淺談側(cè)氣簾展開(kāi)試驗(yàn)對(duì)立柱護(hù)板的設(shè)計(jì)要求

楊光亮 李浩 秦銳 王慧煥 于來(lái)水

摘? 要：乘用車(chē)在增加側(cè)氣簾后，立柱護(hù)板和頂棚等飾件的配合結(jié)構(gòu)和材料物性需要做適應(yīng)性匹配設(shè)計(jì)，以滿足側(cè)氣簾的爆破要求。本文通過(guò)收集典型車(chē)型的競(jìng)品信息，結(jié)合項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的實(shí)際情況，提出了側(cè)氣簾周邊立柱護(hù)板斷面設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，順利通過(guò)了側(cè)氣簾在極限高低溫等試驗(yàn)工況要求。

關(guān)鍵詞：立柱護(hù)板；側(cè)氣簾；點(diǎn)爆

中圖分類(lèi)號(hào)：U467.3? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2023）02-0043-05

Talking About The Design Requirements Of The Pillar For The Side Curtain Airbag Test

YANG Guang-liang， LI Hao， QIN Rui， WANG Hui-huan， YU Lai-shui

（ VOYAH Automobile Technology Company Ltd. Wuhan 430000， China ）

Abstract： After the addition of side curtain airbag for passenger cars， the matching structure and material properties of decorative parts such as pillar and top ceiling need to be adaptively matched to meet the blasting requirements of side curtain airbag. By collecting the competitive product information of typical models and combining with the actual situation of the project development， this paper put forward the key points of cross-section design and structural design of the pillar around the side curtain airbag， and successfully passed the test requirements of the side curtain airbag in extreme high and low temperature.

Key Words： Pillar; Side Curtain Airbag; Explosion

楊光亮

畢業(yè)于湖北工業(yè)大學(xué)，學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)就職于嵐圖汽車(chē)科技公司，任立柱側(cè)圍工程師，主要從事于研究汽車(chē)內(nèi)外飾件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。曾在《汽車(chē)科技》專(zhuān)刊上發(fā)表論文《免噴涂聚丙烯材料的應(yīng)用研究》，并獲得東風(fēng)科協(xié)二等獎(jiǎng)。

前? ? 言

目前側(cè)氣簾已經(jīng)作為法規(guī)要求廣泛運(yùn)用于汽車(chē)安全系統(tǒng)，特別是中保研和中汽研的安全評(píng)價(jià)，越來(lái)越引起主機(jī)廠和顧客的關(guān)注。

在整車(chē)碰撞時(shí)，側(cè)氣簾主要對(duì)乘車(chē)人的頭部進(jìn)行保護(hù)。A柱、B柱、側(cè)窗玻璃，在整車(chē)碰撞產(chǎn)生的巨大沖擊力下破裂、變形，與人體頭部碰撞造成人體損傷，而側(cè)氣簾就充當(dāng)了防護(hù)墻的作用。當(dāng)側(cè)氣簾點(diǎn)爆時(shí)，原本折疊的氣袋迅速膨脹，巨大的沖擊力將頂棚掀起，氣袋沿頂棚與立柱護(hù)板的分縫展開(kāi)，從而起到保護(hù)乘客的目的（見(jiàn)圖1）。

汽車(chē)內(nèi)飾立柱護(hù)板是側(cè)氣簾安全系統(tǒng)中不可缺少的一部分，在氣簾爆破過(guò)程中既要滿足一定程度的變形使氣簾能夠順利展開(kāi)，也要滿足一定的強(qiáng)度，使其在巨大的沖擊力下不會(huì)碎裂、脫落。本文通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出系統(tǒng)的立柱護(hù)板設(shè)計(jì)要求，對(duì)于后期項(xiàng)目具有重要的參考和借鑒意義。

1? ? 嵐圖側(cè)氣簾點(diǎn)爆對(duì)于立柱護(hù)板的要求

嵐圖汽車(chē)對(duì)側(cè)氣簾點(diǎn)爆的極致追求主要體現(xiàn)在飛濺物要求和極限工況這兩個(gè)方面，下表1是嵐圖汽車(chē)與行業(yè)一般要求的對(duì)比：

