车用功能性织物预切口设计分析

王蕾，王红

(延锋百利得(上海)汽车安全系统有限公司，上海 200235)

车用功能性织物预切口设计分析

王蕾，王红

(延锋百利得(上海)汽车安全系统有限公司，上海 200235)

对汽车内饰用功能性织物预切口设计进行研究，针对预切口高速动态打开功能建立拉伸试验方法测量静态打开力，依据满足动态打开功能要求的关键参数定义静态打开力值，从而定义关键参数之间的数学公式。所获得的数学公式可以减少动态功能验证和优化关键参数设计，缩短汽车内饰功能性织物预切口开发周期。该方法为汽车产品功能性织物有预切口动态打开功能的设计提供参考。

织物；预切口；动态打开力；静态打开力；数学公式

0 引言

当前，汽车用织物越来越多,车用织物主要分装饰织物和功能性织物。

对于车用装饰织物，主要需满足舒适美观、经济耐用、抗气候、抗油污、环保等需求。此类织物一般柔软、手感好、图案新颖、结构设计灵活性强、色牢度稳定、美学性佳,耐磨、耐压、不起球、尺寸稳定,抗气候、拒油污,对人体无刺激、无异味、无毒、无害[1]。

对于车用功能性织物，主要用于安全气囊囊袋及包裹布、轮胎用纺织品、安全带织带等，这类织物通常要求具有强度高、韧性强、抗紫外线和耐磨等特点。经常，功能性汽车用纺织品又要求兼具装饰性。

在车用功能性织物中，气囊相关织物承担着车辆碰撞过程中保护乘员的作用。在应用中，为满足某种特定功能要求，需对气囊织物进行预切口，以满足气囊高速动态展开过程中织物预切口能在拟定的时间内断裂。因气囊工作过程少于100 ms，而织物的预切口在更短的时间一般小于30 ms内需完成断裂。此过程发生在很短的时间内，一般只能通过高速摄像机记录气囊点火起爆展开过程，通过气囊展开过程来判定织物预切口设计是否满足功能要求。而气囊点火起爆验证费用高，且所用零件为破坏性使用。文中所研究的内容为：依据目前气囊织物预切口设计，找到一种静态验证方法替代气囊点火起爆验证方法，且通过此静态验证方法能找到气囊织物预切口设计关键参数之间的数学公式。

1 建立静态验证方法

对于有预切口的气囊织物，织物上切口设计一般如图1所示。

图1 气囊织物预切口的设计参数

在长度为L(mm)的织物上，具有n-1个长度为X1(mm)的连接点用于连接n个长度为X2(mm)的切口，两端具有两个可变的连接点。L

在实际气囊点爆工作时，织物上的切口会在很短时间内从中间连接点往两边断裂，实现其功能。现研究采用静态拉伸使切口断裂来进行切口设计参数研究。后续会通过实际点爆来验证参数设计是否满足功能要求。

如图2所示为拟采用的静态拉伸试验方法，拉伸速度为305 mm/min,拉伸固定夹两端之间的距离为145 mm，且与切口对称分布，两个固定夹中心正对L中心。

图2 气囊织物预切口拉伸试验方法

对于图1 中所示气囊织物预切口设计，较常见的参数设计为L为145 mm、5个26 mm的切口、4个2.5 mm的连接段。采用图2所示方法进行拉伸试验时，测量5次所获得的最大载荷平均值为496 N。

