淺談PAB點爆試驗儀表板骨架開裂問題優化方法

萇占波 李成 曹婉 陳婧 于來水

摘? 要：本文結合某項目包覆儀表板在PAB點爆試驗過程中出現的儀表板骨架開裂問題，分析了導致此問題的各種影響因素，并根據分析結果制定了相應的優化措施，最終經過有針對性的優化改善，解決了儀表板骨架開裂問題，也為后續項目開發積累了經驗，提供了參考。

關鍵詞： PAB點爆；儀表板；骨架開裂；優化方法

中圖分類號：U463? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1005-2550（2024）02-0028-05

Discussion on the optimization method of instrument panel framework cracking problem in PAB explosion test

Chang Zhan-bo1， Li Cheng1， Cao Wan2， Chen Jing1， Yu Lai-shui1

（1.VOYAH Automobile Technology Co.， Ltd.， Wuhan 430056， China; 2.Wuhan Champion Electronic Company Ltd.， Wuhan 430000， China）

Abstract： In this paper， the instrument panel framework cracking problem in PAB explosion test was discussed. The various factors that lead to this problem was analyzed. According to the analysis results， the corresponding optimization method was formulated. Finally， after several rounds of optimization and improvement， the instrument panel framework cracking problem was solved， which also accumulated experience for the subsequent development of the project and provided a reference.

Key Words： PAB Explosion; Instrument Panel; Framework Cracking; Optimization Method

前? ? 言

隨著汽車行業的快速發展和消費者安全意識的不斷提高，汽車的安全性能越來越受到重視，部分車企甚至把安全作為最重要的賣點進行宣傳。在此背景之下，汽車產品開發過程中對于安全性能的驗證變得愈加嚴格，尤其是對于車內乘員的安全保護。PAB是指布置在副駕駛乘員側的安全氣囊，車輛受到撞擊等意外工況時，PAB會瞬間點爆，氣袋沖破儀表板表面迅速充氣展開，對乘員頭部形成有效的保護[1]。為保證氣袋能夠按要求的位置和時刻順利展開，除了氣囊自身的發生器參數、氣袋的折疊方式要合理設置外，氣囊區域的儀表板也要進行局部弱化，保證儀表板氣囊門在氣囊點爆過程能夠按弱化軌跡打開。氣囊展開過程會對周邊環境件產生很大的瞬間沖擊力，周邊零件必須保證不能出現開裂、飛出等問題，避免可能造成乘員受傷或氣袋劃破引發的安全問題。

本文結合某項目包覆儀表板在氣囊點爆過程出現的儀表板骨架開裂問題，分析了問題原因并制定出相應的改善措施，經多輪試驗驗證，最終解決了此問題。為后續項目開發提供了參考，減少實物階段反復試錯整改，縮短項目的驗證周期及開發成本。

1? ? 問題說明

在汽車內飾儀表板產品開發驗證過程中，PAB點爆試驗是一項關鍵性能驗證試驗，關系到汽車發生碰撞時，氣囊是否能夠順利展開有效保護乘員的安全[2]。此試驗需全面考察車輛在高溫、低溫、常溫不同環境下、氣囊在高壓、低壓、常壓不同狀態下及相關零件在老化前后狀態下的綜合試驗結果。該試驗工況復雜多變，試驗數量多、周期長，歷來是內飾儀表板產品開發驗證工作中的難點。

不同主機廠及不同車型項目中對PAB點爆的試驗條件、試驗數量及結果評價標準各有不同，本文結合某量產項目中PAB點爆試驗要求及評價標準，對試驗中出現的問題進行解析說明[3]。本項目中PAB點爆的試驗矩陣要求覆蓋了高、低、常溫及高、低、常壓及老化后的樣件試驗。試驗的評價要求主要包括：a）儀表板的裝配件不能與儀表板分離，儀表板不能出現斷裂；b）儀表板原則上不允許有任何硬質飛濺物，軟質飛濺物數量、重量及區域滿足項目評價標準；c）氣囊打開后，氣囊門必須與儀表板連接在一起，在所有可接觸的表面，任何區域都不能具有傷害性；d）氣囊門必須完全開啟；e）氣囊袋必須完全打開并充滿；f）氣囊門打開時間必須滿足項目要求。PAB點爆試驗的大致過程如圖1所示。

