论文部分内容阅读
摘 要：新时期随着社会进步和生活水平的提高，汽车保有量正在呈现出逐年攀升的迅速态势，人们对安全性要求也在逐步提高。在本文中笔者试图结合所在专业，谈如何做好汽车仪表板安全气囊框结构设计，结合问题预防细节入手做出相关探索，进而为实际业务的推进，以及整体安全性的提升提供理论依据。
关键词：汽车仪表板 气囊框 安全性 设计
1 引言
新时期随着汽车保有量的不断提升，人们对安全性要求也随着提高。对于实际从业者而言，需要充分结合技术进步，满足新的需求提升质量。在本文中笔者试图结合气囊框的结构设计，谈如何满足的新时期安全性的新要求，进而为汽车事业进步和行业发展打下理论的基础。
2 安全气囊概述
2.1 安全气囊的概念
首先介绍下汽车安全气囊，其是汽车重要的组成部分，隶属于汽车的辅助约束系统部分，不过它不能在保护成员方面起到主要的作用，只会配合着主约束系统，比如安全带来降低对实际成员伤害和具体影响。所以，在实际使用上它只能是降低或者减少对乘客的伤害程度。在具体价值上是不如主约束系统的，不过，它们相互之间的配合使用非常重要。在理论研究界对于气囊的界定，主要是在缓冲前碰撞、或者是近似前碰撞严重性方面提供保护，大致10%的事故会引发气囊打开保护。
2.2 安全气囊的分类
在分类方面主要结合安全气囊的不同类别来区分，大体可以分为驾驶员防撞安全气囊、前排乘员防撞安全气囊、后排乘员防撞安全气囊、以及侧面防撞安全气囊等。其中，驾驶员防撞安全气囊，大部分都被安装在了方向盘上，在技术角度可以细分为美式和欧式。对于美式而言是假设驾驶员没有佩戴座椅安全带的情况，所以想要达到保护实际效果功能、就必须将面积提升到比较大的区间，大体为60L左右。欧式则相反，是假设有安全带保护，所以整体上面积是比较小的，只有40L。在前排乘员防撞安全气囊设计中，主要考虑到副驾驶位置的空间，相对位置比较大而宽，所以整体设计也会相对大些。同样也可以分为美式和欧式两类，区分属性和上个类别的一致，美式比较大有160L左右，欧式则只有75L。
2.3 安全气囊的组成及气囊框的介绍
安全气囊是具有整体性的系统设计，在具体组成上大体可以分为碰撞传感器、气囊电脑、系统指示灯、氣囊组件、连接电路几个部分。在碰撞传感器部分还要区分左右，和SRS指示灯以及盘簧电缆互相连接。而对气囊本体主要包括气囊、气体发生器和点火器三个主要组成的部分。按着气囊安装位置区分可以分为多个类别。气体发生器主要是在点火器引爆时所提供气体，充满后可保证整个的气囊被打开。在实际使用上必须保持稳定，在支架上安装合理，才可以配合做出使用。在安装后应当保证至多十年，必须做更换，只有这样才可以保证质量。
而气囊框大部分都安装在乘员侧，由仪表盘本体、气囊框、气囊构成，在制作工艺流程上包括仪表板骨架弱化、仪表板骨架与气囊框焊接或卡接、仪表板总成、仪表板横梁总成和气囊总装装配几个重要部分。在分类方面可以分成有H型、U型不同类别。其中H型气囊框于前风挡距离要求低可以比较容易的布置好，不过会向人侧打开，安全真实性没有保障。而U型的则向实际车前打开安全系数很高，不过于前风挡距离近，布置要求高。
3 气囊框的设计和问题预防研究
3.1 安全气囊的工作过程及打开必要条件
在实际工作过程中，包括发生正面碰撞、控制系统检测碰撞强度、气囊的电脑接通点火电路、气体发生剂产生大量气体、气囊急剧的膨胀冲破顶盖、以及做缓冲冲击力度来保护乘客关键业务环节。安全气囊的整体上打开是需要有必备条件的。一般而言车速需要在五十公里以上，五十公里以下都不会引发其打开。不过除了车速的要求以外，最关键因素还在于碰撞时的加速度情况。国家部门很多机构测试后给出数据需瞬时加速度-40g，这可以看作是诸多厂商设计临界点。此外大部分的打开，都需要保持在正向行驶正面直接撞击。碰撞物体需要是刚性墙壁，或者是强度差不多障碍物;在打开时间上为发生碰撞后的几十毫秒内，这是必备的要求。在刚性方面有条件要求，车辆以50公里时速撞向了墙壁或者沙堆，最终所产生的实际效果，是存在本质性区别的。在实验中可以看出，50公里/小时的数据要求只是相对速度，只有在满足上述提到的条件后，安全气囊才会满足自动打开的要求。
