汽车仪表板乘客侧气囊框的结构设计及问题预防
韩夏冰 李亮 王东
上汽通用（沈阳）北盛汽车有限公司 辽宁省沈阳市 110000
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、气囊组件、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
Structural Design and Problem Prevention of Airbag Frame on Passenger Side of Automobile Dashboard
Han Xiabing，Li Liang，Wang Dong
Abstract： I n the new era, with the progress of society and the improvement of living standards, the number of cars is showing a rapid increase year by year, and people's requirements for safety are gradually increasing. In this article, the author tries to discuss how to do a good job in the design of the car dashboard airbag frame structure, combined with the details of problem prevention, to make relevant explorations, and then provides a theoretical basis for the advancement of actual business and the improvement of overall safety.
Key words： c ar dashboard, airbag frame, safety, design
110AUTO TIME
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计
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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
外以及超声波技术，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
汽车的安全气囊数量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.
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