副駕駛安全氣囊布置及氣囊蓋板設(shè)計(jì)概述目錄副駕駛安全氣囊簡(jiǎn)介PAB的布置氣囊蓋的設(shè)計(jì)一.副駕駛安全氣囊簡(jiǎn)介對(duì)PAB的認(rèn)知基本組成安全氣囊的工作原理PAB模塊的分類(lèi)有縫式和無(wú)縫式前置式和頂置式對(duì)PAB的認(rèn)知基本組成安全氣囊主要由傳感器、氣囊、氣體發(fā)生器和電子監(jiān)控器等組成。整個(gè)氣囊組件還包括氣囊蓋和底板等安全氣囊外部零件。副駕駛安全氣囊組件位于儀表板右側(cè)雜貨箱上方。一.副駕駛安全氣囊簡(jiǎn)介安全氣囊的工作原理在汽車(chē)發(fā)生碰撞的情況下.當(dāng)傳感器所受的碰撞力大到一定程度時(shí).即向電控裝置發(fā)出信號(hào)。經(jīng)處理后，電控裝置便會(huì)發(fā)出指令.迅速引燃固體燃料.放出大量無(wú)毒氣體.使氣囊展開(kāi)。其展開(kāi)過(guò)程需要40-50ms。囊內(nèi)氣體幾乎在氣囊剛一充滿(mǎn)時(shí).便冷卻、排出.在氣囊收縮的同時(shí)吸收沖擊能量，保護(hù)駕駛?cè)撕统藛T免受傷害。一.副駕駛安全氣囊簡(jiǎn)介碰撞的有效方向在正前方和左右30°的范圍有效。輕微的碰撞，氣囊不會(huì)啟動(dòng)爆出，只有當(dāng)嚴(yán)重碰撞時(shí)氣囊才能啟動(dòng)?？刂葡到y(tǒng)有備用電源(大容量電容器).以保證發(fā)生事故時(shí).蓄電池被碰壞，安全氣囊仍能正常工作。PAB模塊的分類(lèi)根據(jù)副駕駛員安全氣囊蓋與儀表板的配合來(lái)分，可分為有縫式和無(wú)縫式；根據(jù)氣囊的布置位置來(lái)分，可分為前置式和頂置式。一.副駕駛安全氣囊簡(jiǎn)介有縫式和無(wú)縫式有縫式氣囊蓋的優(yōu)點(diǎn)是成本低、工藝簡(jiǎn)單、拆裝方便。而缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在外觀方面，例如蓋板與儀表板之間的配合不僅有間隙面差且間隙面差較難控制；蓋板常用材料為T(mén)PO，而決定儀表板表面色澤的常為PP+EPDM+T20或PVC表皮包覆，所以此處色差問(wèn)題也比較突出。有縫式無(wú)縫式無(wú)縫式氣囊蓋可解決有縫式氣囊的所有外觀問(wèn)題，但是其成本相對(duì)有縫式的會(huì)大幅增加，首先需在儀表板上增加撕裂弱化線，此處需投入弱化設(shè)備及工裝夾具；其次無(wú)縫式氣囊蓋與儀表板本體的連接多為震動(dòng)摩擦焊或超聲波焊接，同樣需投入焊接設(shè)備及工裝夾具；同時(shí)所增加的工序會(huì)增加人工和工時(shí)成本。有縫式和無(wú)縫式在實(shí)際設(shè)計(jì)中可根據(jù)車(chē)輛定位、成本、外觀需求等條件進(jìn)行選擇。一.副駕駛安全氣囊簡(jiǎn)介撕裂線位置儀表板本體副安全氣囊震動(dòng)摩擦焊接筋撕裂線位置撕裂線位置氣囊蓋一.副駕駛安全氣囊簡(jiǎn)介前置式和頂置式前置式和頂置式主要是依據(jù)氣囊模塊沿Y軸旋轉(zhuǎn)的程度來(lái)區(qū)分的，如圖所示，當(dāng)起爆方向與Z軸夾角a≤25°時(shí)為頂置式，當(dāng)a＞25°時(shí)為前置式。起爆方向一般情況下，頂置式的應(yīng)用范圍會(huì)比較廣，因?yàn)轫斨檬娇杀苊獍踩珰饽艺龑?duì)人體起爆，如美標(biāo)法規(guī)就有假人胸口貼在儀表板上的起爆實(shí)驗(yàn)，頂置式可減小安全氣囊起爆時(shí)對(duì)人體的傷害值。