浅谈侧气帘展开试验对立柱护板的设计要求

杨光亮 李浩 秦锐 王慧焕 于来水

摘  要：乘用车在增加侧气帘后，立柱护板和顶棚等饰件的配合结构和材料物性需要做适应性匹配设计，以满足侧气帘的爆破要求。本文通过收集典型车型的竞品信息，结合项目开发的实际情况，提出了侧气帘周边立柱护板断面设计和结构设计要点，顺利通过了侧气帘在极限高低温等试验工况要求。

关键词：立柱护板；侧气帘；点爆

中图分类号：U467.3       文献标识码：A      文章编号：1005-2550（2023）02-0043-05

Talking About The Design Requirements Of The Pillar For The Side Curtain Airbag Test

YANG Guang-liang， LI Hao， QIN Rui， WANG Hui-huan， YU Lai-shui

（ VOYAH Automobile Technology Company Ltd. Wuhan 430000， China ）

Abstract： After the addition of side curtain airbag for passenger cars， the matching structure and material properties of decorative parts such as pillar and top ceiling need to be adaptively matched to meet the blasting requirements of side curtain airbag. By collecting the competitive product information of typical models and combining with the actual situation of the project development， this paper put forward the key points of cross-section design and structural design of the pillar around the side curtain airbag， and successfully passed the test requirements of the side curtain airbag in extreme high and low temperature.

Key Words： Pillar; Side Curtain Airbag; Explosion

楊光亮

毕业于湖北工业大学，学士学位，现就职于岚图汽车科技公司，任立柱侧围工程师，主要从事于研究汽车内外饰件的设计开发工作。曾在《汽车科技》专刊上发表论文《免喷涂聚丙烯材料的应用研究》，并获得东风科协二等奖。

前    言

目前侧气帘已经作为法规要求广泛运用于汽车安全系统，特别是中保研和中汽研的安全评价，越来越引起主机厂和顾客的关注。

在整车碰撞时，侧气帘主要对乘车人的头部进行保护。A柱、B柱、侧窗玻璃，在整车碰撞产生的巨大冲击力下破裂、变形，与人体头部碰撞造成人体损伤，而侧气帘就充当了防护墙的作用。当侧气帘点爆时，原本折叠的气袋迅速膨胀，巨大的冲击力将顶棚掀起，气袋沿顶棚与立柱护板的分缝展开，从而起到保护乘客的目的（见图1）。

汽车内饰立柱护板是侧气帘安全系统中不可缺少的一部分，在气帘爆破过程中既要满足一定程度的变形使气帘能够顺利展开，也要满足一定的强度，使其在巨大的冲击力下不会碎裂、脱落。本文通过实际项目经验总结出系统的立柱护板设计要求，对于后期项目具有重要的参考和借鉴意义。

1    岚图侧气帘点爆对于立柱护板的要求

岚图汽车对侧气帘点爆的极致追求主要体现在飞溅物要求和极限工况这两个方面，下表1是岚图汽车与行业一般要求的对比：

1.1   飞溅物要求

当整车发生碰撞时，侧气帘气体发生器中的物质会迅速发生分解反应，短时间内产生大量气体充满气袋，气袋充气膨胀冲击顶棚及立柱护板。若顶棚或立柱护板破裂，碎片会以高速飞出伤害人体。一般硬质飞溅物主要指PP类、PC-ABS类注塑或模压件碎片，软质飞溅物包括泡沫、织物等碎片，产生的这些飞溅物均存在高速飞行中伤害驾乘人员的风险，因此岚图要求在点爆过程中禁止任何硬质和软质飞溅物的产生。

1.2   极限工况

安全气帘在不同的温度和装药量条件下，也会有性能上的差异。高温环境下反应气体活性较高，漏白时间变短，气袋对立柱护板和顶棚产生的冲击力也越大，立柱护板和顶棚也更加容易产生飞溅物，特别是高装药量时，会加剧这种风险，给立柱护板的选材和结构设计带来不少挑战。岚图汽车增加了高温高爆、低温高爆/低爆的工况试验，以确保用户的用车安全。

为了实现以上高标准的安全要求，岚图对立柱护板在材料、结构方面有以下相关要求。

2    立柱护板的材料选择要求

立柱护板材料的选择是影响气帘安全性能的关键因素，其既要抵抗气袋在高温、低温和常温下的冲击，避免碎裂飞溅物的产生，也要满足一定的外观、成本要求。立柱护板材料一般选用PC-ABS类和PP类两种，这两种材料在抗冲击性、韧性和耐环境老化方面有着不错的表现，而在具体的选型和结构设计上略有不同。

2.1   成本和外观维度

由于PP材料相对于PC-ABS成本低，所以PP具备成本优势，但是PP相对于PC-ABS刚度较差，变形也存在风险，从而造成尺寸稳定性也差。

从外观的角度考虑，PC-ABS的光泽度较高，为了避免与周边件的光泽差异，一般不建议用在皮纹件，建议用在低压注塑或包覆的零件上，PP材质适用于皮纹件、低压注塑的零件上，对比见表2。

2.2   物性维度

根据具体的试验要求，参考材料物性表选择合适的材料，主要关注以下材料参数：

1）23℃的缺口冲击强度

塑料的冲击韧性是工程应用上的一项重要的性能指标，它反映不同材料抵抗高冲击导致破坏的能力，冲击强度用于评价材料的抗冲击能力或判断材料的脆性和韧性程度，因此冲击强度也称冲击韧性。按照经验推荐常温冲击强度≥45KJ/m2，这需要结合不同主机厂和立柱护板本身的结构要求而定。

