基于安全帶固定點強度的車身結構優化設計

張鵬 劉科志

摘 要：隨著我國汽車行業的不斷興起，汽車的安全性已經得到了社會各界的重視。安全帶是汽車安全防護系統中的重要裝置，也是汽車中必須要具備的一項防護裝置。我國的政府部門對汽車制造行業提出了明文規定，要求汽車在設計制造的過程中，必須要設有安全帶。安全帶的合理設置可以有效的提升汽車應用的安全性，減少汽車發生事故時候二次碰撞給汽車內部人員造成的危害，從而給汽車駕駛人員提供更加強力的安全保障。文章對安全帶固定點強度的車身結構優化設計進行分析，并且提出了幾點相關性淺見。

關鍵詞：汽車安全性;安全帶;車身結構設計

中圖分類號：U463 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）09-154-03

Optimization Design of Body Structure Based on Seatbelt Fixed Point Strength

Zhang Peng， Liu Kezhi

（ Kaliver （Shandong） Automotive Technology Co.， Ltd.， Shandong Rizhao 276800 ）

Absrtact：?With the rising of automobile industry in China， the safety of automobile has been paid attention to by all walks of life. Safety belt is an important device in automobile safety protection system， and it is also a necessary protective device in automobile. The government department of our country put forward the express stipulation to the automobile manufacturing industry， request the automobile in the design and manufacture process， must have the seat belt. The reasonable setting of seat belt can effectively enhance the safety of automobile application， reduce the harm caused by the second collision when the accident occurs， and thus provide more powerful safety guarantee for the automobile driver. The article holds the seat belt The strength of the body structure optimization design analysis， and put forward a few points of correlation.

Keywords： Car safety; Seat belt; Body structure design

CLC NO.：?U463 ?Document Code： A??Article ID： 1671-7988（2020）09-154-03

引言

安全帶是汽車中必須要具備的重要裝置，其設置的目的就是減少慣性對汽車駕駛人員造成的影響，在安全帶的使用過程中，安全帶可能會收到很強的力，所以，安全帶的固定點必須要有足夠的強度，可以承受足夠的拉力。如果安全帶固定點的強度不能達到標準，即使安全帶的質量再好，也不能起到防護的需要。我國政府部門對汽車安全帶設計非常的重視，已經把安全帶固定部位的檢測設立成強制性的檢測項目。安全帶固定點強度的提升可以從安全帶結構、車身材料等多個方面來進行優化設計。下文對此進行簡要的分析。

1 汽車安全帶研究現狀

在汽車的運行過程中，安全帶的使用可以有效的提升汽車駕駛的安全性，給予汽車駕駛人員更強的安全駕駛體驗。安全帶的出現甚至早于汽車的出現，十八世紀的時候，歐洲的馬車上就已經出現了帶狀的防護裝置，這就是安全帶的雛形。在汽車出現的初始時期，主要是使用皮帶把汽車駕駛人員固定在汽車上，給汽車駕駛人員帶來一定的防護功能。隨著汽車行業的不斷進步，汽車的結構也在不斷的發生改變，汽車的速度在不斷的提升，相應的，汽車出現事故的時候，事故的嚴重程度也逐漸的增加。在一九六八年的時候，美國政府部門首先做出了硬性規定，要求汽車上a必須要設有安全帶，同時對安全帶的固定強度也做出了數據規定。在當前的汽車設計制造領域，安全帶的主要應用方式為三點式，這種安全帶設計方式是由美國人發明的，三點式的安全帶設計方式具有很強的防護能力，可以在汽車發生碰撞、翻滾的時候，有效的減少對汽車駕駛人員造成的傷害，根據調查發現，在超過半數的安全事故中，汽車駕駛人員受到的傷害得到了明顯的降低，在一些嚴重的交通事故中，由于使用了安全帶，汽車駕駛人員得以幸免。八十年代的時候，安全氣囊在瑞典問世了，得到了非常廣泛的應用，當時人們認為安全氣囊的出現和應用，可以減少安全帶的使用，但是在實際的應用過程中，人們發現安全帶的重要作用是安全氣囊所不可替代的。汽車在發生碰撞的過程中，由于受到慣性的作用，汽車駕駛人員自身具有很大的加速度，從而產生很強的沖擊力，即使汽車裝設有安全氣囊，如果沒有安全帶的限制作用，也會給人體造成巨大的傷害。隨著汽車制造行業的不斷發展，安全氣囊與安全帶已經成為了汽車中不可缺少的重要防護設備，通過兩者的搭配，給汽車乘員提供了更強的安全防護，有效的降低了交通事故中人員的傷亡。無論是哪種安全帶，其固定點的強度必須要達到設計標準，可以承載一定的荷載，這樣才能在發生意外事故的時候，充分的發揮出安全帶的防護作用。