而在气囊打开的过程中，仪表板区域及气囊框不能阻止气囊的展开及有碎片飞出，产生锐边等情况的出现。
3.3 安全气囊框的性能要求与设计参数
在性能要求方面气囊完全膨胀时间，是需要注意的一个重要的数据。指的是从碰撞开始到打开直至完全打开的消耗时间。在实际设计中要考虑方向盘、驾驶员安全气囊、乘客安全气囊、电控模块、时钟弹簧等部分。特别是在尺寸数据决定上，这些数据都十分重要。气袋的容积和气体发生器的安排，要注意合理位置设计，也要注意包括转向柱和时钟弹簧，以及整体骨架所带来的空间制约。在重量方面影响因素，则主要包括气袋和发生器的重量、以及实际骨架重量。四气囊系统是相对比较多见的，包括DAB驾驶气囊、PAB乘客气囊、SAB侧面气囊。
PAB安装在仪表板之上，有带盖或者不带盖的模式。不带盖的都会埋到仪表盘里。安装时要注意互相之间的距离。PAB和衡量之间的距离要在15毫米以上，PAB COVER以及仪表板、开口的配合，误差必须在1毫米附近，最大误差在0.5毫米左右。保证足够的均匀。而对于气囊框设计，则需要注意弱化线位置、弱化角设计、弱化线深度等弱化线设计问题，以及焊接结构设计问题、排气孔问题等。在实际的位置上主要有激光和铣刀两类，要结合着不同需求来分别设计。圆角则需要结合不同需求保证其尺寸，激光的大体为R大于8mm，不过在铣刀设计上，要在18mm。深化线设计要按着气囊展开原则来做，结合人和左右侧、铰链侧来打开，保证数据满足实际要求。在焊接上要考虑焊接筋设计、挡料筋设计等问题，而排气孔则需要注意上下件之间的空隙。 新时期有很多新技术被广泛的应用到实际业务中，这对于整体上的设计工作也产生了影响。比如采用传感器涉及，结合重量和红外以及超聲波技术，来做出综合设计例子比较多，这可以辅助做出比较深层次的判别，比如是否电报气囊、采取何样式点火方式以及点爆力，这些数据非常重要，可以有效构建起新保护模式，也是接下来研究主要方向所在。
3.4 系统设计与开发流程
在实际开发设计中，大体包括三个主要的过程期，即概念、验证、设计三个时期。其中概念期包括确认整车安全法规，定义整车安全开发的目标，确定整车安全气囊的配置，完成初步的零件BOM，编制SOR，确定供应商，确定技术开发方案等。在验证期则包括磨具开发制作，和各类样品的制作业务，ECU、传感器共振实验，尺寸匹配，基础碰撞实验，零部件DV、和皮纹腐蚀、首件认可、零部件实验等，还要完成OTS认可、PPAP完成等。在设计期包括参考模板来选择类别，安全总布置建议，确定外观件外CAS，造型安全分析，零部件结构设计，以及优化和3D、2D冻结发动等工作设计和落实。
在设计和开发完毕后，要充分大量的设计和开展实验，结合数据情况来观察需求满足度，进而做出调整和修改，直到满足客户所需。要做好各方面实验对比工作，结合矩阵数据分解和研究，在专业人士辅助下来对各类零件调整细节。这是十分重要业务，需要引起技术人士引起足够高度重视。结合安全气囊的整车碰撞的CAE分析是不错的思路，要结合着新科学合理的原则，最初碰撞矩阵的优化，在前期结合CAE实现虚拟开发。在过程中可以采取hyperworks做前后处理。以笔者所从事的P项目为例，综模型有网格数量1203173个，有part721个，网格尺寸为10毫米，最网格尺寸为3毫米，钣金之间的焊接结合了beam做模拟，solid单元模拟做胶贴。要求在碰撞中结合ls-dyna软件，来提升质量，小于1%代表时长设置合理，满足CAE要求。在项目中设计了14、22、32km/h的速度，32km/h中设计了斜角、中心柱、骑跨底部等不同的碰撞方式，此外还有高速40、50km/h尾和正面的碰撞。基于CAE分析开发的虚拟开发可以提供大量数据，实现成本最低;安全气囊匹配的关键在于自身的结构耐撞性，存在问题要做出改进;结合CAE分析可以全面提升开发能力，降低业务成本。