本項目在進行低溫常壓條件下的PAB點爆試驗過程中，出現儀表板骨架斷裂現象，不滿足試驗評價要求，試驗后的儀表板骨架照片如圖2所示：

2? ? 原因分析

本項目中，儀表板PAB區域采用U型氣囊門，詳細設計方案如下：氣囊框采用TPO材料，注塑鉸鏈加網布，通過振動摩擦焊與儀表板上蓋板連接，儀表板上蓋板骨架材料為PP-LGF20，包覆3Dmesh+PVC表皮，PAB氣囊體積120L，為沿用之前項目，通過兩側螺栓與儀表板上蓋板預裝，氣囊兩側通過金屬掛鉤勾到氣囊框對應的掛接孔區域，儀表板上蓋板通過螺接+卡接固定到儀表板骨架上，氣囊底部有兩個支架通過螺栓與CCB管梁連接。除此之外，氣囊區域一個重要的環境件三聯屏，通過螺接+卡接+hook掛接固定到儀表板骨架上，詳見圖3儀表板氣囊區域斷面圖。

儀表板骨架開裂的直接原因是開裂位置受到的應力超過了零件的屈服極限。首先，從PAB點爆過程力的傳遞路徑進行分析：采用U型弱化的安全氣囊蓋板在氣囊填充過程中，其中下部會出現一片高于其四周區域應力較大的區域， 上蓋板也會同時受到沖擊，這些沖擊力都會傳遞至儀表板骨架，主要的應力傳遞路徑有以下三條：

第一條路徑是氣囊點爆過程，氣袋沖擊儀表板上蓋板的氣囊門區域，氣囊門受沖擊力后打開過程會帶動儀表板上蓋板向上向后變形，儀表板上蓋板與儀表板骨架在此區域是通過圖4所示的螺接點和卡節點連接的，儀表板上蓋板的位移會通過此四個位置傳遞給儀表板骨架的連接點位置。

第二條路徑是氣囊點爆過程，氣囊殼體在X方向上（前后方向）會受氣袋的擠壓發生膨脹變形，實際測量單邊最大變形量10mm左右，變形后的殼體擠壓氣囊框，氣囊框變形在根部加強筋位置擠壓儀表板骨架，如圖5所示：

第三條路徑是氣囊點爆過程，氣袋展開時沖擊高出儀表板上表面的三聯屏，三聯屏產生向后的位移，帶動骨架上的安裝點位置發生形變產生應力，三聯屏受力狀態和與儀表板骨架的安裝點位置如圖6所示，三聯屏與儀表板骨架的連接點分布如下：兩個螺接點，為卡接點，為兩個hook掛接點。

結合以上三種應力傳遞路徑，分解儀表板骨架開裂的影響因素如下表1所示，排除不同傳遞路徑下的重合因素，共計有9條影響因素，下面針對每條影響因素進行詳細分析。

影響因素1儀表板骨架強度不足，初步判定是骨架開裂的關鍵原因之一，進一步進行強度不足的原因分解有三個方面的因素：零件結構設計強度不足，儀表板骨架基礎料厚2.2mm偏小，且骨架開裂區域有導致應力集中的薄弱點如圖7所示；零件存在注塑工藝缺陷，檢查樣件狀態不存在明顯的熔接痕等工藝缺陷；零件材料強度不足，儀表板骨架材料在低溫下的缺口沖擊強度偏低，有提升的空間[3]。

影響因素2儀表板上蓋板固定點強度不足，上蓋板與骨架的螺釘連接處骨架強度不足，點爆過程上蓋板帶動骨架螺釘連接區域，導致骨架開裂，通過手工試制樣件在上蓋板與骨架螺釘連接處增加結構加強支架與CCB連接，經試驗驗證，儀表板骨架開裂現象有改善，初步判定此影響因素為主要影響因素之一[4]。

影響因素3上蓋板弱化參數不合理，氣囊門打開力過大，通過調整上蓋板的弱化參數，氣囊門的靜態打開力已減小到與其他項目大小相當水平，進行試驗驗證仍然存在骨架開裂，此影響因素非主要原因。

