廖贊學(xué)，湯保良

摘? 要：硬塑儀表板的乘客安全氣囊在進(jìn)行低溫和高溫爆破試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)了氣囊蓋鉸鏈斷裂及破碎飛濺等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)對(duì)裂口和碎片的形態(tài)進(jìn)行分析，找出失效原因，制定了在氣囊門(mén)內(nèi)壁預(yù)埋織布、調(diào)整氣囊蓋的激光弱化線(xiàn)軌跡及尺度參數(shù)、加強(qiáng)氣囊框的焊接強(qiáng)度等優(yōu)化方案，并進(jìn)行多次驗(yàn)證，最終實(shí)現(xiàn)氣囊高低溫爆破試驗(yàn)的氣囊蓋正常展開(kāi)。本文對(duì)氣囊蓋的試驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)優(yōu)化過(guò)程進(jìn)行了研究和總結(jié)，歸納出能夠避免氣囊蓋爆破發(fā)生斷裂和飛濺的設(shè)計(jì)方法和參數(shù)，以期為后續(xù)新項(xiàng)目類(lèi)似結(jié)構(gòu)的氣囊蓋的設(shè)計(jì)提供參考和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：儀表板;氣囊蓋;破碎

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.7? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1005-2550（2021）05-0032-05

Design Improvement of PAB Cover Unfold Failure of Rigid

Plastic I/P

LIAO Zan-xue， TANG Bao-liang

（ Dongfeng Motor Company Technology Center， Wuhan 430058， China）

Abstract： When the PAB of the rigid plastic I/P was subjected to low-temperature and high-temperature blasting tests， the PAB cover hinges were broken， fracture and splashed. After analyzing the morphology of the cracks and fragments to find out the reasons for the failure， the optimization plan was formulated to embed fabrics on the inner wall of the PAB door， adjust the laser weakening line trajectory and scale parameters of the airbag cover， and strengthen the welding strength of the airbag frame. After many verifications， the airbag cover of the airbag high and low temperature blasting test was finally unfold normally. This paper studies and summarizes the design optimization process of the PAB cover test verification， and summarizes the design methods and parameters that can avoid the breakage and splashing of the PAB cover blasting， in order to provide reference and guidance for the design of the PAB cover with similar structure in subsequent new projects.

1? ? 引言

在車(chē)型的迭代開(kāi)發(fā)中，為保證乘客安全氣囊的平臺(tái)化和通用化，全新造型的儀表板通常沿用基礎(chǔ)車(chē)的安全氣囊模塊，故氣袋的折疊方式不會(huì)改變。但由于新造型的特征限制，氣囊蓋的撕裂線(xiàn)由H型變成了U型，在安全氣囊的高低溫爆破試驗(yàn)時(shí)，氣囊蓋出現(xiàn)鉸鏈斷裂和破碎飛濺等問(wèn)題，未滿(mǎn)足氣囊蓋的設(shè)計(jì)要求。為避免氣囊爆破產(chǎn)生飛濺物傷及乘客，需對(duì)氣囊蓋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，解決氣囊蓋斷裂和破碎飛濺的問(wèn)題。

2? ? 硬塑儀表板的氣囊框結(jié)構(gòu)與弱化形式

儀表板的乘客安全氣囊蓋，主要有顯式有縫氣囊蓋和隱式無(wú)縫氣囊蓋[1]兩種。為保證儀表板外觀的完整性，提升儀表板的視覺(jué)品質(zhì)，目前多采用隱式無(wú)縫安全氣囊蓋。隱式無(wú)縫氣囊蓋又分軟質(zhì)儀表板隱式氣囊蓋和硬塑儀表板隱式氣囊蓋。硬塑儀表板的隱式無(wú)縫氣囊蓋，是將氣囊框焊接在儀表板上蓋的內(nèi)壁，隱藏在儀表板上蓋下方（圖1）：

硬塑儀表板的氣囊框，其主要結(jié)構(gòu)包括：氣囊模塊掛鉤孔壁、氣囊門(mén)、氣囊門(mén)鉸鏈、氣囊框焊接邊（圖2-a）。氣囊框通過(guò)與儀表板上蓋之間的振動(dòng)摩擦，使焊接邊及氣囊門(mén)上的筋和儀表板上蓋內(nèi)壁融合，固聯(lián)焊為一體（圖2-b）。

