基于安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度的車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

張鵬 劉科志

摘 要：隨著我國汽車行業(yè)的不斷興起，汽車的安全性已經(jīng)得到了社會各界的重視。安全帶是汽車安全防護(hù)系統(tǒng)中的重要裝置，也是汽車中必須要具備的一項(xiàng)防護(hù)裝置。我國的政府部門對汽車制造行業(yè)提出了明文規(guī)定，要求汽車在設(shè)計制造的過程中，必須要設(shè)有安全帶。安全帶的合理設(shè)置可以有效的提升汽車應(yīng)用的安全性，減少汽車發(fā)生事故時候二次碰撞給汽車內(nèi)部人員造成的危害，從而給汽車駕駛?cè)藛T提供更加強(qiáng)力的安全保障。文章對安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度的車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行分析，并且提出了幾點(diǎn)相關(guān)性淺見。

關(guān)鍵詞：汽車安全性;安全帶;車身結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：U463 ?文獻(xiàn)標(biāo)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(shè)置的目的就是減少慣性對汽車駕駛?cè)藛T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(qiáng)的力，所以，安全帶的固定點(diǎn)必須要有足夠的強(qiáng)度，可以承受足夠的拉力。如果安全帶固定點(diǎn)的強(qiáng)度不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，即使安全帶的質(zhì)量再好，也不能起到防護(hù)的需要。我國政府部門對汽車安全帶設(shè)計非常的重視，已經(jīng)把安全帶固定部位的檢測設(shè)立成強(qiáng)制性的檢測項(xiàng)目。安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度的提升可以從安全帶結(jié)構(gòu)、車身材料等多個方面來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。下文對此進(jìn)行簡要的分析。

1 汽車安全帶研究現(xiàn)狀

在汽車的運(yùn)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?cè)藛T更強(qiáng)的安全駕駛體驗(yàn)。安全帶的出現(xiàn)甚至早于汽車的出現(xiàn)，十八世紀(jì)的時候，歐洲的馬車上就已經(jīng)出現(xiàn)了帶狀的防護(hù)裝置，這就是安全帶的雛形。在汽車出現(xiàn)的初始時期，主要是使用皮帶把汽車駕駛?cè)藛T固定在汽車上，給汽車駕駛?cè)藛T帶來一定的防護(hù)功能。隨著汽車行業(yè)的不斷進(jìn)步，汽車的結(jié)構(gòu)也在不斷的發(fā)生改變，汽車的速度在不斷的提升，相應(yīng)的，汽車出現(xiàn)事故的時候，事故的嚴(yán)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(guī)定，要求汽車上a必須要設(shè)有安全帶，同時對安全帶的固定強(qiáng)度也做出了數(shù)據(jù)規(guī)定。在當(dāng)前的汽車設(shè)計制造領(lǐng)域，安全帶的主要應(yīng)用方式為三點(diǎn)式，這種安全帶設(shè)計方式是由美國人發(fā)明的，三點(diǎn)式的安全帶設(shè)計方式具有很強(qiáng)的防護(hù)能力，可以在汽車發(fā)生碰撞、翻滾的時候，有效的減少對汽車駕駛?cè)藛T造成的傷害，根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在超過半數(shù)的安全事故中，汽車駕駛?cè)藛T受到的傷害得到了明顯的降低，在一些嚴(yán)重的交通事故中，由于使用了安全帶，汽車駕駛?cè)藛T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(yīng)用，當(dāng)時人們認(rèn)為安全氣囊的出現(xiàn)和應(yīng)用，可以減少安全帶的使用，但是在實(shí)際的應(yīng)用過程中，人們發(fā)現(xiàn)安全帶的重要作用是安全氣囊所不可替代的。汽車在發(fā)生碰撞的過程中，由于受到慣性的作用，汽車駕駛?cè)藛T自身具有很大的加速度，從而產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊力，即使汽車裝設(shè)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(yè)的不斷發(fā)展，安全氣囊與安全帶已經(jīng)成為了汽車中不可缺少的重要防護(hù)設(shè)備，通過兩者的搭配，給汽車乘員提供了更強(qiáng)的安全防護(hù)，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(diǎn)的強(qiáng)度必須要達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，可以承載一定的荷載，這樣才能在發(fā)生意外事故的時候，充分的發(fā)揮出安全帶的防護(hù)作用。

2 實(shí)車實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)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(diǎn)進(jìn)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(jù)安全帶及固定點(diǎn)受力的情況，來得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過這樣的方式，為汽車安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度的提升和設(shè)計優(yōu)化工作提供一個有力的依據(jù)，通過汽車安全帶的優(yōu)化設(shè)計，使汽車安全帶固定點(diǎn)的強(qiáng)度可以滿足當(dāng)前的汽車設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。通過CAE方式的模擬驗(yàn)證，可以有效的實(shí)現(xiàn)汽車的優(yōu)化設(shè)計，減少汽車設(shè)計制造企業(yè)在其中的資金投入。本文對某品牌汽車進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，汽車后排的安全帶與汽車的卷收器支架發(fā)生了明顯的干涉現(xiàn)象，由于這種情況的發(fā)生，造成了安全帶不能自如的進(jìn)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(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r針，兩側(cè)的支架分別向不同的方向旋轉(zhuǎn)。通過分析可以認(rèn)定，安全帶在使用的過程中，與卷收器發(fā)生干涉的主要原因?yàn)槠嚭笈抛紊系陌踩珟Ь硎掌髦Ъ軓?qiáng)度與設(shè)計強(qiáng)度存在一定的差距，由于卷收器支架強(qiáng)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(fā)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(jié)構(gòu)優(yōu)化及驗(yàn)證