影響因素4氣袋展開沖擊力偏大，此氣囊為其他項目沿用，狀態一致，初步判斷非主要原因。

影響因素5氣囊框強度不足，氣囊框材料為TPO，本身具有一定彈性，受力時會產生形變，所以該零件對骨架的擠壓力不會很大，對標其他車型所用材料一致，初步判斷非主要原因。

影響因素6氣囊框與儀表板骨架預留間隙不足，氣囊框和儀表板骨架距離最小位置為氣囊框側邊與底邊的加強筋，將加強筋削掉一部分并涂紅顏料進行試驗驗證，如圖8所示，試驗后紅色顏料未接觸儀表板骨架，但骨架仍然開裂，初步判斷非主要原因。

影響因素7氣囊殼體強度不足，通過手工試制樣件在氣囊殼體周圈增加起加強作用的加強圈，再進行試驗驗證，試驗后金屬殼體變形量減小至5mm左右，儀表板骨架仍開裂，初步判斷非主要原因。

影響因素8三聯屏凸出儀表板表面高度太大，初步判斷此高度會影響氣囊展開過程三聯屏及骨架的受力大小，但為滿足造型要求，暫不做更改，從其他影響因素角度去優化改善。

影響因素9三聯屏固定點強度不足，通過手工試制樣件在三聯屏固定點處增加結構加強支架與CCB連接，經試驗驗證，儀表板骨架開裂現象有明顯改善，初步判定此影響因素為主要影響因素之一。

3? ? 措施制定及效果驗證

根據前文的原因分析結果，綜合考慮主要影響因素1、2和9，制訂如下幾項改善措施：

（1）優化儀表板骨架材料PP+LGF20的韌性，提升材料在低溫環境下的缺口沖擊強度。經驗證，通過調整材料成分，儀表板骨架材料在低溫-40℃下的缺口沖擊強度提升了約22%，然后進行PAB點爆試驗驗證，骨架仍存在開裂，僅實施此項改善措施無法解決此問題。

（2）優化儀表板骨架結構，局部料厚增加，薄弱位置進行加強，與上蓋板及三聯屏的安裝點位置進行加強[5]。儀表板骨架改善前后的結構對比如圖9所示，圖示區域零件的局部料厚由2.2增加至2.8，在位置處優化了骨架工藝缺口，薄弱點進行了加強，在位置處加強了骨架和上蓋板的安裝孔處強度，在位置處，增加了加強筋，原加強筋也增加了厚度，在位置處型面進行了優化，原大平面上增加凸臺特征進行加強。改善后的樣件進行PAB點爆試驗驗證，骨架開裂仍未解決，改善措施（1）（2）同時實施仍無法解決此問題。

（3）儀表板骨架與上蓋板及三聯屏的安裝點位置增加金屬加強板與CCB連接，進一步提升連接點處強度。如圖10所示，金屬加強板材料DC01，料厚1.2mm，在位置處金屬加強板與儀表板骨架及三聯屏固定點通過螺接連接，位置處金屬加強板與儀表板骨架及儀表板上蓋板通過螺釘連接，位置處金屬加強板與儀表板骨架及CCB支架螺釘連接，位置處④⑤⑥⑦金屬加強板與儀表板骨架螺釘連接。

改善措施（1）（2）（3）同步導入后，進行PAB點爆試驗驗證，骨架未出現開裂，如圖11所示，措施驗證有效。

4? ? 總結

本文針對儀表板靜態爆破過程出現的問題從零件的材料選擇、結構設計、零件的裝配、焊接工藝、注塑工藝、弱化工藝等可能導致點爆試驗失效的影響因素進行了詳細的分析，并從中識別主要原因，進行有針對性的快速迭代更改，解決了儀表板氣囊爆破試驗當中出現的開裂問題。為后續項目儀表板氣囊區域的結構設計方法和爆破試驗問題分析思路提供了參考，減少實物階段反復試錯整改，縮短項目的驗證周期并降低開發成本。

參考文獻：

[1]李光耀.汽車內飾件設計與制造工藝[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2]曹渡等．汽車內外飾設計與實踐[M].北京：機械工業出版社，2011．

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[4]戰仕海.汽車儀表板的設計與分析研究[D].遼寧：大連理工大學，2013.

[5]林宇.轎車儀表板及骨架的優化設計與試驗驗證[D]：長春：吉林大學，2013.