1.1? ?飛濺物要求

當(dāng)整車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，側(cè)氣簾氣體發(fā)生器中的物質(zhì)會(huì)迅速發(fā)生分解反應(yīng)，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量氣體充滿氣袋，氣袋充氣膨脹沖擊頂棚及立柱護(hù)板。若頂棚或立柱護(hù)板破裂，碎片會(huì)以高速飛出傷害人體。一般硬質(zhì)飛濺物主要指PP類(lèi)、PC-ABS類(lèi)注塑或模壓件碎片，軟質(zhì)飛濺物包括泡沫、織物等碎片，產(chǎn)生的這些飛濺物均存在高速飛行中傷害駕乘人員的風(fēng)險(xiǎn)，因此嵐圖要求在點(diǎn)爆過(guò)程中禁止任何硬質(zhì)和軟質(zhì)飛濺物的產(chǎn)生。

1.2? ?極限工況

安全氣簾在不同的溫度和裝藥量條件下，也會(huì)有性能上的差異。高溫環(huán)境下反應(yīng)氣體活性較高，漏白時(shí)間變短，氣袋對(duì)立柱護(hù)板和頂棚產(chǎn)生的沖擊力也越大，立柱護(hù)板和頂棚也更加容易產(chǎn)生飛濺物，特別是高裝藥量時(shí)，會(huì)加劇這種風(fēng)險(xiǎn)，給立柱護(hù)板的選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)不少挑戰(zhàn)。嵐圖汽車(chē)增加了高溫高爆、低溫高爆/低爆的工況試驗(yàn)，以確保用戶的用車(chē)安全。

為了實(shí)現(xiàn)以上高標(biāo)準(zhǔn)的安全要求，嵐圖對(duì)立柱護(hù)板在材料、結(jié)構(gòu)方面有以下相關(guān)要求。

2? ? 立柱護(hù)板的材料選擇要求

立柱護(hù)板材料的選擇是影響氣簾安全性能的關(guān)鍵因素，其既要抵抗氣袋在高溫、低溫和常溫下的沖擊，避免碎裂飛濺物的產(chǎn)生，也要滿足一定的外觀、成本要求。立柱護(hù)板材料一般選用PC-ABS類(lèi)和PP類(lèi)兩種，這兩種材料在抗沖擊性、韌性和耐環(huán)境老化方面有著不錯(cuò)的表現(xiàn)，而在具體的選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上略有不同。

2.1? ?成本和外觀維度

由于PP材料相對(duì)于PC-ABS成本低，所以PP具備成本優(yōu)勢(shì)，但是PP相對(duì)于PC-ABS剛度較差，變形也存在風(fēng)險(xiǎn)，從而造成尺寸穩(wěn)定性也差。

從外觀的角度考慮，PC-ABS的光澤度較高，為了避免與周邊件的光澤差異，一般不建議用在皮紋件，建議用在低壓注塑或包覆的零件上，PP材質(zhì)適用于皮紋件、低壓注塑的零件上，對(duì)比見(jiàn)表2。

2.2? ?物性維度

根據(jù)具體的試驗(yàn)要求，參考材料物性表選擇合適的材料，主要關(guān)注以下材料參數(shù)：

1）23℃的缺口沖擊強(qiáng)度

塑料的沖擊韌性是工程應(yīng)用上的一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)，它反映不同材料抵抗高沖擊導(dǎo)致破壞的能力，沖擊強(qiáng)度用于評(píng)價(jià)材料的抗沖擊能力或判斷材料的脆性和韌性程度，因此沖擊強(qiáng)度也稱(chēng)沖擊韌性。按照經(jīng)驗(yàn)推薦常溫沖擊強(qiáng)度≥45KJ/m2，這需要結(jié)合不同主機(jī)廠和立柱護(hù)板本身的結(jié)構(gòu)要求而定。