在焊接氣囊框前，需對(duì)儀表板上蓋進(jìn)行弱化。弱化線(xiàn)的軌跡通常有H型、U型、雙Y型等，本項(xiàng)目因造型特征限制，采用U型的弱化線(xiàn)（圖3-a）。硬塑儀表板氣囊區(qū)的弱化線(xiàn)，通常采用激光進(jìn)行弱化[2]：激光束按照設(shè)定的軌跡移動(dòng)，以定頻脈沖的形式，打在儀表板上蓋的內(nèi)壁，使材料迅速氣化，形成不穿透的小孔，這些小孔區(qū)域的材料厚度變薄，斷裂強(qiáng)度降低，在受到外力沖擊時(shí)，優(yōu)先斷裂。經(jīng)過(guò)弱化后的區(qū)域與氣囊門(mén)焊接而成的兩層結(jié)構(gòu)，即為氣囊蓋，在氣囊爆破時(shí)被充脹的氣袋沖擊，沿著弱化線(xiàn)撕裂，以鉸鏈為轉(zhuǎn)軸翻開(kāi)，使氣囊順利沖出儀表板（圖3-b）：

3? ? 氣囊蓋斷裂分析和改進(jìn)方案

3.1? ?氣囊蓋斷裂分析

乘客安全氣囊的常溫、低溫、高溫的爆破試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

通過(guò)對(duì)比分析，常溫爆破正常，低溫爆破出現(xiàn)了鉸鏈斷裂、氣囊蓋牽扯式撕裂、焊接層分離，高溫相對(duì)低溫只出現(xiàn)了鉸鏈斷裂。故從鉸鏈斷裂、牽扯式撕裂、焊接層分離三個(gè)問(wèn)題入手，分析原因并制定對(duì)策方案。

（1）鉸鏈斷裂原因

所沿用的安全氣囊，氣袋的折疊方式標(biāo)定匹配了H型弱化線(xiàn)的氣囊門(mén)，氣袋充脹的前鋒首先沖擊圖4實(shí)線(xiàn)箭頭所指的氣囊蓋中部，氣囊蓋從H型弱化線(xiàn)的中縫撕裂，符合H型弱化線(xiàn)的設(shè)計(jì)目標(biāo)[3]。

而本項(xiàng)目因造型限制，氣囊蓋只能采用U型弱化線(xiàn)，合理的氣袋充脹前鋒應(yīng)作用于圖4虛線(xiàn)箭頭所指部位，氣囊蓋從該處撕裂打開(kāi)。但由于沿用的氣囊模塊不可改變氣袋折疊方式，氣袋充脹首先沖擊氣囊蓋的中部，更靠近氣囊門(mén)的鉸鏈，在強(qiáng)烈的沖擊下，鉸鏈發(fā)生斷裂。

（2）牽扯式撕裂及焊接層分離原因

通過(guò)高速攝像的圖像分析和氣囊蓋展開(kāi)的數(shù)據(jù)與實(shí)物對(duì)比，發(fā)現(xiàn)U型弱化線(xiàn)所圍攏的區(qū)域小于氣袋的作用面，氣袋充脹時(shí)沖擊弱化線(xiàn)之外的儀表板上蓋（圖5），導(dǎo)致儀表板上蓋隨著氣囊蓋被頂出撕裂。此外，低溫爆破時(shí)，在-35℃的環(huán)境下，PP材質(zhì)的儀表板上蓋呈現(xiàn)低溫脆性，與氣囊門(mén)焊接的儀表板上蓋被牽扯式撕裂時(shí)，上蓋與氣囊門(mén)焊接強(qiáng)度不足的部位，焊接失效，破碎飛濺（圖6）。

3.2? ?改進(jìn)方案與試驗(yàn)驗(yàn)證

針對(duì)上述的失效原因，分別進(jìn)行方案設(shè)計(jì)優(yōu)化：

（1）鉸鏈斷裂對(duì)策：增加織布預(yù)埋

高溫、低溫爆破時(shí)，材料的高溫塑性和低溫脆性使鉸鏈的強(qiáng)度下降，無(wú)法承受氣袋的沖擊力而斷裂。通過(guò)在氣囊門(mén)內(nèi)壁、鉸鏈、氣囊框立壁三面埋入織布[4] 進(jìn)行嵌件注塑，織布的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了鉸鏈的牽拉強(qiáng)度，解決鉸鏈?zhǔn)軟_擊斷裂問(wèn)題（圖7）。經(jīng)測(cè)試，織布預(yù)埋深度為1.0mm時(shí)能有效增強(qiáng)鉸鏈強(qiáng)度并能滿(mǎn)足嵌件注塑工藝要求，過(guò)深將導(dǎo)致嵌件注塑困難，注塑不充分;過(guò)淺則織布易浮于表面，容易脫落，造成強(qiáng)度不足。

（2）牽扯式撕裂對(duì)策：調(diào)整激光弱化軌跡線(xiàn)和弱化尺度深度

調(diào)整弱化線(xiàn)的軌跡：將軌跡線(xiàn)圍攏區(qū)擴(kuò)大，完全覆蓋氣囊框立壁所投影的輪廓（圖8），可保證氣袋展開(kāi)時(shí)的作用力均加載于弱化線(xiàn)圍攏區(qū)之內(nèi)[5]。

