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        私家車安全氣囊殼體設計分析與殼體安裝結構改進

        發布日期:2021-12-14 發布者:德幫汽車

          [一]、私家車安全氣囊殼體設計分析
          伴隨著經濟的快速發展,人們的物質生活水平不斷提高,促使汽車產業得以加快發展。而在汽車數量不斷增加的情況下,汽車安全問題引起了人們的關注。私家車安全氣囊作為重要的被動安全技術,能否正常發揮功能與殼體結構設計有著緊密聯系。因此,還應加強對私家車安全氣囊殼體及其安裝結構分析,以便好的完成氣囊系統設計。
          1、殼體結構分析
          在私家車安全氣囊系統中,包含氣體發生器、傳感器、微處理器、氣囊模塊等主要部件。氣囊模塊存放在殼體容器中,在發生器點爆瞬間在高溫高壓氣體沖擊下將氣袋展開。所以殼體為氣囊模塊重要的零件之一,可以加強模塊保護,確保模塊在氣囊設計壽命內不被外部侵蝕,以免氣囊提前老化。而殼體不僅需要耐腐蝕,同時也需要耐高溫和高壓,能夠發揮吸收點爆能量的作用,以免氣囊模塊在爆炸的瞬間被破壞。在氣袋展開的瞬間,殼體還要對其展開方向形成引導,保證乘客安全。所以從殼體結構上來看,其擁有喇叭的形狀,能夠實現對氣袋展開方向的多方位約束,并且能夠與氣囊罩蓋連接,以免氣袋沖出時出現罩蓋飛出儀表板的情況。因此在殼體側壁,設計有掛鉤,能夠對罩蓋進行固定。
          2、殼體安裝連接
          私家車安全氣囊殼體在與儀表板連接時,還要安裝在氣囊框的窗口位置。從主流車型殼體安裝情況來看,主要采用沖壓后焊接成型工藝進行殼體安裝。采用該種連接方式,在焊接位置容易產生殘渣,導致氣囊展開過程中被割破,甚至出現焊點位置脫焊的情況,給人員生命安全帶來較大威脅。而采用鉚接的方式,需要利用螺栓對氣囊和儀表板進行緊固。采用該種剛性連接方式,氣囊在點爆過程中容易導致儀表板開裂或螺栓脫落,也可能出現飛濺物。針對這一問題,目前通常在儀表板背面進行內嵌金屬門蓋的設計,并利用螺栓對其基座進行了加固。采用該種設計方式,導致氣囊安裝時間過長,不利于實現汽車的批量裝配。
          安全氣囊的控制研究主要包括兩個方面,一是研究點火控制,另一個是研究安全氣囊的體積形擾放氣特性等。目的是為了使負氣囊發生器能夠準確地點火,防止誤點火(不該點火而點火升漏點火(應該點火而沒有點火)和遲點火(點火時間太晚);研究二個問題的目的是為了盡可能保護乘員。
          [二]、私家車安全氣囊殼體安裝結構改進設計
          1、安裝結構設計
          結合私家車安全氣囊殼體安裝問題,還要實現安裝結構的改進設計。具體來講,就是采用頂端開口的盒式結構殼體,其側壁設置有翻邊和張開的掛鉤,翻邊頂面稍高。在殼體底部,設置有發生器安裝孔和氣袋固定環安裝孔,儀表板底部設置有向下突出的支架,可以掛鉤配合通孔。在安裝時,可以采用沖壓成形工藝進行掛鉤安裝,促使掛鉤在殼體側壁上自動形成,中部沖壓形成凹槽,克服采用焊接或鉚接方式存在的問題。在氣囊點爆過程中,壓力達到較大值后,殼體開口位置將產生較大變形,對殼體掛鉤有一定的強度要求,所以還要做好材料的選擇。綜合考慮各方面需求,殼體材質選用DC04,掛鉤、壓環、發生器、支架均為鋼材質,罩蓋采用TP07003。采用該種結構,可以避免氣囊點爆給儀表板帶來損傷,同時也能減少殼體安裝時間,為汽車裝配提供便利。
          2、模型建立分析
          為確定結構設計效果,還要采用Catia三維繪圖軟件進行三維模型的建立。結合各項設計參數,可以得到相應的數學模型,然后將模型導人到HyperMesh中實現網格劃分,將網格單元類型、各單元材料特性進行賦值。在仿真分析階段,可以采用Ls-Dyna氣囊殼體強度分析,完成氣囊點爆整個過程的仿真分析。在Ls-Dyna中,存在有各種發生器模塊,可以結合汽車車型進行相應模型的選擇。在實際分析時,可以輸入320kPa發生器參數。對Airbag_folder模塊進行調用,則能在有限元模型導人后實現網格折疊,完成折疊參數的設置,使氣袋在Z方向得到折疊。
          3、仿真分析結果
          從仿真結果來看,在0~4ms之間,氣囊處于點爆開始階段,氣袋尚未沖出發生器,但是承受的壓力值達到較大,以至于殼體內壁承受較大壓力,促使開口位置發生變形,掛鉤承受較大考驗。在4~7ms階段,氣袋從殼體沖出,內部壓力急劇減小,對殼體側壁作用力不斷增加。在7~40ms之間,殼體持續受到氣袋的壓力,以至于殼體開口變大。
          在15~25ms之間,氣袋完全展開,使發生器受到向外拉力作用。通過發生器與殼體連接部分,殼體受到向外的拉力,促使安裝孔位置受到較大考驗。在整個過程中,殼體材料斷裂應力均比點爆較大應力大,氣袋正常展開,整個點爆過程非常平穩,所以可以判定殼體強度能夠滿足點爆要求。從各溫度條件下靜態點爆試驗結果來看,氣袋均順利展開,同時點爆時間符合要求。在各試驗中,殼體、支架、掛鉤等連接部件均為出現裂痕,氣袋表面也未出現燃燒或破裂問題。因此,改進后的私家車安全氣囊殼體安裝結構能夠滿足氣囊基礎性能設計要求,可以為氣囊安裝提供便利。
          通過分析可以發現,在私家車安全氣囊殼體設計方面,除了考慮殼體強度問題,還要考慮殼體安裝能否滿足汽車裝配需求。在實際設計中,在綜合考慮各方面因素的基礎上,實現殼體安裝結構的改進設計,則能使殼體性能加可靠,同時使安裝工藝得到簡化,完成通用化程度高的氣囊殼體設計,繼而好的滿足汽車生產需求。


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