2）-30℃的缺口沖擊強(qiáng)度

此指標(biāo)隨著溫度降低，在某一溫度范圍內(nèi)，缺口沖擊試樣的斷裂形式由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?，這種斷裂形式的轉(zhuǎn)變，通常用一個(gè)特定的轉(zhuǎn)變溫度來(lái)表示，該轉(zhuǎn)變溫度在一定意義上表征了材料抵抗低溫脆性斷裂的能力。由于氣簾試驗(yàn)有一個(gè)工況，就是低溫-35℃的點(diǎn)爆，為了降低低溫工況下側(cè)面碰撞對(duì)于乘客的影響，立柱護(hù)板建議采用耐低溫且韌性比較好的材料，所以-30℃的缺口沖擊可以視同關(guān)鍵指標(biāo)；按照經(jīng)驗(yàn)推薦低溫沖擊強(qiáng)度≥4KJ/m2，對(duì)標(biāo)目前主流車(chē)企，車(chē)企1要求≥3KJ/m2，車(chē)企2≥3.5KJ/m2，車(chē)企3≥3.5KJ/m2，但是以上只是推薦，具體需要根據(jù)立柱護(hù)板本身的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選定。

3? ? 立柱護(hù)板的結(jié)構(gòu)要求

根據(jù)以往車(chē)型內(nèi)飾立柱護(hù)板產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)和大量競(jìng)品對(duì)標(biāo)，總結(jié)出以下幾個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

3.1? ?立柱護(hù)板與頂棚分縫形式

1）A柱護(hù)板與頂棚的分縫處不能有尖角，尖角易沖擊破裂產(chǎn)生飛濺物。斜分縫形式會(huì)導(dǎo)致A柱護(hù)板與頂棚的分縫處存在尖角，故不建議采用斜分縫形式（見(jiàn)圖2）：

以下是幾款成熟的A柱護(hù)板與頂棚分縫案例，A柱護(hù)板與頂棚均采用平直分縫處理，在保證產(chǎn)品美觀的同時(shí)，確保了氣簾安全性能（見(jiàn)圖3）：

2）B柱護(hù)板與頂棚的分縫也要避免在B柱護(hù)板兩端形成細(xì)長(zhǎng)的“耳朵”，以防止 “耳朵”破裂產(chǎn)生飛濺物（見(jiàn)圖4）：

以下是幾款成熟的B柱護(hù)板與頂棚分縫案例，通過(guò)B柱護(hù)板型面設(shè)計(jì)成功規(guī)避了兩側(cè)的細(xì)長(zhǎng)形狀，在保證產(chǎn)品美觀的同時(shí)，確保了氣簾安全性能（見(jiàn)圖5）：

3.2? ?立柱護(hù)板與頂棚搭接量

立柱護(hù)板與頂棚搭接量需要考慮氣袋展開(kāi)的需求，特別是A柱護(hù)板與頂棚的搭接量不宜過(guò)大，建議搭接量在8-10mm，搭接量過(guò)大會(huì)影響氣簾在A柱護(hù)板、頂棚內(nèi)部的正常展開(kāi)，而搭接量過(guò)小會(huì)導(dǎo)致頂棚與立柱容差不足，容易在耐久條件下出現(xiàn)離縫等外觀問(wèn)題（見(jiàn)圖6）：

3.3? ?A柱護(hù)板內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)該考慮氣簾展開(kāi)的路徑

A柱護(hù)板加強(qiáng)筋布置的排列高度應(yīng)均勻，在拉帶的釋放路徑上不能存在阻礙拉帶釋放的結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖7），以保證氣簾點(diǎn)爆的瞬間不會(huì)因?yàn)樵鰪?qiáng)的加強(qiáng)筋倒掛導(dǎo)致點(diǎn)爆失效。

3.4? ?A柱護(hù)板固定點(diǎn)位置與A柱護(hù)板橫向尺寸比例建議：A/B≤1/3

側(cè)氣簾在展開(kāi)過(guò)程中，會(huì)對(duì)A柱護(hù)板卡扣座產(chǎn)生較大的沖擊力，需要給予氣簾足夠的展開(kāi)空間，避免側(cè)氣簾和卡扣座距離過(guò)近導(dǎo)致卡扣座在氣簾展開(kāi)時(shí)斷裂（見(jiàn)圖8）：

