王蕾，王紅

(延鋒百利得(上海)汽車安全系統(tǒng)有限公司，上海 200235)

車用功能性織物預切口設計分析

王蕾，王紅

(延鋒百利得(上海)汽車安全系統(tǒng)有限公司，上海 200235)

對汽車內飾用功能性織物預切口設計進行研究，針對預切口高速動態(tài)打開功能建立拉伸試驗方法測量靜態(tài)打開力，依據(jù)滿足動態(tài)打開功能要求的關鍵參數(shù)定義靜態(tài)打開力值，從而定義關鍵參數(shù)之間的數(shù)學公式。所獲得的數(shù)學公式可以減少動態(tài)功能驗證和優(yōu)化關鍵參數(shù)設計，縮短汽車內飾功能性織物預切口開發(fā)周期。該方法為汽車產品功能性織物有預切口動態(tài)打開功能的設計提供參考。

織物；預切口；動態(tài)打開力；靜態(tài)打開力；數(shù)學公式

0 引言

當前，汽車用織物越來越多,車用織物主要分裝飾織物和功能性織物。

對于車用裝飾織物，主要需滿足舒適美觀、經濟耐用、抗氣候、抗油污、環(huán)保等需求。此類織物一般柔軟、手感好、圖案新穎、結構設計靈活性強、色牢度穩(wěn)定、美學性佳,耐磨、耐壓、不起球、尺寸穩(wěn)定,抗氣候、拒油污,對人體無刺激、無異味、無毒、無害[1]。

對于車用功能性織物，主要用于安全氣囊囊袋及包裹布、輪胎用紡織品、安全帶織帶等，這類織物通常要求具有強度高、韌性強、抗紫外線和耐磨等特點。經常，功能性汽車用紡織品又要求兼具裝飾性。

在車用功能性織物中，氣囊相關織物承擔著車輛碰撞過程中保護乘員的作用。在應用中，為滿足某種特定功能要求，需對氣囊織物進行預切口，以滿足氣囊高速動態(tài)展開過程中織物預切口能在擬定的時間內斷裂。因氣囊工作過程少于100 ms，而織物的預切口在更短的時間一般小于30 ms內需完成斷裂。此過程發(fā)生在很短的時間內，一般只能通過高速攝像機記錄氣囊點火起爆展開過程，通過氣囊展開過程來判定織物預切口設計是否滿足功能要求。而氣囊點火起爆驗證費用高，且所用零件為破壞性使用。文中所研究的內容為：依據(jù)目前氣囊織物預切口設計，找到一種靜態(tài)驗證方法替代氣囊點火起爆驗證方法，且通過此靜態(tài)驗證方法能找到氣囊織物預切口設計關鍵參數(shù)之間的數(shù)學公式。

1 建立靜態(tài)驗證方法

對于有預切口的氣囊織物，織物上切口設計一般如圖1所示。

圖1 氣囊織物預切口的設計參數(shù)

在長度為L(mm)的織物上，具有n-1個長度為X1(mm)的連接點用于連接n個長度為X2(mm)的切口，兩端具有兩個可變的連接點。L

在實際氣囊點爆工作時，織物上的切口會在很短時間內從中間連接點往兩邊斷裂，實現(xiàn)其功能。現(xiàn)研究采用靜態(tài)拉伸使切口斷裂來進行切口設計參數(shù)研究。后續(xù)會通過實際點爆來驗證參數(shù)設計是否滿足功能要求。

如圖2所示為擬采用的靜態(tài)拉伸試驗方法，拉伸速度為305 mm/min,拉伸固定夾兩端之間的距離為145 mm，且與切口對稱分布，兩個固定夾中心正對L中心。

圖2 氣囊織物預切口拉伸試驗方法

對于圖1 中所示氣囊織物預切口設計，較常見的參數(shù)設計為L為145 mm、5個26 mm的切口、4個2.5 mm的連接段。采用圖2所示方法進行拉伸試驗時，測量5次所獲得的最大載荷平均值為496 N。

同時該切口設計在氣囊裝配過程驗證中能正常裝配而不在裝配過程中就出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，該切口設計在點爆功能驗證中能正常打開，符合氣囊設計相關要求。

2 切口參數(shù)設計與靜態(tài)拉伸打開力關系研究

在建立的靜態(tài)拉伸方法基礎上，對氣囊織物預切口設計中主要設計參數(shù)切口長度及數(shù)量、連接段長度及數(shù)量與靜態(tài)拉伸斷裂時的打開力之間的關系進行試驗設計和分析。