2 實車實驗結果分析

根據我國政府部門提出的要求，采用CAE的方式對汽車安全帶固定點進行仿真分析，建立一個仿真模型，增加對模型施加各種荷載，根據安全帶及固定點受力的情況，來得出實驗結果。通過這樣的方式，為汽車安全帶固定點強度的提升和設計優化工作提供一個有力的依據，通過汽車安全帶的優化設計，使汽車安全帶固定點的強度可以滿足當前的汽車設計標準。通過CAE方式的模擬驗證，可以有效的實現汽車的優化設計，減少汽車設計制造企業在其中的資金投入。本文對某品牌汽車進行實驗的過程中，汽車后排的安全帶與汽車的卷收器支架發生了明顯的干涉現象，由于這種情況的發生，造成了安全帶不能自如的進行收縮，在拉出以后不能自行的彈回到原來的位置，具體的情況如圖一所示，通過圖一可以明顯的得出，卷收器支架的螺栓旋轉方向為順時針，兩側的支架分別向不同的方向旋轉。通過分析可以認定，安全帶在使用的過程中，與卷收器發生干涉的主要原因為汽車后排座椅上的安全帶卷收器支架強度與設計強度存在一定的差距，由于卷收器支架強度不足，使得卷收器的支架在使用的過程中，在扭矩的作用下，發生了明顯的形變，造成了汽車后座安全帶不能自如的收縮，降低了汽車駕駛和乘坐的安全性。

3 安裝支架的結構優化及驗證

3.1?結構優化方案一

通過上述的實驗，可以得出相關的結論，由于汽車后排卷收器支架強度不足，引發了嚴重的干涉情況，所以，對汽車后排座椅中卷收器的支架進行優化是非常有必要的，通過支架強度的提升，可以對各種荷載有更強的抵抗力，有效的降低汽車后排卷收器在使用過程中支架發生形變的情況。卷收器支架可以由原有的整體式設計改變為分體式設計，如圖1所示，在原有的卷收器支架中，增加一個支架，采用焊接的方式，與原有的支架進行連接。為了提升支架的強度?，新增支架的強度必須要得到保證，可以使用ASPH440材料來代替210P1材料，通過材料的變更，可以有效的提升卷收器支架的強度，另外，要對支架的厚度進行調整，由原有的1.2mm增加到2.0mm，這樣可以進一步的增加卷收器支架的強度，其他的內容不需要進行變更。利用卷收器支架強度的提升，來增加卷收器支架的堅固程度，從而達到提升安全帶固定點強度的目的。

3.2?支架優化分析

在支架優化設計方案完成以后，為了驗證方案的可行性，在汽車后排座椅安全帶卷收器上施加一個壓力，壓力的大小為四十五牛頓，在施加壓力以后，要對卷收器的支架進行密切的觀察，查看在不同的狀態下，施加壓力位置發生的變化情況，并且做好相應的記錄，通過觀察可以發現，在使用整體式支架形式，并且使用210P1材料的時候，支架可以承受的最大應力為381.2兆帕，產生的最大位移為15.8mm，在采用分體式卷收器支架，使用材料為SAPH440的時候，卷收器支架可以承載的最大壓力為369.1兆帕，產生的最大位移為1.8mm。通過數據對比可以發現，分體式卷收器支架在承受荷載的過程中，產生的形變更加的不明顯，而且位移的程度與整體式卷收器支架相比明顯的降低，此外，卷收器支架的強度也得到了明顯的提升。通過卷收器支架方式的優化設計，有效的改變了之前的汽車后排座椅安全帶卷收器存在的支架強度不足的問題，從而減少安全帶與卷收器發生干涉的情況。

