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私家车安全气囊气体发生器结构设计和壳体安装结构改进{一}、私家车安全气囊用气体发生器结构设计
近年来，我国在汽车产业方面取得的经济效益稳步增长，国内汽车总量的急剧上升使得轻、小型汽车的安全行驶已经成为汽车生产厂家和广大乘员关注的热点，汽车被动安全技术也由此进步明显。作为汽车被动安全系统的诸多组成模块之一，私家车安全气囊的相关技术也取得了较大的进步。作用于私家车安全气囊总成中的私家车安全气囊用气体发生器在汽车发生碰撞时发挥着保护人们生命安全的重要作用。当中央处理单元给一个点火信号使得气体发生器工作时，通过实验所得的合理速度以及气体质量流率，在短时间内产生大量的气体充满整个气囊气袋，由此起到保护车内人员安全免受事故伤害的目的。所以，私家车安全气囊总成中的气体发生器能否在工作时保持可靠性对私家车安全气囊在点爆之后能否正常展开起着决定性的作用。气体发生器的壳体提供具备足够强度的燃烧室腔体，确保燃烧室内的产气药剂被合理点燃，并按合理的线性燃烧速度保持可靠且稳定的燃烧田。因此，对于任意一种型号的气体发生器，使其壳体在工作时具备可靠性将作为设计气体发生器工作内容。
根据产气机理的差异性，私家车安全气囊用气体发生器主要有以下3种形式叫：
1)烟火式气体发生器，气源来自产气药剂的燃烧；
2)储气瓶式气体发生器，气源来自内部储气罐迅速释放的气体；
3)混合式气体发生器，其特点表现为内部既有产气药剂也有储气瓶。
气体发生器的壳体成型工艺和材料选择针对某型号气囊60L主驾驶座私家车安全气囊用气体发生器，壳体制造的成型工艺采用旋压成型制造壳体的材质在综合考虑经济性等各方面因素之后选用具有塑性好，易于拉拔、冲压、挤压、锻造和焊接等优点的碳素结构钢，具体材料型号为20#钢。
作为气体发生器的壳体部分，其主要作用是提供可以承受足够压力的燃烧腔体，以此来确保燃烧室内的产气药剂被点燃后可以保持合理的线性燃烧速度进行燃烧而不会发生失效。由于私家车安全气囊总成安装在方向盘上，私家车安全气囊总成中的气体发生器和驾乘人员的距离较近，因此，对壳体的基本要求是在气体发生器工作前后承受气体内压和冲击的同时保持结构规整、无碎片飞溅现象发生，各大生产厂家和机构制订的气体发生器生产技术规范对此均有明确的要求。以美国汽车工程师学会发布的USCAR标准规范文件中对气体发生器部分的说明为例，它建议对气体发生器遵照上述规范文件中所要求的试验方法来实施烟火试验，并采用相应的数学方法处理此过程中所得到的数据，计算所得出的爆炸安全系数大于1.5。
主安全气囊气体发生器系统中一个非常重要的部件是气体发生器，它的作用是以足够快的速度产生足够体积的气体，供给气囊.气体发生器较突出的特点是燃爆品，在极短的时间(0.03~0.05)s内可使环境发生剧烈变化。
{二}、私家车安全气囊壳体安装结构改进设计
1、安装结构设计
结合私家车安全气囊壳体安装问题，还要实现安装结构的改进设计。具体来讲，就是采用开口的盒式结构壳体，其侧壁设置有翻边和张开的挂钩，翻边顶面稍高。在壳体底部，设置有发生器安装孔和气袋固定环安装孔，仪表板底部设置有向下突出的支架，可以挂钩配合通孔。在安装时，可以采用冲压成形工艺进行挂钩安装，促使挂钩在壳体侧壁上自动形成，中部冲压形成凹槽，克服采用焊接或铆接方式存在的问题。在气囊点爆过程中，压力达到较大值后，壳体开口位置将产生较大变形，对壳体挂钩有一定的强度要求，所以还要做好材料的选择。综合考虑各方面需求，壳体材质选用DC04，挂钩、压环、发生器、支架均为钢材质，罩盖采用TP07003。采用该种结构，可以避免气囊点爆给仪表板带来损伤，同时也能减少壳体安装时间，为汽车装配提供便利。
2、模型建立分析
为确定结构设计效果，还要采用Catia三维绘图软件进行三维模型的建立。结合各项设计参数，可以得到相应的数学模型，然后将模型导人到HyperMesh中实现网格划分，将网格单元类型、各单元材料特性进行赋值。在仿真分析阶段，可以采用Ls-Dyna气囊壳体强度分析，完成气囊点爆整个过程的仿真分析。在Ls-Dyna中，存在有各种发生器模块，可以结合汽车车型进行相应模型的选择。在实际分析时，可以输入320kPa发生器参数。对Airbag_folder模块进行调用，则能在有限元模型导人后实现网格折叠，完成折叠参数的设置，使气袋在Z方向得到折叠。
3、仿真分析结果
从仿真结果来看，在0~4ms之间，气囊处于点爆开始阶段，气袋尚未冲出发生器，但是承受的压力值达到较大，以至于壳体内壁承受较大压力，促使开口位置发生变形，挂钩承受较大考验。在4~7ms阶段，气袋从壳体冲出，内部压力急剧减小，对壳体侧壁作用力不断增加。在7~40ms之间，壳体持续受到气袋的压力，以至于壳体开口变大。
在15~25ms之间，气袋完全展开，使发生器受到向外拉力作用。通过发生器与壳体连接部分，壳体受到向外的拉力，促使安装孔位置受到较大考验。在整个过程中，壳体材料断裂应力均比点爆较大应力大，气袋正常展开，整个点爆过程非常平稳，所以可以判定壳体强度能够满足点爆要求。从各温度条件下静态点爆试验结果来看，气袋均顺利展开，同时点爆时间符合要求。在各试验中，壳体、支架、挂钩等连接部件均为出现裂痕，气袋表面也未出现燃烧或破裂问题。因此，改进后的私家车安全气囊壳体安装结构能够满足气囊基础性能设计要求，可以为气囊安装提供便利。
通过分析可以发现，在私家车安全气囊壳体设计方面，除了考虑壳体强度问题，还要考虑壳体安装能否满足汽车装配需求。在实际设计中，在综合考虑各方面因素的基础上，实现壳体安装结构的改进设计，则能使壳体性能加可靠，同时使安装工艺得到简化，完成通用化程度高的气囊壳体设计，继而好的满足汽车生产需求。
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