对CAE分析过程中，气囊框可能存在的问题大体包括了产品重量问题、金属耐腐蚀性能问题、成本过高问题、整体上精度要求过高问题等。在实际处理中，要在结构分析辅助下，满足重量轻的要求，采取整体成本低制造工艺更加简便的设施，来替代那些相对老旧的设施，满足新时期轻量和低成本要求。考虑到在实际业务场景中，撕裂都是从侧面弱化槽出现的、所以需做受力测试，提升主要的旋转区域强度，满足各类受力需求。此外在节约角度上也可以将仪表板和框架连接方式，由过去的改为挂钩式，结合三角结构来实现简单、效率高、成本低的需求。在挂钩式的设计生产中，包括金属支架的摆放、机械手抓取以及做定位、重量测试的业务保障整体质量。
4 结语
新时期对汽车设计开发安全的要求越来越高，实际的从业人士要充分结合所在企业的要求，做好相关设计和研究，以安全气囊及气囊框的整体开发做入手点，来提升业务效率保证业务的质量。
参考文献：
[1]冉日红.汽车安全气囊的技术与发展探究[J].决策探索（中），2018（06）：76-77.
[2]朱联军.汽车安全气囊维修技术探讨[J].职业，2011（12）：136.
[3]博洋.初探汽车安全气囊技术[J].汽车与安全，2009（08）：26-29.
[4]王宇航，乔维高.基于CAE技术的汽车安全气囊建模方法比较研究[J].上海汽车，2008（12）：21-23.
[5]张良华.汽车安全气囊技术应用分析[J].通讯世界，2015（08）：215-216.
[6]秦宇志，周川.隐藏式安全气囊框注射模设计[J].模具制造，2020，20（05）：43-45.
[7]左子良.硬质仪表台副驾侧气囊框设计及弱化线调整基本原则[J].汽车与驾驶维修（维修版），2020（08）：54-55.
[8]姬秋云.汽车副驾驶侧气囊框结构的探究[J].时代汽车，2018（06）：126-127.
关键词：汽车仪表板 气囊框 安全性 设计
1 引言
新时期随着汽车保有量的不断提升，人们对安全性要求也随着提高。对于实际从业者而言，需要充分结合技术进步，满足新的需求提升质量。在本文中笔者试图结合气囊框的结构设计，谈如何满足的新时期安全性的新要求，进而为汽车事业进步和行业发展打下理论的基础。
2 安全气囊概述
2.1 安全气囊的概念
首先介绍下汽车安全气囊，其是汽车重要的组成部分，隶属于汽车的辅助约束系统部分，不过它不能在保护成员方面起到主要的作用，只会配合着主约束系统，比如安全带来降低对实际成员伤害和具体影响。所以，在实际使用上它只能是降低或者减少对乘客的伤害程度。在具体价值上是不如主约束系统的，不过，它们相互之间的配合使用非常重要。在理论研究界对于气囊的界定，主要是在缓冲前碰撞、或者是近似前碰撞严重性方面提供保护，大致10%的事故会引发气囊打开保护。
2.2 安全气囊的分类
在分类方面主要结合安全气囊的不同类别来区分，大体可以分为驾驶员防撞安全气囊、前排乘员防撞安全气囊、后排乘员防撞安全气囊、以及侧面防撞安全气囊等。其中，驾驶员防撞安全气囊，大部分都被安装在了方向盘上，在技术角度可以细分为美式和欧式。对于美式而言是假设驾驶员没有佩戴座椅安全带的情况，所以想要达到保护实际效果功能、就必须将面积提升到比较大的区间，大体为60L左右。欧式则相反，是假设有安全带保护，所以整体上面积是比较小的，只有40L。在前排乘员防撞安全气囊设计中，主要考虑到副驾驶位置的空间，相对位置比较大而宽，所以整体设计也会相对大些。同样也可以分为美式和欧式两类，区分属性和上个类别的一致，美式比较大有160L左右，欧式则只有75L。
2.3 安全气囊的组成及气囊框的介绍
