装配有侧气帘汽车的立柱饰板设计探究

姜彬彬、包厚显、蒙钧、余维刚、李兰

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，柳州 545007；长沙翊丰汽车科技有限公司，长沙 410035）

0 引言

随着汽车被动安全要求越来越高，侧气帘作为侧面碰撞中有效保护乘客头部和胸部的被动安全装置，在国内外车型中使用频率越来越高。侧气帘在爆破过程中与内饰件存在着复杂的子系统配合环境，特别是立柱饰板在气帘点爆试验中受到直接冲击，作为硬塑料件很容易碎裂，对乘客造成二次伤害。

C-NCAP管理规则（2018版）的实施，对侧气帘爆破内饰件碎裂问题有了更严格的技术要求，侧气帘与立柱饰板的匹配面临更大的挑战。本文根据C-NCAP 管理规则（2018版）对侧气帘爆破的相关要求，对匹配侧气帘车型的立柱饰板设计加以分析，探讨侧气帘与立柱饰板之间的匹配关系。

1 侧气帘爆破对立柱饰板影响概述

当侧气帘点爆启动时，原本折叠的气袋迅速膨胀，巨大的冲击力将顶棚掀起，侧气帘从顶棚与立柱的分缝中穿出（图1）。气帘爆破时对影响其展开的周边件冲击力极大，对点爆子系统零件的结构及材料要求极高。

图1 侧气帘爆破过程示意图

根据C-NCAP管理规则（2018版）要求，对侧气帘的展开形态具体要求如下。

（1）不应出现钩挂、破裂及卡位等现象。

（2）内饰件发生脱落和断裂后，不应产生锐边、尖角及毛刺等会伤及成员的特征。

（3）不应出现硬质飞溅物（如硬塑料碎片、金属碎片等）；软质飞溅物（如顶棚垫块）单片最大允许质量为3 g，最大允许总质量为5 g。

除此之外，试验测试条件也极为苛刻。一般要求分别在常温（23℃）、高温（85℃）、低温（-35℃）且保温4 h后做3轮试验，3轮试验同时全部合格。

侧气帘点爆试验中立柱饰板常见的失效形式有2种。一种是气帘直接冲击立柱饰板边缘，导致立柱饰板脱落、断裂或有硬质飞溅物飞出。由于气帘爆破力度、方向以及范围很难控制且瞬间爆破力极大，因此在设计时应尽量避免立柱饰板受到气帘的直接冲击。

另一种是顶棚等软内饰零件传递的气帘爆破传导力。软内饰零件为柔性零件，且可以通过匹配结构控制其传力方向和大小，因此对立柱饰板的冲击相对容易控制。如何把侧气帘对立柱饰板的冲击力转化为软内饰零件对立柱饰板的传导力，这是我们为后续设计探究的理论基础。

2 侧气帘爆破对立柱饰板材料选用的要求

气帘爆破过程中，立柱饰板可能受到顶棚、侧气帘等周边件直接或间接冲击，对材料要求很高，因此需要采用专用材料。材料选用需要重点关注2个指标：一是简支梁缺口冲击强度，二是多轴冲击试验。

足够的简支梁缺口冲击强度能够满气帘爆破过程中，立柱饰板受到一定强度冲击力时材料不容易断裂；而多轴冲击试验合格的材料满足零件在受到一定强度冲击力时，材料即使断裂也不会脱离本体。

图2中所示1号和4号样件为气帘点爆专用材料的韧性断裂效果；而2号和3号样件为普通内饰材料的脆性断裂效果。5号样件则为脆性断裂与韧性断裂的临界状态，一般不推荐使用。

图2 多轴冲击试验后样件断口比较

3 侧气帘爆破对A柱饰板造型及结构设计的要求

3.1 A柱腔体的布置要求

根据侧气帘的安装及展开要求，侧气帘必须布置在A柱靠近胶条侧，并与其他布置隔离开来，以方便侧气帘从A柱与胶条的缝隙处弹出，且不会受到其他零件的阻碍。根据侧气帘的要求，推荐布置形式主要有2种。

一种是侧气帘织带与水管、线束等其他布置分别位于A柱安装点的两侧，保证侧气帘织带不被其他零件干扰。

另一种侧气帘安装于A柱弱化线以下，与线束等结构分别位于A柱紧固螺钉两侧而互不干扰（图3）。

图3 侧气帘推荐布置形式

3.2 气帘爆破对A柱设计的影响

气帘爆破时，会从A柱与钣金的缝隙中脱出，起到保护乘员的作用。因此A柱的设计既要满足气帘能够顺利从A柱中脱出，又要保证A柱在受到冲击时，不至于断裂甚至脱落伤害到乘客。A柱的设计需要满足以下2点（图4）。