但是頂置式在安全氣囊起爆時(shí)對(duì)前擋風(fēng)玻璃的沖擊較大，有撞破前擋風(fēng)玻璃風(fēng)險(xiǎn)，故在頂置式中建議將圖4中的L值控制在150mm以上，若小于150mm，則建議將角度a加大（由頂置式變?yōu)榍爸檬剑Ｒ?PAB布置副駕駛安全氣囊的設(shè)計(jì)方法安全氣囊設(shè)計(jì)基本要求氣袋形狀的確定和有限元模型的建立氣體發(fā)生器技術(shù)參數(shù)確定過(guò)程PAB布置的空間需求副駕駛安全氣囊的設(shè)計(jì)方法安全氣囊的設(shè)計(jì)包括調(diào)整氣囊的的充氣體積、織袋泄氣孔的面積、確定織袋的材料特性以及定義保持帶的尺寸?；驹O(shè)計(jì)思想：在汽車(chē)發(fā)生一次碰撞后，二次碰撞前，在乘員和車(chē)內(nèi)結(jié)構(gòu)件之間迅速展開(kāi)一個(gè)充滿(mǎn)氣體的氣墊，使乘員“撲”在氣墊上，以緩和沖擊并吸收碰撞能量，從而達(dá)到減輕乘員傷害程度的目的。（100ms內(nèi)完成）。核心部分是傳感器的設(shè)計(jì)；針對(duì)不同車(chē)型設(shè)計(jì)，沒(méi)有通用件；設(shè)計(jì)輸入：碰撞車(chē)身曲線、壞路面行駛及修理過(guò)程中各種曲線。通過(guò)調(diào)整質(zhì)量慣性系統(tǒng)參數(shù)（質(zhì)量、阻尼系數(shù)、行程等）進(jìn)行設(shè)計(jì)；感知信息：減速度、時(shí)間；（可等效為能量）二.PAB布置安全氣囊設(shè)計(jì)基本要求設(shè)計(jì)難點(diǎn)：要保證中速以上碰撞發(fā)火是比較容易實(shí)現(xiàn)的，但要實(shí)現(xiàn)最佳點(diǎn)火時(shí)刻（5in-30ms）是不容易的，由于采集信息量少，時(shí)間短，同時(shí)傳感器是安裝于轉(zhuǎn)向柱上，對(duì)一些干擾信號(hào)不易區(qū)分；設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：5in（127mm）-30ms準(zhǔn)則30ms:氣囊完全展開(kāi)的時(shí)間；5in(127mm):279（頭部到轉(zhuǎn)向盤(pán)）-152（氣袋厚度）=127mm（具體數(shù)據(jù)根據(jù)不同車(chē)型不同）發(fā)火閾值：取決于汽車(chē)生產(chǎn)廠家的要求及氣囊點(diǎn)火控制系統(tǒng)的性能?？垢蓴_性能：正常行駛、惡劣路面、修理過(guò)程誤操作等均不應(yīng)點(diǎn)火。二.PAB布置關(guān)鍵技術(shù)要求：碰撞判斷準(zhǔn)確：碰撞強(qiáng)度、減速度波形、車(chē)體變形等；點(diǎn)火時(shí)刻準(zhǔn)確：5in-30ms準(zhǔn)則。抗粗糙路面干擾能力強(qiáng)：路坎、水渠、長(zhǎng)波、短波、扭曲、比利時(shí)路、搓板路等。高可靠性與工作穩(wěn)定性：高溫、低溫、高海拔、電磁干擾、供電電壓波動(dòng)等二.PAB布置二.PAB布置氣袋形狀的確定和有限元模型的建立用于碰撞模擬的有限元軟件最常用的是LS-DYNA3D,PAM-CRASH和MSC\DYTRAN。安全氣囊形狀的確定是在分析與約束系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。