3.1?結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案一

通過上述的實(shí)驗(yàn)，可以得出相關(guān)的結(jié)論，由于汽車后排卷收器支架強(qiáng)度不足，引發(fā)了嚴(yán)重的干涉情況，所以，對汽車后排座椅中卷收器的支架進(jìn)行優(yōu)化是非常有必要的，通過支架強(qiáng)度的提升，可以對各種荷載有更強(qiáng)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(fā)生形變的情況。卷收器支架可以由原有的整體式設(shè)計改變?yōu)榉煮w式設(shè)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(jìn)行連接。為了提升支架的強(qiáng)度?，新增支架的強(qiáng)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(qiáng)度，另外，要對支架的厚度進(jìn)行調(diào)整，由原有的1.2mm增加到2.0mm，這樣可以進(jìn)一步的增加卷收器支架的強(qiáng)度，其他的內(nèi)容不需要進(jìn)行變更。利用卷收器支架強(qiáng)度的提升，來增加卷收器支架的堅固程度，從而達(dá)到提升安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度的目的。

3.2?支架優(yōu)化分析

在支架優(yōu)化設(shè)計方案完成以后，為了驗(yàn)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(jìn)行密切的觀察，查看在不同的狀態(tài)下，施加壓力位置發(fā)生的變化情況，并且做好相應(yīng)的記錄，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，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(yīng)力為381.2兆帕，產(chǎn)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(chǎn)生的最大位移為1.8mm。通過數(shù)據(jù)對比可以發(fā)現(xiàn)，分體式卷收器支架在承受荷載的過程中，產(chǎn)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(qiáng)度也得到了明顯的提升。通過卷收器支架方式的優(yōu)化設(shè)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(qiáng)度不足的問題，從而減少安全帶與卷收器發(fā)生干涉的情況。

3.3?安全帶固定點(diǎn)的優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)國家規(guī)定的安全帶設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，合理的設(shè)計汽車安全帶固定點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，在一定的時間內(nèi)，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(yàn)證安全帶規(guī)定點(diǎn)的強(qiáng)度是否可以達(dá)到相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)我國相關(guān)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(diǎn)的位移不能超出座椅的R向平面。安全帶固定點(diǎn)檢測的主要項(xiàng)目包括輪罩左外板，此為實(shí)驗(yàn)部件，材料牌號為DC06，實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值為百分之十五，通過BASE仿真實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)為百分之五，符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn);后安全帶卷收器左安裝螺母板，材料牌號為210P1，目標(biāo)值為百分之十五，BASE仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果為百分之十二點(diǎn)四，符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn);后排安全帶卷收器安裝板，材料牌號為SAPH440，目標(biāo)值為百分之十五，BASE仿真結(jié)果為百分之九點(diǎn)五，符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn);后座椅靠背鎖鉤安裝板，材料牌號為SPHC，實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值為百分之十五，BASE實(shí)驗(yàn)結(jié)果為百分之十一點(diǎn)八，符合實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn);后座椅靠背鎖鉤止環(huán)上部支撐板，材料牌號為SPHC，實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值為百分之十五，BASE實(shí)驗(yàn)數(shù)值為百分之十五點(diǎn)九九，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為有風(fēng)險，尚可接受。通過數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化設(shè)計后，汽車安全帶固定點(diǎn)的強(qiáng)度都可以達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

3.4?結(jié)構(gòu)優(yōu)化二

在對汽車卷收器支架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計以后，再一次對其性能進(jìn)行檢測。通過實(shí)驗(yàn)分析可以發(fā)現(xiàn)，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(qiáng)，但是安全帶還存在回收過慢的問題。通過故障的排查發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生這種情況的主要原因?yàn)榘踩珟У陌惭b點(diǎn)存在

問題，與車輛的實(shí)際安裝位置存在不相匹配的現(xiàn)象。需要對安全帶卷收器的布置角度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使安全帶的拉出方向與安全帶的實(shí)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(dá)到最終的優(yōu)化設(shè)計的目的。

4 結(jié)束語

綜上所述，安全帶作為汽車上的主要安全防護(hù)設(shè)備之一，安全帶的固定點(diǎn)強(qiáng)度必須要符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。本文對實(shí)際的汽車安全帶固定點(diǎn)進(jìn)行分析，對安全帶的固定點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化設(shè)計，有效的減少了各種使用問題的發(fā)生，給予了汽車乘員更強(qiáng)的乘車體驗(yàn)。

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