以下是幾款成熟的A柱護(hù)板固定點(diǎn)位置的設(shè)計(jì)案例，均采用推薦的比例，有效的預(yù)留了氣簾展開(kāi)空間（見(jiàn)表5）：

3.5? ?B柱護(hù)板上部區(qū)域?qū)蚪Y(jié)構(gòu)

1）B柱護(hù)板上部導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，避免氣袋展開(kāi)過(guò)程中沖擊B柱護(hù)板，造成B柱護(hù)板脫落，其相關(guān)建議如下：

導(dǎo)向面和Z向的導(dǎo)向角建議A≥120°，導(dǎo)向面延伸面和飾板的Z向距離建議B≥2mm （見(jiàn)圖9）：

以下是幾款成熟的B柱護(hù)板氣簾導(dǎo)向設(shè)計(jì)案例均采用導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，保證了氣簾安全性能（見(jiàn)表6）。

2）分體式支架要求

當(dāng)B柱護(hù)板上無(wú)法做導(dǎo)向時(shí)，一般需要增加一個(gè)單獨(dú)支架對(duì)氣簾展開(kāi)起到導(dǎo)向作用，導(dǎo)向面在XY方向上（車(chē)身坐標(biāo)）要能夠覆蓋住B柱護(hù)板，以避免氣袋展開(kāi)過(guò)程中沖擊B柱護(hù)板，其相關(guān)建議如下（見(jiàn)圖10）：

A、導(dǎo)向面與B柱護(hù)板的Y向距離≥5mm，極限3mm（在Y向能夠遮擋住B柱護(hù)板）；

B、導(dǎo)向面和B柱護(hù)板的Z向距離≥10mm；

C、導(dǎo)向面和Z向的導(dǎo)向角度≥120°；

D、導(dǎo)向面兩端覆蓋B柱護(hù)板距離≥10mm（在X向能夠遮擋住B柱護(hù)板）。

4? ? 總結(jié)

本文根據(jù)大量的產(chǎn)品對(duì)標(biāo)和實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，探討了立柱護(hù)板對(duì)于側(cè)氣簾點(diǎn)爆的影響，總結(jié)了立柱護(hù)板材料要求及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，結(jié)論如下：

1）PP材質(zhì)優(yōu)點(diǎn)成本低，缺點(diǎn)是低溫脆性、容易飛濺、尺寸公差大；PC-ABS材質(zhì)優(yōu)點(diǎn)強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是成本高，光澤度高，需要根據(jù)產(chǎn)品和項(xiàng)目的實(shí)際需求選擇合適的材料，在選擇材料的同時(shí)需要關(guān)注相關(guān)的沖擊性能，以保證高溫、常溫和低溫的沖擊無(wú)斷裂和飛濺物；

2）總結(jié)和歸納了立柱護(hù)板在進(jìn)行斷面設(shè)計(jì)造型可行性分析時(shí)，需要滿足側(cè)氣簾爆破要求的各個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。通過(guò)合理地進(jìn)行立柱護(hù)板的分件和造型優(yōu)化，能夠在不影響車(chē)輛內(nèi)飾美觀的前提下使車(chē)輛順利通過(guò)側(cè)氣簾靜態(tài)展開(kāi)試驗(yàn)，減少后期項(xiàng)目改模或重新開(kāi)模的風(fēng)險(xiǎn)，為項(xiàng)目進(jìn)度和質(zhì)量提供有力的保證。

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專(zhuān)家推薦語(yǔ)

梁? ?軍

東風(fēng)汽車(chē)集團(tuán)技術(shù)中心

車(chē)身內(nèi)飾專(zhuān)業(yè)副總師? 研究員級(jí)高級(jí)工程師

本論文內(nèi)容豐富詳實(shí)，對(duì)以往的工作進(jìn)行了細(xì)致的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，論證過(guò)程準(zhǔn)確無(wú)誤，有很強(qiáng)的實(shí)用性，具有較好的推廣和借鑒意義。