調(diào)整弱化尺度參數(shù)：經(jīng)多輪調(diào)試驗(yàn)證，儀表板撕裂線(xiàn)的殘厚A為0.8mm、跨距B為15mm、寬度C為1.5mm時(shí)，儀表板弱化區(qū)的性能最佳，能夠較好保證氣囊門(mén)展開(kāi)撕裂的切口平整性（圖9）：

（3）焊接層分離對(duì)策：增加焊接強(qiáng)度

焊接層分離區(qū)域增加焊接筋及筋的厚度（圖10），原有焊接筋料厚由2.5mm增加到3.5mm。焊接剝離力由1200N增強(qiáng)到2000N。

根據(jù)上述制定的改進(jìn)優(yōu)化方案，進(jìn)行正交疊加試驗(yàn)驗(yàn)證，采用3×3（高、常、低溫各做3次）方式進(jìn)行，出現(xiàn)驗(yàn)證不合格，試驗(yàn)立即終止，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，試驗(yàn)結(jié)果證明，三個(gè)措施同時(shí)實(shí)施，能有效解決高低溫爆破時(shí)的氣囊蓋斷裂飛濺問(wèn)題，氣囊蓋完全按弱化線(xiàn)展開(kāi)、鉸鏈無(wú)斷裂、氣囊蓋無(wú)破碎飛濺，滿(mǎn)足安全氣囊試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)要求（圖11）：

3.3? ?結(jié)論

針對(duì)高低溫氣囊爆破出現(xiàn)鉸鏈斷裂、氣囊蓋未按弱化線(xiàn)撕裂展開(kāi)、破碎飛濺的問(wèn)題，主要的解決方案是：

（1）氣囊蓋內(nèi)壁埋入紡織材料，增強(qiáng)鉸鏈的連接強(qiáng)度，鉸鏈在極限情況下斷裂后仍保持牽拉連接，可解決氣囊蓋整體彈飛的問(wèn)題。

（2）調(diào)整激光弱化線(xiàn)軌跡與步進(jìn)距離、深度、間距等參數(shù)，使氣囊蓋弱化區(qū)域與氣袋膨脹沖擊面重合，可避免弱化線(xiàn)之外的儀表板上蓋被氣袋膨脹沖擊造成的氣囊蓋牽扯式拉伸破裂，保證氣囊蓋按照弱化線(xiàn)整齊完整打開(kāi)。

（3）增強(qiáng)氣囊蓋區(qū)域的焊接強(qiáng)度，弱化氣囊蓋撕裂線(xiàn)附近的結(jié)構(gòu)，可有效避免低溫爆破時(shí)的氣囊門(mén)與儀表板上蓋焊接的破裂分離問(wèn)題。

（4）氣袋的折疊方式對(duì)氣囊門(mén)撕裂線(xiàn)的型式有強(qiáng)相關(guān)，在造型限制了氣囊門(mén)撕裂線(xiàn)型式的情況下，需調(diào)整氣袋的折疊方式去適配撕裂線(xiàn)的型式。

4? ? 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)硬塑儀表板的隱式氣囊框的結(jié)構(gòu)及弱化型式進(jìn)行的剖析，氣囊蓋弱化線(xiàn)的型式與安全氣囊的氣袋折疊方式有密切的對(duì)應(yīng)關(guān)系，匹配不合理易造成氣囊蓋鉸鏈斷裂氣囊蓋整體彈飛，激光弱化的軌跡和焊接強(qiáng)度也有附加影響。在氣袋折疊方式不可更改的情況下，通過(guò)在氣囊門(mén)鉸鏈上增加織布預(yù)埋、調(diào)整氣囊門(mén)的撕裂線(xiàn)的軌跡、調(diào)整氣囊門(mén)的強(qiáng)弱分布和焊接強(qiáng)度，進(jìn)行了多輪試驗(yàn)驗(yàn)證，最終實(shí)現(xiàn)乘客安全氣囊的成功爆破，解決了氣囊門(mén)斷裂飛濺的問(wèn)題，為新車(chē)型的硬塑儀表板隱式氣囊框的設(shè)計(jì)提供了參考和指導(dǎo)，避免在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)試驗(yàn)中出現(xiàn)重大試驗(yàn)失敗的風(fēng)險(xiǎn)，減少設(shè)計(jì)的變更和模具的修改，縮短開(kāi)發(fā)周期，為新車(chē)的成功上市節(jié)約寶貴的開(kāi)發(fā)試驗(yàn)時(shí)間和成本。

參考文獻(xiàn)：

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