浅述副驾驶安全气囊设计方法

陈 星

（江铃汽车股份有限公司产品研发总院，江西 南昌 330001）

0 引言

汽车作为人们出行的常用交通工具，其安全性越来越受到重视。汽车的安全性可分为主动安全和被动安全两种[1]。主动安全是指汽车防止发生事故的能力，被动安全是指在发生事故的情况下，约束系统保护乘员的能力。安全气囊作为被动安全领域的核心产品之一，当车辆发生碰撞时，可有效地减少对乘员的伤害。

副驾驶安全气囊（passenger air bag,PAB）是安全气囊的一种，其安装在驾驶舱仪表板总成上，在碰撞发生的瞬间可以有效地保护副驾驶乘员的头部和胸部[2]。基于此，笔者针对副驾驶安全气囊在开发设计过程中的设计要点展开论述，以期为后续相关开发提供参考。

1 副驾驶安全气囊系统结构设计

副驾驶安全气囊按是否有独立盖板，可分为有缝安全气囊和无缝安全气囊两种，分别如图1、图2所示。有缝安全气囊成本较低、工艺简单、拆装方便，但是气囊盖板与仪表板之间的配合较难控制，包括间隙、面差以及色差等。无缝安全气囊在仪表板总成上无分缝，外观较美观，现在大多数车型采用此种类型设计。从副驾驶安全气囊的撕裂线方式来分，有U 型盖板和H 型盖板。从副驾驶安全气囊的布置方式来分，有前置安全气囊和顶置安全气囊，一般情况下，顶置安全气囊采用U 型撕裂线，前置安全气囊采用H型撕裂线。

图1 有缝副驾驶安全气囊

图2 无缝副驾驶安全气囊

1.1 副驾驶安全气囊布置要求

为避免PAB 无法有效打开而失效[3]，副驾驶安全气囊需满足以下布置要求，如图3 所示。气囊展开方向与水平线的夹角A的大小决定了气囊是前置式还是顶置式，当A大于20°时，气囊为前置式；当A在55°～88°时，气囊为顶置式。气囊展开方向与前挡玻璃的夹角B需小于40°，气囊展开方向与仪表板表面的交点到前挡玻璃的垂直距离C不小于180 mm，且气囊框在弹出时运动轨迹与前挡玻璃的距离最小不得小于15 mm，否则PAB 爆破时可能打碎前挡玻璃。为保证有足够的操作空间，PAB 下端与管梁的间隙要大于35 mm，副驾驶安全气囊与其他周边件的距离不小于10 mm。为了保证仪表板上气囊框门沿着撕裂线顺利展开，气袋上表面需要与仪表板内表面有一定距离，一般定义Dmin为10 mm，且Dmax与Dmin之差不大于20 mm。气袋与仪表板的距离要求如图4所示。

图3 PAB 布置要求

图4 气袋与仪表板的距离要求

1.2 安全气囊框设计

安全气囊框作为副驾驶安全气囊系统的重要组成部分，其设计的好坏决定了PAB 能否顺利展开。因此在开发设计气囊框时应遵循以下原则。

1）气囊框的材料一般选择TPO，且其上应有防错结构，副驾驶安全气囊框如图5 所示，该气囊框两侧的挂钩孔数量及位置不同，可防止气囊装反。

图5 副驾驶安全气囊框

2）气囊框与仪表板一般设计两个定位点，主定位限制X向和Y向，单边间隙为0.2 mm～0.5 mm。气囊框与仪表板采用振动摩擦焊进行焊接，焊接筋高度为2 mm，焊接深度为1 mm，焊接筋一般布置在气囊框上，且Y 向布置，焊接筋间距为12 mm～15 mm，焊接筋宽度应大于3.5 mm，保证焊接强度。气囊框盖板厚度应大于3 mm，以保证气囊爆破时不会因为强度不足而发生撕裂；气囊框侧壁厚度应大于4 mm，以保证爆破时，气囊爆破反向回弹时具有足够的强度。气囊框盖板与仪表板内表面的距离一般为1 mm。挡料筋与焊接筋的距离一般为2 mm，以保证有空间遮挡振动摩擦焊接时产生的溢料。边框有效焊接距离应大于25 mm，以保证具有足够的焊接强度，爆破时不会撕裂[4]。气囊框断面-U型，如图6所示。

图6 气囊框断面-U型

2 副驾驶安全气囊爆破试验

副驾驶安全气囊爆破试验一般由主机厂提供车身，由仪表板供应商负责爆破试验。试验在三种不同的温度下进行，试验条件如表1 所示。随机抽样9 件，每个温度连续爆破3 个样件。车身需安装好仪表板总成以及前挡玻璃，仪表板总成需进行完整装配，包括手套箱、空调出风口、仪表板装饰条等，然后将装配好的零件在环境仓内放置4 h 以上（温度传感器达到要求温度即可）再进行试验[5-10]。

表1 试验条件

试验进行时应至少设置2 台以上高速摄像机（帧数至少2 000 帧/秒）进行试验记录，高速摄像机摆放位置能够清晰记录试验过程，包括正面、侧面45°、后面三个角度。仪表板在气囊位置处需要画30 mm×30 mm 的方格，标记试验编号、试验日期及温度信息等。

爆破试验时气袋应在50 ms 内完全展开并保持10 ms 以上，在展开过程中气袋与正常坐姿乘员相接触的表面部分不允许破裂和燃烧，其他部分允许有直径小于4 mm 的破裂小洞，气袋撕裂缝处应该保持完好。展开过程中气体发生器、固定板不允许有开裂和显著变形等。爆破时气囊盖不能击碎前挡玻璃，气囊盖板在爆破试验中破碎是允许的，但不能和仪表板本体脱离，打开区域无突起的断裂棱角。

3 结语

笔者介绍了汽车副驾驶安全气囊分类方式以及其布置要求，同时系统分析了气囊框在设计开发过程中的设计要点，并介绍了副驾驶安全气囊爆破试验的条件，包括温度的要求、样件数量、摄像机的要求以及试验合格的判断依据，以期为后续汽车副驾驶安全气囊的设计提供参考。