng)需求不斷的減重、降本，以提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

針對(duì)本文介紹的不帶金屬隔熱夾板的氣袋結(jié)構(gòu)，可以有效的減少產(chǎn)品材料&品種使用，減少制造&裝配工序，降低產(chǎn)品重量，減小零部件的空間占用，為整車檢車提供貢獻(xiàn)，為設(shè)計(jì)造型提供更多發(fā)揮空間。產(chǎn)品性能經(jīng)過(guò)高溫、常溫、低溫及環(huán)境試驗(yàn)等試驗(yàn)驗(yàn)證后，符合設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。為零部件減重、降本，提升競(jìng)爭(zhēng)力提供了行之有效的解決方案。

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