3.3?安全帶固定點的優化設計

根據國家規定的安全帶設計標準，合理的設計汽車安全帶固定點實驗，在一定的時間內，對安全帶不斷的施加力?，并且這個力要逐漸的增加，通過這樣的方式，來驗證安全帶規定點的強度是否可以達到相關的標準。根據我國相關部門的固定，對于重量小于或者等于2.5t的汽車，在受到荷載的時候，安全帶固定點的位移不能超出座椅的R向平面。安全帶固定點檢測的主要項目包括輪罩左外板，此為實驗部件，材料牌號為DC06，實驗目標值為百分之十五，通過BASE仿真實驗得出數據為百分之五，符合設計標準;后安全帶卷收器左安裝螺母板，材料牌號為210P1，目標值為百分之十五，BASE仿真實驗結果為百分之十二點四，符合設計標準;后排安全帶卷收器安裝板，材料牌號為SAPH440，目標值為百分之十五，BASE仿真結果為百分之九點五，符合設計標準;后座椅靠背鎖鉤安裝板，材料牌號為SPHC，實驗目標值為百分之十五，BASE實驗結果為百分之十一點八，符合實驗標準;后座椅靠背鎖鉤止環上部支撐板，材料牌號為SPHC，實驗目標值為百分之十五，BASE實驗數值為百分之十五點九九，實驗結果為有風險，尚可接受。通過數據分析可以發現，通過優化設計后，汽車安全帶固定點的強度都可以達到設計標準。

3.4?結構優化二

在對汽車卷收器支架進行優化設計以后，再一次對其性能進行檢測。通過實驗分析可以發現，通過結構優化設計，汽車后排座椅卷收器存在的問題得到了改善，性能得到了明顯的增強，但是安全帶還存在回收過慢的問題。通過故障的排查發現，產生這種情況的主要原因為安全帶的安裝點存在

問題，與車輛的實際安裝位置存在不相匹配的現象。需要對安全帶卷收器的布置角度進行適當的調整，使安全帶的拉出方向與安全帶的實際使用方向相一致，從而減少安全帶與卷收器之間的摩擦力，改善安全帶回收過慢的問題，達到最終的優化設計的目的。

4 結束語

綜上所述，安全帶作為汽車上的主要安全防護設備之一，安全帶的固定點強度必須要符合國家規定的標準。本文對實際的汽車安全帶固定點進行分析，對安全帶的固定點進行適當的優化設計，有效的減少了各種使用問題的發生，給予了汽車乘員更強的乘車體驗。

參考文獻

[1]?李雪剛，李真炎，黃嘯林，歐陽小生.我國安全帶及兒童座椅固定點強度與美標法規對比研究[J].汽車實用技術，2019（21）：228-230.

[2]?郭晶晶，鐘利萍，郭鵬程，許玄，劉穎，李落星.汽車座椅抖動及安全帶固定點強度改善研究[J].現代制造工程，2019（08）：50-55.

[3]?佟炳勇，陳恒林.某輕型客車乘員座三點式安全帶布置中的幾點注意事項[J].客車技術與研究，2019，41（03）：22-24.

[4]?秦海，朱燈宏.基于安全帶固定點強度的車身結構優化設計[J].時代汽車，2019（05）：93-96+103.

[5]?郭晶晶.某商用車座椅的振動特性和強度研究及結構改進[D].中南林業科技大學，2018.

[6]?王棟.某型SUV車身結構性能分析及穩健性優化方法的應用研究[D].南昌大學，2018.

[7]?李直騰，連理，胡桂金，汪德強.基于三點式安全帶要求的車身結構優化[J].中國高新科技，2017，1（01）：58-60.

[8]?郝文靜.后排座椅安全帶固定點強度仿真分析及結構優化[D].湖南大學，2017.

[9]?賀成貴.商務車中排座椅及安全帶支架結構設計與實驗研究[D].中南林業科技大學，2017.