同时该切口设计在气囊装配过程验证中能正常装配而不在装配过程中就出现断裂现象，该切口设计在点爆功能验证中能正常打开，符合气囊设计相关要求。

2 切口参数设计与静态拉伸打开力关系研究

在建立的静态拉伸方法基础上，对气囊织物预切口设计中主要设计参数切口长度及数量、连接段长度及数量与静态拉伸断裂时的打开力之间的关系进行试验设计和分析。

对于图1中L=145 mm的气囊织物，调整连接段X1从1.5

至5 mm，数量从2至4，对应的切口长度从26到44 mm，对每种设计进行3次静态拉伸测试，将获得的最大载荷取平均值，结果如表1所示。

表1 连接段和切口不同设计时的静态拉伸打开力值

根据表1结果进行线性回归分析,如图3所示。

图3 线性回归分析

获得线性回归方程为：

Y=410.40+89.72X1-7.23X2

3 切口参数设计与静态拉伸打开力数学关系的应用研究

依据切口参数设计与静态拉伸打开力的数学关系，静态打开力值与X1和X2的长度有关，且呈线性关系。当一定长度织物的X1与X2确立时,n值也确立。

在应用过程中可根据

Y≤496 N

Y=410.40+89.72X1-7.23X2

L

进行X1和X2的设计选择。

在设计气囊织物切口时，当连接段的理论值为1.5 mm时，静态打开力不大于496 N，理论上即满足动态打开功能要求。

但当连接段理论值设计得小于1.5 mm，实际工艺采用激光切割对面料的损耗约0.5 mm，工艺过程的偏差导致连接点可能会小于1.0 mm，在工厂进行零件装配时，过小的连接段在装配过程中若受力有一定的断裂风险,故不建议选择小于1.5 mm的连接段设计。

同时，根据前面的描述，针对较常规的气囊织物切口设计，496 N为已知的可接受的静态拉伸断裂打开力值。在设计气囊织物时，依据表1，对静态拉伸断裂时打开力超过496 N的13号、15号和18号设计进行实物的气囊点爆动态试验验证，均能正常撕裂打开。但在验证15号时，撕裂的时间比其他的长得较明显，不建议采用该设计。

另一方面，在满足打开力的同时可以有多个设计选择，根据成本最优原则，可以选择连接段较少的设计，以减少激光切割所用时间。

如表1中17号设计，2个4.5 mm的连接段、3个44 mm的切口与5个26 mm的切口、4个2.5 mm的连接段相对，前者静态打开力488 N小于后者496 N，满足动态功能要求。同时对比激光切割工时，一般单层会排布80个左右的样件(每次切割15层)，大型切割机切割一次的时间为25～40 min，每套节省时间：1.38 s/个。

(1)切割单个样件的时间节省率：

式中：t1为切割单个样件的节省时间；t2为原来单个样件的切割时间。

(2)按单层排布80个样件计算，故每床节省切割时间为：1.38 s/个×80个/床=110.4 s/床。

(3)按年预测量10万个计算，节省切割时间为：1.38 s/个×100 000个/年=138 000 s/年=38.33 h/年。

如上，通过切口参数设计与静态拉伸打开力数学关系，根据气囊装配要求和气囊动态展开要求可以选择成本最优的产品设计参数。

4 结论

提出了气囊织物切口设计静态拉伸断裂打开力的测试方法，同时建立了气囊织物切口设计的重要参数即连接点长度和切口长度与静态拉伸断裂打开力之间的数学关系。

提出一种采用静态打开力的测试方法替代动态验证的思路，将动态展开要求转化为静态的量化的产品设计要求，分析转化后的产品设计要求与产品设计参数之间的关系。通过建立的产品设计要求与设计参数之间的数学公式，提高了产品设计的精度，减少了产品开发的周期，并节约了工艺耗时。

[1]周凤飞,柴雅凌.车用纺织品的发展(一)[J].产业用纺织品，2002,20(6)：15-17.

DesignAnalysisofFabricPre-cutforAutomotiveInteriorTrim

WANG Lei, WANG Hong

(Yanfeng Key(Shanghai) Automotive Safety System Co., Ltd.,Shanghai 200235,China)

Static opening fore was used to analyze the dynamic opening force for fabric with pre-cut in automotive interior trim. According to the function of dynamic opening force, the static opening force was measured, and based on this static opening force, the linear relation of key design parameters was calculated. Using the built mathematics formulae, the dynamic opening force test is reduced and the key design parameters can be optimized, the design time and component developing cost can be reduced.

Fabric; Pre-cut; Dynamic opening force; Static opening force; Mathematical formula

2017-03-31

王蕾(1978—)，学士，中级职称，研究方向为汽车被动安全。E-mail:lwang@yfkey.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.08.015

U465.9

B

1674-1986(2017)08-062-03