安全氣囊形狀的確定遵循兩個(gè)原則，首先，氣囊的形狀應(yīng)使氣袋的展開(kāi)方向與車(chē)體前擋風(fēng)玻璃平行；其次，考慮到氣體發(fā)生器約在30ms內(nèi)將氣袋充滿(mǎn)，巨大的沖擊力可能造成離氣囊很近并面向膨脹方向的乘員頸部負(fù)荷超過(guò)限值，因此氣囊的形狀應(yīng)有利于保護(hù)乘員，而不應(yīng)對(duì)乘員的致命部位構(gòu)成威脅，如圖所示。二.PAB布置考慮到在正常坐姿研究中氣囊的展開(kāi)過(guò)程對(duì)乘員與氣囊的交互運(yùn)動(dòng)影響較小，因此采用未折疊的氣囊進(jìn)行計(jì)算。氣囊的外表織袋與內(nèi)部保持帶分別采用4節(jié)點(diǎn)彈性殼單元與2節(jié)點(diǎn)彈性梁?jiǎn)卧M。在建立氣囊有限元模型時(shí)，首先按照氣袋展開(kāi)后的最終幾何模型建立相應(yīng)的有限元參考模型，然后按一定比例壓縮參考模型，直到與實(shí)際的氣囊模塊尺寸基本吻合為止。下圖為壓縮后的氣囊模塊。模型中假設(shè)壓力、密度、溫度等均勻。二.PAB布置氣體發(fā)生器技術(shù)參數(shù)確定過(guò)程根據(jù)氣體發(fā)生器的容器試驗(yàn)，測(cè)量容器的壓力和溫度，并按照相應(yīng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推算出氣體發(fā)生器的參數(shù)，將推算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，直到對(duì)比誤差小于7%。安全氣囊織物的透氣性是衡量其工作性能的主要指標(biāo),透氣性過(guò)小,氣囊展開(kāi)時(shí)受到的沖擊載荷大,穩(wěn)定性差;透氣性過(guò)大,氣囊展開(kāi)時(shí)不能迅速充脹,由此增加了展開(kāi)的時(shí)間,展開(kāi)安全性差,所以為了保證安全氣囊的使用安全性就必須能夠精確控制和預(yù)測(cè)安全氣囊織物的透氣性。而織袋材料特性直接決定了其滲透性，因此在氣囊的展開(kāi)分析模擬中以織袋的泄露函數(shù)定義其滲透性。PAB布置的空間需求PAB的布置可根據(jù)下圖所標(biāo)注的尺寸參考值進(jìn)行校核，為了減少后期驗(yàn)證時(shí)不必要的麻煩，建議所有參數(shù)都能滿(mǎn)足參考值的要求。二.PAB布置代號(hào)說(shuō)明參考值A(chǔ)起爆方向與前擋風(fēng)玻璃的夾角≤40°B氣囊蓋展開(kāi)過(guò)程中與前擋風(fēng)玻璃的最小距離≥25mmC氣囊蓋外圍焊接邊≥20mmD氣袋與儀表板上表面的距離≥10mmE氣囊發(fā)生器底面與管梁的最小距離≥35mmF氣囊模塊與周邊零件的最小間隙≥10mm對(duì)上圖中各參考值的解釋如下：A：氣囊起爆方向與前擋風(fēng)玻璃的夾角越大，在起爆時(shí)氣袋對(duì)前擋風(fēng)玻璃法向的沖擊力就越大，從而使得前擋風(fēng)玻璃碎裂的風(fēng)險(xiǎn)加大。此值主要由氣體發(fā)生器的充氣壓力及氣袋的形狀決定，可結(jié)合有限元分析來(lái)綜合確定該值的大小。B：氣囊蓋在展開(kāi)過(guò)程中需與前擋風(fēng)玻璃保持一定的距離，避免其打到前擋風(fēng)玻璃而使玻璃碎裂。考慮到碰撞過(guò)程中各零件的變形情況，該值一般不小于25mm。C：該值主要出現(xiàn)在無(wú)縫式PAB中，無(wú)縫式PAB中氣囊蓋與儀表板本體之間通過(guò)振動(dòng)摩擦焊連接，為了滿(mǎn)足焊接工藝的需求，該值一般不小于25mm，無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)也至少需要20mm。