對于圖1中L=145 mm的氣囊織物，調整連接段X1從1.5

至5 mm，數(shù)量從2至4，對應的切口長度從26到44 mm，對每種設計進行3次靜態(tài)拉伸測試，將獲得的最大載荷取平均值，結果如表1所示。

表1 連接段和切口不同設計時的靜態(tài)拉伸打開力值

根據(jù)表1結果進行線性回歸分析,如圖3所示。

圖3 線性回歸分析

獲得線性回歸方程為：

Y=410.40+89.72X1-7.23X2

3 切口參數(shù)設計與靜態(tài)拉伸打開力數(shù)學關系的應用研究

依據(jù)切口參數(shù)設計與靜態(tài)拉伸打開力的數(shù)學關系，靜態(tài)打開力值與X1和X2的長度有關，且呈線性關系。當一定長度織物的X1與X2確立時,n值也確立。

在應用過程中可根據(jù)

Y≤496 N

Y=410.40+89.72X1-7.23X2

L

進行X1和X2的設計選擇。

在設計氣囊織物切口時，當連接段的理論值為1.5 mm時，靜態(tài)打開力不大于496 N，理論上即滿足動態(tài)打開功能要求。

但當連接段理論值設計得小于1.5 mm，實際工藝采用激光切割對面料的損耗約0.5 mm，工藝過程的偏差導致連接點可能會小于1.0 mm，在工廠進行零件裝配時，過小的連接段在裝配過程中若受力有一定的斷裂風險,故不建議選擇小于1.5 mm的連接段設計。

同時，根據(jù)前面的描述，針對較常規(guī)的氣囊織物切口設計，496 N為已知的可接受的靜態(tài)拉伸斷裂打開力值。在設計氣囊織物時，依據(jù)表1，對靜態(tài)拉伸斷裂時打開力超過496 N的13號、15號和18號設計進行實物的氣囊點爆動態(tài)試驗驗證，均能正常撕裂打開。但在驗證15號時，撕裂的時間比其他的長得較明顯，不建議采用該設計。

另一方面，在滿足打開力的同時可以有多個設計選擇，根據(jù)成本最優(yōu)原則，可以選擇連接段較少的設計，以減少激光切割所用時間。

如表1中17號設計，2個4.5 mm的連接段、3個44 mm的切口與5個26 mm的切口、4個2.5 mm的連接段相對，前者靜態(tài)打開力488 N小于后者496 N，滿足動態(tài)功能要求。同時對比激光切割工時，一般單層會排布80個左右的樣件(每次切割15層)，大型切割機切割一次的時間為25～40 min，每套節(jié)省時間：1.38 s/個。

(1)切割單個樣件的時間節(jié)省率：

式中：t1為切割單個樣件的節(jié)省時間；t2為原來單個樣件的切割時間。

(2)按單層排布80個樣件計算，故每床節(jié)省切割時間為：1.38 s/個×80個/床=110.4 s/床。

(3)按年預測量10萬個計算，節(jié)省切割時間為：1.38 s/個×100 000個/年=138 000 s/年=38.33 h/年。

如上，通過切口參數(shù)設計與靜態(tài)拉伸打開力數(shù)學關系，根據(jù)氣囊裝配要求和氣囊動態(tài)展開要求可以選擇成本最優(yōu)的產品設計參數(shù)。

4 結論

提出了氣囊織物切口設計靜態(tài)拉伸斷裂打開力的測試方法，同時建立了氣囊織物切口設計的重要參數(shù)即連接點長度和切口長度與靜態(tài)拉伸斷裂打開力之間的數(shù)學關系。

提出一種采用靜態(tài)打開力的測試方法替代動態(tài)驗證的思路，將動態(tài)展開要求轉化為靜態(tài)的量化的產品設計要求，分析轉化后的產品設計要求與產品設計參數(shù)之間的關系。通過建立的產品設計要求與設計參數(shù)之間的數(shù)學公式，提高了產品設計的精度，減少了產品開發(fā)的周期，并節(jié)約了工藝耗時。

[1]周鳳飛,柴雅凌.車用紡織品的發(fā)展(一)[J].產業(yè)用紡織品，2002,20(6)：15-17.

DesignAnalysisofFabricPre-cutforAutomotiveInteriorTrim

WANG Lei, WANG Hong

(Yanfeng Key(Shanghai) Automotive Safety System Co., Ltd.,Shanghai 200235,China)

Static opening fore was used to analyze the dynamic opening force for fabric with pre-cut in automotive interior trim. According to the function of dynamic opening force, the static opening force was measured, and based on this static opening force, the linear relation of key design parameters was calculated. Using the built mathematics formulae, the dynamic opening force test is reduced and the key design parameters can be optimized, the design time and component developing cost can be reduced.

Fabric; Pre-cut; Dynamic opening force; Static opening force; Mathematical formula

2017-03-31

王蕾(1978—)，學士，中級職稱，研究方向為汽車被動安全。E-mail:lwang@yfkey.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.08.015

U465.9

B

1674-1986(2017)08-062-03