基于安全带车身固定点要求的车身结构优化

摘要院本文基于某SUV车型后排安全带试验结果，结合安全带固定点强度法规要求，对设计优化方案进行CAE分析，利用

HyperMash软件进行网格划分，对零件相关属性进行定义，并通过Abaqus软件对安全带固定点强度进行计算分析，借助Ls-dyna仿真分析验证优化方案是否满足法规要求。经过对关键区域两次结构优化之后，顺利通过实车验证，且满足法规要求。

关键词院安全带固定点；结构优化；固定点强度

0引言汽车安全带是保护汽车乘员的基础，安全带固定点的强度是汽车被动安全的重要指标之一，也是车辆公告试验的国家强制检查项目[1]。目前汽车安全带主要采用3点式布置形式，即分别在座椅上、车身地板上和车身侧围上各安装一个固定点。国家标准规定，所有安全带固定点强度必须满足GB14167-2013《汽车安全带安装固定点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点》的要求[2]。依照GB14167-2013的试验方法和要求，借助CAE仿真分析，对建立的模型进行约束和加载后，可以较准确的反应出车身受力的分析结果，从而为危险区域的快速解决及产品结构优化设计提供理论支持，最终使该车型安全带固定点强度满足法规要求[3-4]。在新车型开发过程中，通过仿真分析来改进结构，满足法规要求后进行试验验证，可以有效缩短开发周期，提高产品设计效率，降低开发成本。1实车试验结果及分析在某SUV车型的试制过程中，其后排安全带后侧与卷收器支架发生干涉，致使安全带拉出后无法正常回弹。实车安全带故障情况如图1所示，从图中可以看出，支架螺栓定力为顺时针方向，左侧安装支架向前旋转，右侧安装支架向后旋转。初步分析认为，由于后排安全带卷收器安装支架强度不足，导致支架在安全带卷收器定力时发生了严重的扭转变形，从而与安全带后侧产生干涉。图1安全带故障示意图

2安装支架的结构优化及验证2.1结构优化一根据初步试验分析的结果，对后排座椅安全带卷收器安装支架进行结构优化，避免安装支架在安装过程中产生较大变形。如图2所示，安装支架由整体式变为分体式，即新增一个支架与原零件通过焊点焊接。其中新增小支架的材2.0mm料由，其210P1他不变变。更为SAPH440，厚度由1.2mm调整为（a）变更前（b）变更后

图2安装支架结构示意图

2.2支架优化分析为了验证安装支架结构变更方案的可行性，在卷收器安装点处加载45N·m的力矩（加载方向如图3所示），考察不同状态下加载点处的位移和强度，得到的数据如表1所示。相关分析云图如图4~图7所示。表1卷收器安装点分析结果

类型

材料

厚度

最大残余最大最大塑加载材料屈材料抗（mm）位移位移应力性应变比率服强度拉强度

（mm）（mm）（MPa）（%）（%）（MPa）（MPa）整体式分体式SAPH440210P11.22.015.81.80.191/381.2369.14.610.368.71100241301534577图3加载方向示意图

InternalCombustionEngine&Parts·7·图7应变云图

图4变形位移云图

图5残余变形云图

故障的风险。根据GB14167-2013《汽车安全带固定点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点》文件给出的试验条件及方法，在规定时间内，持续按规定的力加载（如图8所示），考察安全带固定点是否满足法规要求。根据文件要求，对于最大总质量不超过2500kg的M1类车辆，座椅上有效固定点前向位移应不超过通过R点的向平面[2]。对优化后的模型进行Ls-dyna仿真分析，具体对比分析结果分别如表2和表3所示。分析输入的边界条件为：淤约束：对车身断面和纵梁下表面处的节点进行全约束。于载荷：如图8所示，对上人体模块和四分座椅下人体模块各施加与水平方向程10毅角的13500N集中载荷；对六分座椅的两个下人体模块各施加与水平方向成的10毅角的14930N集中载荷。图6应力云图

从表中可以看出，与整体式支架相比，分体式支架变形较小，残余位移也较小，强度得到了一定的提升。将整体式支架变更为分体式支架后，可以明显改善后排安全带卷收器安装支架强度不足的问题，从而规避安全带回收出现图8座椅有限元模型