图4 B、C、D柱与顶棚分缝推荐设计

（1）气帘爆破时A柱需打开一个缝隙，方便气帘（气帘织带）从A柱中脱出。

（2）气帘从A柱脱出过程中，不会被A柱挂到。

3.2.1 A柱打开缝隙的设计状态及要求

A柱要在气帘爆破时打开一个缝隙，方便气帘织带从A柱上顺利脱出，这就要求以下3点。

（1）A柱受到足够大的柔性力。

（2）A柱的受力方向合适。

（3）A柱打开合适的缝隙又不脱离钣金。

注意，柔性力并非气帘的刚性力，不允许气帘或织带直接将A柱打开，而是要通过顶棚传导力将A柱打开。顶棚对A柱的传导力必须足够大，这就要求搭接量足够。

经过实践验证，搭接量以≥25.0 mm为宜。A柱的受力方向要求与二级卡扣展开方向推荐夹角≤60°，极限夹角≤90°，否则顶棚对A柱的传导力对A柱打开是无效的。

最后，要使A柱打开合适的缝隙又不脱离钣金，这就需要一种二级卡扣（100 N≤一级拔出力≤150 N，以保证A柱能够打开；二级拔出力≥500 N，以保证A柱不会脱落）。二级卡扣的安装位置也有要求，一般推荐二级卡扣距离顶棚边缘60.0 mm左右，以便二级卡扣弹出时A柱能够张开足够大的角度。

3.2.2 气帘脱出不会被A柱挂到设计要求

要满足气帘从A柱脱出过程中不会被A柱挂到，需要从多个方面加以控制，根据实践经验总结如下。

（1）A柱断面不应有倒钩结构。

（2）A柱与顶棚的分缝推荐不高于门洞线且两侧不存在尖角。

（3）气帘从A柱的脱出路径不应受到A柱结构的阻碍。

（4）建议在A柱侧气帘脱出的位置设置弱化线。

（5）推荐A柱采用软包工艺或B面粘贴无纺布。

（6）A柱应避免应力集中。

（7）防止A柱侧气帘点爆路径有易碎的结构。

4 侧气帘对B、C、D柱上饰板造型及结构设计的要求

侧气帘布置在B、C、D柱饰板上方，爆破时气帘从汽车顶棚中冲出，立柱饰板只需在爆破过程中牢牢地固定在钣金上且不会碎裂。经过多方试验认证，气帘的爆破力巨大且爆破方向无法预估，而顶棚从立柱饰板的冲出力却相对容易控制。因此对B、C、D柱的设计有2个要求。

（1）气帘爆破时不允许直接冲击B、C、D柱饰板。

（2）顶棚方便从B、C、D柱饰板中脱出而不会破坏到饰板。

4.1 气帘爆破时不允许冲击B、C、D柱饰板

4.1.1 侧气帘对B、C、D柱的造型要求

B、C、D柱与顶棚的分缝不要太高，两侧应为圆角，避免过长过尖的侧翼挂到侧气帘，影响爆破。推荐设计形式如图4所示。

4.1.2 防止侧气帘钻入立柱

侧气帘爆破时钻入立柱，是常见侧气帘点爆失败现象。要防止这种现象的发生，立柱布置要求增加侧气帘导向件或导向布机构。导向件及导向布的安装要求如下（图5）。

图5 导向件及导向布的安装要求

（1）导向件或者导向布展开后F/A向边界单侧超出饰板边界10.0 mm以上。

（2）导向件或者导向布展开后C/C向边界单侧超出饰板边界5.0 mm以上。

4.1.3 饰板必须牢牢固定在钣金上

为了防止B、C、D柱饰板从车身脱落或与车身产生较大的缝隙，从而导致气帘钻入，饰板上部推荐采用镙钉连接的方式（避免气帘展开时立柱饰板的初始移动）。镙钉安装点与B柱最顶端的距离要求＜40.0 mm，螺钉扭矩2～3 N，螺钉座厚度要在3.5 mm以上，并增加螺钉座加强筋（图6）。

图6 螺钉的安装要求

4.2 顶棚方便从B、C、D柱饰板中脱出而不会破坏到饰板

顶棚的设计方法如下。

（1）控制顶棚与B、C、D柱饰板的搭接量：顶棚与B、C、D柱搭接量为8.0 mm，极限不超过10.0 mm。

（2）控制顶棚的硬度，特别是与B、C、D柱饰板搭接区域的硬度，不允许存在硬质物体如胶水等，流到与饰板匹配的边界。

（3）顶棚增加弱化线，便于从立柱中脱出。弱化线的深度为顶棚厚度的1/3～1/2。

（4）B、C、D柱饰板自身的加强结构，如B柱、C柱气帘导向加强结构等。

（5）避免立柱饰板的应力集中，如立柱拐角处R角≥2mm等。

4.3 侧气帘爆破对B柱高调滑板及按钮的影响

B柱上突出的安全带导向环或者高度调节器会影响到气帘展开，如果气帘的安装方式为向外展开，那么高度调节器位置的设计必须避开侧气帘的展开路径。除此之外，B柱上突出的安全带导向环或者高度调节器需要避免应力集中。

5 结束语

文中所给出的方案和设计数据均来源于设计实践，是多款车型侧气帘点爆试验失败后进行的经验总结。实践证明，通过合理地进行内饰件的空间布置，结合强化内饰件的结构及尺寸设计，同时对产品材质的严格管控，能够在不影响车辆内饰美观的前提下，使车辆顺利通过侧气帘低温爆破试验。