二.PAB布置D：為了能讓氣囊蓋四周邊框?qū)獯归_(kāi)時(shí)起到一定的導(dǎo)向作用，氣袋上表面與儀表板內(nèi)表面需要有10mm以上的距離，但是最大值最好不超過(guò)50mm。E：氣體發(fā)生器底部與管梁之間需留出氣體發(fā)生器接插件的空間，為了保證對(duì)接插件操作的方便性，該值一般不小于35mm，若因儀表板造型面與管梁之間的空間較小，那么最小也需要保證該值不小于15mm。F：為了保證在車(chē)輛行駛過(guò)程中不會(huì)應(yīng)為干涉而產(chǎn)生異響，氣囊組件與周邊零件（如手套箱、風(fēng)道等）之間的間隙一般不小于10mm，若因空間不足使得間隙較小，則建議在相對(duì)應(yīng)的零件上貼覆泡棉等軟物來(lái)消除雜音。二.PAB布置三.PAB氣囊蓋設(shè)計(jì)PAB氣囊蓋概述氣囊蓋分類(lèi)撕裂線PAB氣囊蓋基本結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)三.PAB氣囊蓋設(shè)計(jì)PAB氣囊蓋概述氣囊蓋分類(lèi)根據(jù)氣囊蓋的撕裂方式可將氣囊蓋分為U形和H形。H形U形為了保證乘員的安全，U形蓋板在展開(kāi)時(shí)蓋板的展開(kāi)方向需朝向前擋風(fēng)玻璃（同時(shí)需保證與前擋風(fēng)玻璃之間的間隙），若朝向乘員展開(kāi)，則有可能會(huì)對(duì)乘員造成傷害。H形蓋板由于Y向的撕裂線在中心，所以在氣袋展開(kāi)時(shí)能得到最大的爆破力來(lái)撕裂氣囊蓋。三.PAB氣囊蓋設(shè)計(jì)撕裂線撕裂線是為了在氣囊爆破時(shí)控制氣囊蓋破裂區(qū)域而在儀表板本體或氣囊蓋上作出的局部弱化線。安全氣囊撕裂線的加工工藝有許多種，如注塑成型、熱刀、金屬或超聲波冷刀、冷銑、和激光等；其中激光弱化工藝是近年剛剛興起的，更為先進(jìn)的工藝，在此主要介紹一下激光弱化工藝，如下圖所示為某公司用于制作撕裂線的激光弱化系統(tǒng)。三.PAB氣囊蓋設(shè)計(jì)激光弱化工藝就是利用激光所具有的高能，加工無(wú)縫安全氣囊線的工藝；激光發(fā)生器將所產(chǎn)生的激光聚焦在約0.2mm的范圍內(nèi)，形成具有高能量的激光束，激光束通過(guò)激光頭，以定頻脈沖的形式打在儀表板上，其焦點(diǎn)處的材料在吸收激光的高能后迅速氣化，根據(jù)需要形成穿透或不穿透的小孔，這些小孔區(qū)域的材料厚度變薄，斷裂強(qiáng)度降低，從而能在收到外界沖擊時(shí)優(yōu)先斷裂，這些小孔排列組合成的就是撕裂線。如下圖所示為搪塑儀表板的激光弱化示意圖。IP骨架PU發(fā)泡層表皮三.PAB氣囊蓋設(shè)計(jì)PAB氣囊蓋基本結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)之前需明確氣囊蓋的出模方向，一般情況下將其出模方向設(shè)定為氣囊的爆破方向。1.蓋板、2.邊框、3.氣囊掛鉤孔、4.蓋板翻轉(zhuǎn)鉸鏈、5.邊框加強(qiáng)筋、6.摩擦焊接筋（無(wú)縫式）、7.卡扣（有縫式蓋板與儀表板卡接用）、8.撕裂線1624534531872無(wú)縫式有縫式三.PAB氣囊蓋設(shè)計(jì)1.蓋板：氣囊蓋板的基本壁厚一般取2~3mm；如下圖所示，在無(wú)縫式氣囊蓋板中蓋板只通過(guò)蓋板翻轉(zhuǎn)鉸鏈與外圍邊框連接其余三邊放空。有縫式安全氣囊蓋的蓋板部分為外觀面，在可見(jiàn)部分要做與儀表板相同的皮紋，同時(shí)需注意控制與儀表板配合的間隙段差。