某M1类车型后排安全带上固定点结构优化

（上汽通用五菱汽车股份有限公司 545007）

0 引言

安全带是汽车发生事故时保护乘员安全的重要零部件之一，安全带固定点强度的好坏对其是否能有效保护乘员起到关键作用。根据国家法规标准GB 14167-2013《汽车安全带安装固定点、ISOFIX 固定点系统及上拉带固定点》，所有安全带上固定点应满足拉力试验要求。利用模拟肩带对上人体模块施加13 500±200 N 的试验载荷，同时对下人体模块施加13 500±200 N 试验载荷，应在60 s 或4 s 内加载至规定力值，并保持至少0.2 s。允许固定点或其周围区域有永久变形，包括部分断裂或产生裂纹。试验时上有效固定点应位于R 点铅垂上方450 mm 处，如果S ≥280，且制造商选用规定的换算公式BR=260 mm+0.8 S，则上固定点位于R 点铅垂上方500 mm[1]。

传统车身的安全带上固定点结构强度提升困难，需要通过增加加强板数量、提升材料厚度及牌号等方式来达到法规规定的要求。而且在以往项目摸底试验中发现此类结构存在失稳的情况，按现有有限元分析手段难以在数据阶段准确识别出来，不但风险高，而且增加了零件成本、整车重量以及零件开发周期。文章通过分析以往车型试验变形模式，并借助有限元分析手段，对车身结构进行优化，经过试验验证，优化方案达到了预期效果。

1 后排安全带各固定点受力情况分析

如图1 所示，安全带主要受力的固定点有P1、P2、P3 和P4，其中P2、P3 点受力较小，P1 受力较大，其受力接近上人体模块施加的载荷，约为13 500 N。P2、P3 受力较小，且固定点分别位于地板横梁、侧围本体上，结构强度容易满足。P4 也位于地板横梁位置，结构强度容易满足。P1 位于侧围支柱上，受后侧窗及尾灯造型影响，支柱腔体在后侧窗下部由小到大变化急剧，安全带受拉力时腔体变化急剧处存在较高应力集中，焊点力急剧上升、支柱容易折弯，安全带上固定点失效。

2 传统结构问题分析及改进方案

2.1 传统结构问题分析

如图2 所示，某M1 类车型后排安全带上固定点采用传统结构，上固定点位于后排安全带加强板上，安全带螺母板与此加强板进行点焊连接，起到局部加强防止螺母脱出的作用。D 柱上加强板为三通结构，起到将力传递、分散，强化D 柱上搭接头强度、刚度的作用。有限元分析结果显示在受安全带拉力时D 柱区域无明显变形，进一步进行实车摸底试验，出现后侧窗与后灯罩连线区域腔体压溃、D柱弯折，不符合法规要求。

图1 安全带固定点

图2 某车型安全带上固定点试验照片及车身结构

2.2 失效机理分析

试验车的焊点未出现失效或撕裂，经分析：安全带固定点布置在后排安全带加强板上，后排安全带加强板与D 柱上加强板组成“口”字形腔体，腔体下端为开口结构，安全带固定点受拉力时，腔体首先产生菱形的压溃，在压溃阶段力无法向上传导致三通结构进行分散。后侧窗、后组合灯罩造型的存在，使得腔体在此位置由小到大急剧变化，安全带固定点的拉力无法有效向下传导。压溃区域由侧围外板、D 柱上外板和后灯罩组成，是最薄弱区域。以上3 个原因导致拉力在压溃区域集中，最终产生折弯、失效。

2.3 传统结构改进方案

提高安全带固定点强度的手段通常有在薄弱区域增加加强板、增加周边零件厚度、在安全带固定点周围增加加强件、提升安全带固定点区域零件材料牌号以及增加焊点[2]。安全带拉力试验通常在OTS 造车阶段进行，此时生产工艺及模夹具已定型，为缩短整改周期避免影响整个项目进展以及降低成本，因此一般要选择改动量最小、更改周期最短的方案。因此，结合零件实际生产工艺、零件布置情况，采用最直接的、加强薄弱点的方案，即在压溃区域增加1个后灯罩加强板（见图2），材料BLC-FB-D 厚度t=1.0 mm，同时将D 柱上外板的材料厚度由t=1.0 mm 提升至t=1.2 mm。经CAE 分析，改进后安全带固定点位移由105.0 mm 降低至27.0 mm，应变由0.23降低至0.05。实车验证显示D 柱无折弯，符合法规要求，证明改进措施可有效解决此问题。此改进措施导致整车成本增加约10 元/车，模具、工装等成本增加约20 万元。

图3 方案一安全带上固定点分析结果

图4 新车型(传统结构)安全带上固定点分析结果

3 新车型结构改进方案

为充分论证新结构对安全带上固定点的改善效果，同时在新车型上做了2 个方案进行对比分析。

方案1：按照以往车型结构，设计专门的后排安全带加强板、同时设计有D 柱上加强板，因后灯罩加强板是试验失败后的补救措施，所以这里暂不增加。经CAE 分析，加载拉力时，安全带加强板首先被拉凹陷、变形，导致D 柱腔体被拉溃。继续加载至13 500 N，D 柱出现折弯（图3）。虽然从各项指标上看变形量尚在可接受范围内，但是结合以往项目的教训，在实车试验时D 柱整体折弯，实车试验时塌陷的风险较高，需参考以往车型增加后灯罩加强板以降低风险。

方案2：在传统结构的基础上，取消后排安全带加强板，将D柱上加强板下端型面往车内调整至与侧围内板贴合形成闭合腔体（图4），增强腔体的稳定性抵抗受拉力时的变形，同时通过D 柱上加强板将安全带所受拉力有效传递至D 柱三通结构处，通过三通结构将力分散出去，最终达到减少安全带固定点下端受力的效果。

对方案2 进行CAE 分析，可明显看出在加载13 500 N 拉力时D 柱腔体仍然未压溃，D 柱整体变形量很小，并且在尾灯与后侧窗连线的薄弱区域未发生折弯或者类似的变形，结构强度、刚度较好。进一步进行实车验证，试验结果与CAE 分析结果高度吻合，安全带上固定点结构强度满足GB 14167-2013《汽车安全带安装固定点、ISOFIX 固定点系统及上拉带固定点》国标法规要求。因此取消了后排安全带加强板和后灯罩加强板等零件。

4 结语

本文结合以往项目实车试验中出现的问题，提出安全带固定点的结构优化新方案，在新车型上进一步与传统结构进行了优劣对比。证明新型结构对后排安全带上固定点强度、刚度都有较大提升，大大降低了后排安全带固定点失效风险，经过试验验证达到了预期效果。