安全气囊是具有整体性的系统设计，在具体组成上大体可以分为碰撞传感器、气囊电脑、系统指示灯、氣囊组件、连接电路几个部分。在碰撞传感器部分还要区分左右，和SRS指示灯以及盘簧电缆互相连接。而对气囊本体主要包括气囊、气体发生器和点火器三个主要组成的部分。按着气囊安装位置区分可以分为多个类别。气体发生器主要是在点火器引爆时所提供气体，充满后可保证整个的气囊被打开。在实际使用上必须保持稳定，在支架上安装合理，才可以配合做出使用。在安装后应当保证至多十年，必须做更换，只有这样才可以保证质量。
而气囊框大部分都安装在乘员侧，由仪表盘本体、气囊框、气囊构成，在制作工艺流程上包括仪表板骨架弱化、仪表板骨架与气囊框焊接或卡接、仪表板总成、仪表板横梁总成和气囊总装装配几个重要部分。在分类方面可以分成有H型、U型不同类别。其中H型气囊框于前风挡距离要求低可以比较容易的布置好，不过会向人侧打开，安全真实性没有保障。而U型的则向实际车前打开安全系数很高，不过于前风挡距离近，布置要求高。
3 气囊框的设计和问题预防研究
3.1 安全气囊的工作过程及打开必要条件
在实际工作过程中，包括发生正面碰撞、控制系统检测碰撞强度、气囊的电脑接通点火电路、气体发生剂产生大量气体、气囊急剧的膨胀冲破顶盖、以及做缓冲冲击力度来保护乘客关键业务环节。安全气囊的整体上打开是需要有必备条件的。一般而言车速需要在五十公里以上，五十公里以下都不会引发其打开。不过除了车速的要求以外，最关键因素还在于碰撞时的加速度情况。国家部门很多机构测试后给出数据需瞬时加速度-40g，这可以看作是诸多厂商设计临界点。此外大部分的打开，都需要保持在正向行驶正面直接撞击。碰撞物体需要是刚性墙壁，或者是强度差不多障碍物;在打开时间上为发生碰撞后的几十毫秒内，这是必备的要求。在刚性方面有条件要求，车辆以50公里时速撞向了墙壁或者沙堆，最终所产生的实际效果，是存在本质性区别的。在实验中可以看出，50公里/小时的数据要求只是相对速度，只有在满足上述提到的条件后，安全气囊才会满足自动打开的要求。
而在气囊打开的过程中，仪表板区域及气囊框不能阻止气囊的展开及有碎片飞出，产生锐边等情况的出现。
3.3 安全气囊框的性能要求与设计参数
在性能要求方面气囊完全膨胀时间，是需要注意的一个重要的数据。指的是从碰撞开始到打开直至完全打开的消耗时间。在实际设计中要考虑方向盘、驾驶员安全气囊、乘客安全气囊、电控模块、时钟弹簧等部分。特别是在尺寸数据决定上，这些数据都十分重要。气袋的容积和气体发生器的安排，要注意合理位置设计，也要注意包括转向柱和时钟弹簧，以及整体骨架所带来的空间制约。在重量方面影响因素，则主要包括气袋和发生器的重量、以及实际骨架重量。四气囊系统是相对比较多见的，包括DAB驾驶气囊、PAB乘客气囊、SAB侧面气囊。
PAB安装在仪表板之上，有带盖或者不带盖的模式。不带盖的都会埋到仪表盘里。安装时要注意互相之间的距离。PAB和衡量之间的距离要在15毫米以上，PAB COVER以及仪表板、开口的配合，误差必须在1毫米附近，最大误差在0.5毫米左右。保证足够的均匀。而对于气囊框设计，则需要注意弱化线位置、弱化角设计、弱化线深度等弱化线设计问题，以及焊接结构设计问题、排气孔问题等。在实际的位置上主要有激光和铣刀两类，要结合着不同需求来分别设计。圆角则需要结合不同需求保证其尺寸，激光的大体为R大于8mm，不过在铣刀设计上，要在18mm。深化线设计要按着气囊展开原则来做，结合人和左右侧、铰链侧来打开，保证数据满足实际要求。在焊接上要考虑焊接筋设计、挡料筋设计等问题，而排气孔则需要注意上下件之间的空隙。 新时期有很多新技术被广泛的应用到实际业务中，这对于整体上的设计工作也产生了影响。比如采用传感器涉及，结合重量和红外以及超聲波技术，来做出综合设计例子比较多，这可以辅助做出比较深层次的判别，比如是否电报气囊、采取何样式点火方式以及点爆力，这些数据非常重要，可以有效构建起新保护模式，也是接下来研究主要方向所在。
