王輝 劉磊

摘 要：汽車作為陸路上比較便捷的交通工具，在行駛過程中會遇到很多突發(fā)情況，嚴重的會發(fā)生車輛碰撞或撞擊硬物等交通事故，為了更好的保護乘員安全，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，通過瞬間點爆，在整車內飾件與乘員間形成一個緩沖氣墊，點爆時產(chǎn)生的高溫使得一般需要金屬件進行隔熱，以避免氣袋布料被燒穿，有效的形成設計定義的氣袋包型。本文介紹一種氣袋設計方案，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現(xiàn)降低。

關鍵詞：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鍵部件之一，由于其要求在瞬間點爆，并形成一個有足夠承托乘員面積的氣墊，通常需要在約30毫秒左右的時間內產(chǎn)生大量的氣體，要實現(xiàn)此性能，目前主流的氣體發(fā)生器為煙火式，在點爆瞬間與出氣口接觸的區(qū)域需要承受高達幾百攝氏度的高溫氣體沖刷，容易將氣袋布料燒穿，進而產(chǎn)生非設計狀態(tài)的泄氣。為了耐高溫，通常在發(fā)生器出氣口周圍設計金屬隔熱夾板，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介

當車輛傳感器檢測到碰撞信號，控制器決定需要點爆氣囊時，控制器會發(fā)出點火指令，引爆氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器的點火藥、產(chǎn)氣藥即在幾毫秒時間內產(chǎn)生大量的氣體，氣體以非常高的速度沖出氣孔排出，此時的氣體溫度高，且伴有一定的藥物殘渣，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時，提前泄氣，起不到有效保護乘員的作用。

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，在氣體沖出時先噴射到夾板側壁上，由金屬加熱起到直接降溫的效果，加長了高溫氣體接觸氣袋的時間，同時在高溫氣體沖擊夾板時，一部分殘渣直接黏附在夾板上，不會對氣袋造成灼傷。

2 氣囊點爆的性能要求

安全氣囊通過瞬間點爆在乘員與整車內飾件之間形成一個緩沖氣墊，以避免乘員頭部、胸部在發(fā)生碰撞時直接撞擊內飾件，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，并在乘員受慣性運動到接觸內飾件之前形成一個面積大小、壓力合適的氣墊，并在乘員接觸后開始按照設計要求開始泄氣，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，乘員撞擊時發(fā)生氣袋擊穿。

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

（1）囊袋展開方向須穩(wěn)定且滿足設計要求，即能滿足設計所要求的保護區(qū)域;

（2）模塊在展開過程中，不允許出現(xiàn)影響保護性能的偏移、旋轉等設計要求以外的不穩(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）相關組件在展開過程中，除了設計要求的零部件外，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 氣囊結構改進的需求

傳統(tǒng)汽車面料節(jié)能減排的壓力，需要對整車進行減重，新能源汽車對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、結構上實施減重，同時降低單件成本，提升產(chǎn)品競爭力。

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口中，裝配難度大。

結合氣袋布料增加涂層應用成熟化，設計結構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部件的使用，工序上減少裝配一個件，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。空間結構上，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，也減小了對氣囊底部空間的占用，面對氣囊造型的小型化趨勢需求，也給造型工程師提供了發(fā)揮空間。

帶夾板的結構安裝過程：

（1）將夾板按照防錯結構裝入PAB氣袋中;

（2）對氣袋進行設定方式（有序或者無序）折疊;

（3）折疊好氣袋后按照防錯結構規(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)生器從外側裝配到集氣盒上;

（6）用四個自鎖螺母緊固氣體發(fā)生器;

（7）裝配其他如彈簧等附件;

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

不帶夾板的結構安裝過程：

（1）將發(fā)生器按照防錯結構裝入PAB氣袋中;

（2）對氣袋進行設定方式（有序或者無序）折疊;

（3）折疊好氣袋后按照防錯結構規(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）點爆時，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)化模型的驗證

氣囊是安全件，對安全性能有著特殊的要求，在結構設計發(fā)生變化后，針對國標、ISO及客戶企標要求的性能進行試驗驗證。

按照試驗標準，氣囊需要滿足極限發(fā)生器的點爆時間，模擬環(huán)境溫度分別在85℃、23℃、-35℃環(huán)境下的點爆試驗，另由于汽車需要長周期使用后，氣囊點爆性能不能衰退，影響乘員安全，還需要進行環(huán)境模擬試驗，確保氣囊產(chǎn)品在十年的時間內性能符合設計目標。

通過高溫點爆試驗、常溫點爆試驗、低溫點爆試驗，以及極限發(fā)生器的點爆試驗和環(huán)境處理后的樣件點爆試驗，試驗結果表明，優(yōu)化的結構設計可以滿足氣囊點爆性能要求，過程中沒有出現(xiàn)氣袋燒蝕/表面灼燒的問題。

3 結束語

汽車零部件產(chǎn)品開發(fā)，基于DFMEA設計理念，零部件的性能要求按照檢測方法和驗收標準體現(xiàn)在各項標準（如國家標準、行業(yè)標準、企業(yè)標準、國際標準等）及產(chǎn)品設計驗證計劃（DVP）中，結合經(jīng)濟適用性，零部件也需要適用市場需求不斷的減重、降本，以提升產(chǎn)品競爭力。

針對本文介紹的不帶金屬隔熱夾板的氣袋結構，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，為設計造型提供更多發(fā)揮空間。產(chǎn)品性能經(jīng)過高溫、常溫、低溫及環(huán)境試驗等試驗驗證后，符合設計目標要求。為零部件減重、降本，提升競爭力提供了行之有效的解決方案。

參考文獻：

[1]洪永福.汽車總體設計（第2版）[M].機械工業(yè)出版社，第2版，2020.4.26.

[2]邱國華.汽車內外飾設計[M].機械工業(yè)出版社，第1版，2019.1.7.

[3]泛亞內飾教材編寫組劉啟明.汽車內飾設計概論[M].人民交通出版社，第二版，2012.2.