2）-30℃的缺口冲击强度

此指标随着温度降低，在某一温度范围内，缺口冲击试样的断裂形式由韧性断裂转变为脆性断裂，这种断裂形式的转变，通常用一个特定的转变温度来表示，该转变温度在一定意义上表征了材料抵抗低温脆性断裂的能力。由于气帘试验有一个工况，就是低温-35℃的点爆，为了降低低温工况下侧面碰撞对于乘客的影響，立柱护板建议采用耐低温且韧性比较好的材料，所以-30℃的缺口冲击可以视同关键指标；按照经验推荐低温冲击强度≥4KJ/m2，对标目前主流车企，车企1要求≥3KJ/m2，车企2≥3.5KJ/m2，车企3≥3.5KJ/m2，但是以上只是推荐，具体需要根据立柱护板本身的结构进行选定。

3    立柱护板的结构要求

根据以往车型内饰立柱护板产品经验和大量竞品对标，总结出以下几个设计要点：

3.1   立柱护板与顶棚分缝形式

1）A柱护板与顶棚的分缝处不能有尖角，尖角易冲击破裂产生飞溅物。斜分缝形式会导致A柱护板与顶棚的分缝处存在尖角，故不建议采用斜分缝形式（见图2）：

以下是几款成熟的A柱护板与顶棚分缝案例，A柱护板与顶棚均采用平直分缝处理，在保证产品美观的同时，确保了气帘安全性能（见图3）：

2）B柱护板与顶棚的分缝也要避免在B柱护板两端形成细长的“耳朵”，以防止 “耳朵”破裂产生飞溅物（见图4）：

以下是几款成熟的B柱护板与顶棚分缝案例，通过B柱护板型面设计成功规避了两侧的细长形状，在保证产品美观的同时，确保了气帘安全性能（见图5）：

3.2   立柱护板与顶棚搭接量

立柱护板与顶棚搭接量需要考虑气袋展开的需求，特别是A柱护板与顶棚的搭接量不宜过大，建议搭接量在8-10mm，搭接量过大会影响气帘在A柱护板、顶棚内部的正常展开，而搭接量过小会导致顶棚与立柱容差不足，容易在耐久条件下出现离缝等外观问题（见图6）：

3.3   A柱护板内部结构应该考虑气帘展开的路径

A柱护板加强筋布置的排列高度应均匀，在拉带的释放路径上不能存在阻碍拉带释放的结构（见图7），以保证气帘点爆的瞬间不会因为增强的加强筋倒挂导致点爆失效。

3.4   A柱护板固定点位置与A柱护板横向尺寸比例建议：A/B≤1/3

侧气帘在展开过程中，会对A柱护板卡扣座产生较大的冲击力，需要给予气帘足够的展开空间，避免侧气帘和卡扣座距离过近导致卡扣座在气帘展开时断裂（见图8）：

以下是几款成熟的A柱护板固定点位置的设计案例，均采用推荐的比例，有效的预留了气帘展开空间（见表5）：

3.5   B柱护板上部区域导向结构

1）B柱护板上部导向结构，避免气袋展开过程中冲击B柱护板，造成B柱护板脱落，其相关建议如下：

导向面和Z向的导向角建议A≥120°，导向面延伸面和饰板的Z向距离建议B≥2mm （见图9）：

以下是几款成熟的B柱护板气帘导向设计案例均采用导向结构，保证了气帘安全性能（见表6）。

2）分体式支架要求

当B柱护板上无法做导向时，一般需要增加一个单独支架对气帘展开起到导向作用，导向面在XY方向上（车身坐标）要能够覆盖住B柱护板，以避免气袋展开过程中冲击B柱护板，其相关建议如下（见图10）：

A、导向面与B柱护板的Y向距离≥5mm，极限3mm（在Y向能够遮挡住B柱护板）；

B、导向面和B柱护板的Z向距离≥10mm；

C、导向面和Z向的导向角度≥120°；

D、导向面两端覆盖B柱护板距离≥10mm（在X向能够遮挡住B柱护板）。

4    总结

本文根据大量的产品对标和实际项目经验，探讨了立柱护板对于侧气帘点爆的影响，总结了立柱护板材料要求及结构设计要点，结论如下：

1）PP材质优点成本低，缺点是低温脆性、容易飞溅、尺寸公差大；PC-ABS材质优点强度高、尺寸稳定性好，缺点是成本高，光泽度高，需要根据产品和项目的实际需求选择合适的材料，在选择材料的同时需要关注相关的冲击性能，以保证高温、常温和低温的冲击无断裂和飞溅物；

2）总结和归纳了立柱护板在进行断面设计造型可行性分析时，需要满足侧气帘爆破要求的各个设计要点。通过合理地进行立柱护板的分件和造型优化，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静态展开试验，减少后期项目改模或重新开模的风险，为项目进度和质量提供有力的保证。

参考文献：

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[2]许庆超，陈江华，田亚文.立柱护板基于侧气帘配置下的设计要点[C]. 第十五届河南省汽车工程科技学术研讨会，2019，第三期：55～56.

[3]温艳清. 汽车侧面帘式气囊配置下相关零件优化[J]. 汽车工程师，2014，第六期：37～38，43.

[4]宋德福. 装配侧气帘汽车的内饰件设计要点[J]. 汽车工程师，2014，第一期：19～21.

专家推荐语

梁   军

东风汽车集团技术中心

车身内饰专业副总师  研究员级高级工程师

本论文内容丰富详实，对以往的工作进行了细致的经验总结，论证过程准确无误，有很强的实用性，具有较好的推广和借鉴意义。