新材料与工艺手册

[内外饰及附件轻量化] 创新材料技术让气体发生器更轻巧

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发表于 2012-4-29 15:02:27 | 显示全部楼层 |阅读模式

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TRW用于驾驶者侧面安全气囊模块的气体发生器,已经减掉了原重的2/3。这些研发成果的获得,主要归功于新的推进剂配方、壳体的高档用材,和先进的焊接技术。

安全气囊气体发生器,被称为汽车上众多的“无名英雄”技术之一。这些复杂的部件,与化工、机械、电气和材料科学等技术紧密相关。它们常年待命于转向盘、仪表板、B柱和座椅中,在关键时刻发挥作用。一旦发生紧急情况,需要立即对来自车载碰撞传感器的信号做出反应。
气体发生器尽管对汽车安全至关重要,但也毫无例外地面临着减小尺寸、降低重量和削减成本的压力。新能源传动系统的快速发展,包括嵌入式电动车,对这些安全第一线的零部件的设计提出了更高的要求。 TRW的DI10气体发生器系列已取得很大的技术进步,DI10气体发生器通常用于驾驶者侧面安全气囊模块,现在也用于其他乘员座位的紧凑型模块中。轻量化和模块化是主要开发的目标,通过广泛使用通用部件、先进的推进剂配方、工程及制造方面的全球化理念来推进模块化的进程。 盘式气体发生器是一个简单但设计精准的设备,由不锈钢壳体和带孔的扩散体、点火管、点火器、滤芯(降低气体温度,并防止热粒子溢出进入气囊)、推进剂、起爆药和填充物外壳(防止车的振动把推进剂片分解成粉状)组成。到目前为止,该气体发生器中最重的部件是壳体,因为壳体必须有足够的强度和厚度来承受系统工作所需的压力。 TRW改良后的推进剂配方帮助降低了气体发生器的燃烧压力,进而降低壳体重量。
安全系数
DI10.1气体发生器上一代产品的充气压力约为350bar,由于所需的安全系数是350bar的1.7倍,这就意味着材料所需承受的压力在600bar左右。 如果主压力可以减少到约220bar,那么设计壳体时就只需考虑承受400bar的压力。如此一来压力降低1/3,不锈钢壳体也相应变薄。这也是TRW的开发工程师成功减轻气体发生器重量的一个重要因素。 经过工程师们的努力,目前DI10.1、DI10.2单级、双极气体发生器的重量已大幅减轻。例如,用于65L气袋的气体发生器(驾驶者侧)的重量减轻了53%,从750g减少到350g,用于130L气袋的气体发生器(乘员侧)的重量减轻了66%,从1500g减少到500g。 目前正在使用的推进剂是GuNi,主要成分为硝酸胍,通过添加一些专用的化学成分对其进行改性,以达到TRW所需要的化学性能。仅仅改变2%~3%的混合物,推进剂的性能就完全改变。这个精密配方是TRW目前拥有的一大优势。 而早期的DI10.1气体发生器使用的是NiGu(硝基胍)推进剂,从压力角度来说很好,但其喷出(exit)温度较高,约1100°K。安全气囊模块开发工程师正在寻找替代方法,以避免任何可能来自气袋材料的压力。
温度问题
虽然GuNi看似最佳的选择,但是,进行配方时,在燃烧温度和气体释放量之间必须达到一个平衡。例如,当GuNi 80释放占其80%重量的气体时,燃烧温度就偏高。因此这种类型的推进剂主要被用于混合气体发生器——充气瓶(其烟火装置用来打开瓶盖)。GuNi 65以更低的温度燃烧,但仅释放65%的气体。TRW认为,最好的选择,是基于GuNi 75的配方。 TRW的GuNi 75产品被称为低压GuNi LP。使用该配方的主要目的不是降低温度,而是降低燃烧压力。其喷出温度约为850°K,在150~200bar时燃烧。该产品已在一年半前投入量产。 惰性气体环境中的激光焊接也已被推出,以确保碳钢充气外壳完全无泄漏。这项技术满足了360度的焊接和精确测量,且能够控制用于焊接的能源输入。因此该气体发生器可以经受车辆生命周期内的任何环境条件的考验。 建立在模块化设计基础上的标准化产品,为TRW盘式气体发生器的全球化生产进程铺平了道路,可用来进行“本土”装配的部件装配包(construction kits of parts)的开发。 目前,Aschau正积极出产DI10.1气体发生器,这里的研发团队拥有120多名人员。2010年8月,DI10.2已于2010年8月开始小批量生产。TRW在中国成立的一家合资企业,将于2011年初投产DI10.1。而位于美国亚利桑那州Mesa的工厂也将于2012年开始生产DI10.2气体发生器。 DI10.1和DI10.2使用的是通用部件,因而具有相当大的成本优势,其通用部件覆盖到气体发生器的各个高度与尺寸,即40mm、50mm和60mm。
模块化方法
对于DI10.1来说,50%~70%的部件可以在不同型号间通用。对于DI10.2来说,40mm和60mm高的气体发生器,约50%的部件可以通用。而DI10.1和DI10.2有20%~30%的零部件可以共享。模块化方法,让TRW能够把具有同等级质量和性能的气体发生器交付给全球客户,同时也满足各国的法规要求,如FMVSS 208、EuroNCAP、C-NCAP和JapanNCAP。 部件装配包基于63mm的直径标准,应用于面向驾驶者和乘员安全气囊的各种气袋尺寸要求。许多零部件可以互换,并有多种法兰安装选项,包括可以按需附加一个减振器。 TRW相信,DI10系列的设计概念完全能够满足未来全球市场对重量、外形尺寸、质量和成本的需求,此设计理念也已得到客户认可。来自整车制造商的反馈表明,模块的可扩展性是他们选择配件产品的首要理由。
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