無(wú)縫式有縫式三.PAB氣囊蓋設(shè)計(jì)2.邊框：如下圖所示，由于將安全氣囊掛鉤裝入氣囊蓋掛鉤孔時(shí)需要邊框變形才能裝入，為了在安裝氣囊時(shí)便于此處延展變形，邊框無(wú)氣囊掛鉤孔的兩面壁厚取2~2.5mm，并將這兩面邊框的高度降低10mm左右；同時(shí)因氣囊爆破時(shí)力量非常大，為了保證氣囊蓋不會(huì)在氣囊爆破時(shí)飛出，有氣囊掛鉤孔的兩面壁厚一般取3~5mm。一般氣囊鈑金部分與氣囊蓋的間隙需不小于3mm掛鉤鈑金處除外）。安全氣囊鈑金掛鉤無(wú)掛鉤面有掛鉤面三.PAB氣囊蓋設(shè)計(jì)3.氣囊掛鉤孔：一般氣囊和氣囊蓋的組立方法是先將氣囊蓋邊框較低那側(cè)的掛鉤先裝好，然后旋轉(zhuǎn)氣囊，將另一側(cè)的掛鉤裝入氣囊蓋，如圖14所示，同時(shí)要求掛鉤孔尺寸b≥a+3，以保證掛鉤順利進(jìn)入孔內(nèi)。先將此側(cè)掛鉤與氣囊蓋組立這一側(cè)掛鉤通過(guò)旋轉(zhuǎn)安裝入掛鉤孔三.PAB氣囊蓋設(shè)計(jì)4.蓋板翻轉(zhuǎn)鉸鏈：為了保證在氣囊爆破時(shí)氣囊蓋始終做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而設(shè)計(jì)的氣囊蓋旋轉(zhuǎn)鉸鏈。常見(jiàn)形式有兩種：1）、如下圖所示，由于有縫式氣囊蓋的蓋板部分為外觀面，做不了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，所以有縫式安全氣囊蓋的翻轉(zhuǎn)鉸鏈常用的局部弱化形式，一般鉸鏈處厚度控制在2mm左右。弱化是為了保證翻轉(zhuǎn)軸線在預(yù)定的位置，但弱化同時(shí)也使鉸鏈處強(qiáng)度變小而有整個(gè)蓋板撕裂的風(fēng)險(xiǎn)，此風(fēng)險(xiǎn)需在后期試驗(yàn)驗(yàn)證，最終需完全消除整個(gè)蓋板撕裂飛出的風(fēng)險(xiǎn)。翻轉(zhuǎn)鉸鏈三.PAB氣囊蓋設(shè)計(jì)2)、另一種鉸鏈適用于無(wú)縫式氣囊，其相對(duì)于第一種有較高的可靠性，如下圖所示。翻轉(zhuǎn)鉸鏈鉸鏈終止處需圓角過(guò)渡此種鉸鏈雖較可靠，但鉸鏈的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，右圖所示為某車(chē)型鉸鏈的參數(shù)，可在設(shè)計(jì)中作為參照。三.PAB氣囊蓋設(shè)計(jì)5.邊框加強(qiáng)筋：用來(lái)增加邊框的強(qiáng)度，但須注意高度不可太高，以免邊框強(qiáng)度過(guò)大，變形量減小而導(dǎo)致氣囊與氣囊蓋組立困難。6.摩擦焊接筋：無(wú)縫式PAB與儀表板本體的連接基本上使用摩擦焊，焊接筋通常設(shè)計(jì)在氣囊蓋上，如圖18所示為某車(chē)型的焊接筋排布及尺寸，一般情況下焊筋寬度為5mm，其排布可根據(jù)氣囊蓋的實(shí)際大小來(lái)設(shè)計(jì)，圖示尺寸可作為參考。圖19所示為焊筋高度方向尺寸，焊筋初始設(shè)計(jì)高度為2mm，焊接侵蝕量為1mm。三.PAB氣囊蓋設(shè)計(jì)雖然摩擦焊在加工時(shí)兩個(gè)零件均會(huì)有治具裝夾，但是為了保證組立的準(zhǔn)確性及便于后期檢驗(yàn)，一般會(huì)對(duì)儀表板本體和氣囊蓋做定位結(jié)構(gòu)，如圖20所示為兩種常用的定位方式，左邊的是利用四周的筋條定位，右邊的是在氣囊蓋上開(kāi)孔，并在儀表板上長(zhǎng)筋條進(jìn)行定