3.4 系统设计与开发流程
在实际开发设计中，大体包括三个主要的过程期，即概念、验证、设计三个时期。其中概念期包括确认整车安全法规，定义整车安全开发的目标，确定整车安全气囊的配置，完成初步的零件BOM，编制SOR，确定供应商，确定技术开发方案等。在验证期则包括磨具开发制作，和各类样品的制作业务，ECU、传感器共振实验，尺寸匹配，基础碰撞实验，零部件DV、和皮纹腐蚀、首件认可、零部件实验等，还要完成OTS认可、PPAP完成等。在设计期包括参考模板来选择类别，安全总布置建议，确定外观件外CAS，造型安全分析，零部件结构设计，以及优化和3D、2D冻结发动等工作设计和落实。
在设计和开发完毕后，要充分大量的设计和开展实验，结合数据情况来观察需求满足度，进而做出调整和修改，直到满足客户所需。要做好各方面实验对比工作，结合矩阵数据分解和研究，在专业人士辅助下来对各类零件调整细节。这是十分重要业务，需要引起技术人士引起足够高度重视。结合安全气囊的整车碰撞的CAE分析是不错的思路，要结合着新科学合理的原则，最初碰撞矩阵的优化，在前期结合CAE实现虚拟开发。在过程中可以采取hyperworks做前后处理。以笔者所从事的P项目为例，综模型有网格数量1203173个，有part721个，网格尺寸为10毫米，最网格尺寸为3毫米，钣金之间的焊接结合了beam做模拟，solid单元模拟做胶贴。要求在碰撞中结合ls-dyna软件，来提升质量，小于1%代表时长设置合理，满足CAE要求。在项目中设计了14、22、32km/h的速度，32km/h中设计了斜角、中心柱、骑跨底部等不同的碰撞方式，此外还有高速40、50km/h尾和正面的碰撞。基于CAE分析开发的虚拟开发可以提供大量数据，实现成本最低;安全气囊匹配的关键在于自身的结构耐撞性，存在问题要做出改进;结合CAE分析可以全面提升开发能力，降低业务成本。
对CAE分析过程中，气囊框可能存在的问题大体包括了产品重量问题、金属耐腐蚀性能问题、成本过高问题、整体上精度要求过高问题等。在实际处理中，要在结构分析辅助下，满足重量轻的要求，采取整体成本低制造工艺更加简便的设施，来替代那些相对老旧的设施，满足新时期轻量和低成本要求。考虑到在实际业务场景中，撕裂都是从侧面弱化槽出现的、所以需做受力测试，提升主要的旋转区域强度，满足各类受力需求。此外在节约角度上也可以将仪表板和框架连接方式，由过去的改为挂钩式，结合三角结构来实现简单、效率高、成本低的需求。在挂钩式的设计生产中，包括金属支架的摆放、机械手抓取以及做定位、重量测试的业务保障整体质量。
4 结语
新时期对汽车设计开发安全的要求越来越高，实际的从业人士要充分结合所在企业的要求，做好相关设计和研究，以安全气囊及气囊框的整体开发做入手点，来提升业务效率保证业务的质量。
参考文献：
[1]冉日红.汽车安全气囊的技术与发展探究[J].决策探索（中），2018（06）：76-77.
[2]朱联军.汽车安全气囊维修技术探讨[J].职业，2011（12）：136.
[3]博洋.初探汽车安全气囊技术[J].汽车与安全，2009（08）：26-29.
[4]王宇航，乔维高.基于CAE技术的汽车安全气囊建模方法比较研究[J].上海汽车，2008（12）：21-23.
[5]张良华.汽车安全气囊技术应用分析[J].通讯世界，2015（08）：215-216.
[6]秦宇志，周川.隐藏式安全气囊框注射模设计[J].模具制造，2020，20（05）：43-45.
[7]左子良.硬质仪表台副驾侧气囊框设计及弱化线调整基本原则[J].汽车与驾驶维修（维修版），2020（08）：54-55.
[8]姬秋云.汽车副驾驶侧气囊框结构的探究[J].时代汽车，2018（06）：126-127.