从表2、表3中可以看出，上有效固定点前向位移和各固定点强度与之前的状态相当，因此更改后安全带车身表3各固定点失效评估结果

序号1

23456789考察项

轮罩外板-左

后安全带卷收器安装螺母板-左后排安全带卷收器安装板-左后座椅靠背锁钩安装板后座椅靠背锁钩止环支撑板上后座椅靠背锁钩止环支撑板下

轮罩外板-右

后安全带卷收器安装螺母板-右后排安全带卷收器安装板-右

材料牌号DC06210P1SPHCSPHCSPHCDC06210P1SAPH440目标值15%15%15%15%15%15%15%15%15%（BASE）仿真结果

5.0%12.4%无此件11.8%15.99%6.0%3.7%10.6%

无此件

OKBOKOKOKOK状态评估OKOK（CASE）仿真结果

4.6%6.7%状态评估OKOKOKOKBOKOKOKOKOKSAPH44011.9%11.7%15.84%5.9%3.8%3.9%11.9%说明：OK达标；BOK有风险，尚可接受；NOK：不达标

·8·固定点满足法规要求。表2上有效固定点前移量评估结果

考察项法规要求目标值

仿真结果（变更前）状态评估仿真结果

（CASE）

状态评估

座椅上有不超过通距离R点

效固定点过R点的平面不小

距R点平

前向位移向平面于20mm

面12mm

BOK

距R点平

面14mm

BOK

说明：OK达标；BOK有风险，尚可接受；NOK：不达标

2.3结构优化二支架变更到位后，重新制造样车进行相关试验。试验结果表明，后排安全带卷收器安装支架强度不足问题已得到明显改善，但安全带回收慢问题并未解决，此次试验失败。重新排查原因，校核数据后发现后排安全带上安装点与车身安装点位置不匹配，如图9（a）所示。如按车身安装点安转，则安全带与卷收器有10mm左右干涉，致使安全带无法正常回弹，如图9（b）所示。由此可知，应对安全带卷收器的布置角度进行适当的调整。（a）安装点位置不匹配（b）安全带与卷收器干涉

图9后排安全带上安装点与车身安装点位置示意图

根据对第二次试验结果的分析，提出两种设计方案，如下所示全带淤上设方：案一：变更车身安全带上安装点，使其带拉于出方方计案安向二装与安：变点与后排安全更卷一致。带实收际器走安向装位置一致。与安装角度，使安全如图10（a）所示，在该车型的安全带设计中，上安装点处于R角上，无法布置，因此方案一不可行。如图10（b）所示6.461mm，将安致，初步判后装定方，角安度案全逆时二带可拉针以实出方旋转现向10.2。与（图安毅，全安10（带装位置b实）为际左走X向偏移-侧向，达右成一侧对称变更）根据方案二再次对结构进行优化。经初步分析需解决2.5mm以下问题是安装左右：支架；与轮二是一是罩安卷外装收板支架器与干涉卡爪过孔，需修角两边度不侧间距较。以合左适侧，小需，为变最小仅例更，应；三将卷收器过孔增大，前侧增加1.7mm，后侧增加2.5mm，保证10.2mm间距右侧对称；5mmR变角以更位置上；。前与移卷5mm收器；卡爪安装角支架干涉度逆时针部旋位，转11.8切除毅。完成以上几项更改后，再次制造样车，并进行第三次试验。试验结果表明，后排安全带正常回收，试验成功。内燃机与配件（a）方案一

（b）方案二

图10优化方案

3结语本文某SUV车型后排座椅安全带为研究对象，结合安全带固定点强度法规要求，对设计优化进行分析和仿真评估。并对优化方案进行了实车试验验证，最终使该车型满足安全带法规要求，并顺利通过试验验证。得出以下结论：收器淤安本文装支架提出的的强优度，化避方免案支架，可以在明显安全提带高卷后收排器安定力全带时卷发生严重的设计于；安扭全转带变固形定；点仿真分析具有足够的精度，可以指导强度试验有重要的影响。盂车身固定点的布置与结构设计均对安全带固定点参考文献点法[1]规周喜格院，王昆.三点式汽车安全带布置形式及其有效固定GB14167-2013[2]分析汽车[J].安时全代汽车带固，2017，01（1）：58-60.

研究[3][J].许早龙，）范[S]定点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点朝兵援

.基于Ls-dyna的汽车安全带固定点强度件，2011[4]唐力学（4波与实践，2010，32（3）：105-110.

）：.汽车32-35.

安全带的性能研究以及相关探讨[J].汽车与配（