汽車(chē)B 柱下端安全帶卷收器安裝支架強(qiáng)化措施

解躍青，陳瑜

（上汽大眾汽車(chē)有限公司產(chǎn)品研發(fā)車(chē)身研發(fā)部，上海201805）

0 引言

某車(chē)型在側(cè)面碰撞中，由于B 柱內(nèi)板下端空間布置要求，需要留出安全帶卷收器固定空間而導(dǎo)致安裝點(diǎn)剛度不夠，容易引起該區(qū)域共振，B 柱下端測(cè)量點(diǎn)信號(hào)擾動(dòng)嚴(yán)重等問(wèn)題，并且在整車(chē)側(cè)面碰撞的工況中，B柱下端前后側(cè)容易出現(xiàn)撕裂的情況。

本文綜合考慮B 柱下端安全帶安裝點(diǎn)剛度問(wèn)題以及在側(cè)面碰撞中兩側(cè)出現(xiàn)撕裂的情況，通過(guò)有限元模擬仿真的手段，對(duì)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并提出相關(guān)的解決方案。

1 問(wèn)題描述

1.1 碰撞撕裂問(wèn)題

汽車(chē)安全帶是安裝在汽車(chē)車(chē)身上用于保證乘客及駕駛員人身安全的裝置，在現(xiàn)在的汽車(chē)中，大多配備有三點(diǎn)式安全帶。安全帶配合安全氣囊的使用，能在汽車(chē)碰撞事故中有效地保護(hù)乘員的安全，降低事故死亡率。

安全帶纏繞在安全帶卷縮器轉(zhuǎn)軸上，安全帶卷縮器固定在車(chē)身上。由于需要預(yù)留出用以安裝和固定安全帶卷縮器的安裝空間，因此在B 柱內(nèi)板上需要留出操作空間，這個(gè)操作空間導(dǎo)致B 柱內(nèi)板下端結(jié)構(gòu)薄弱，在側(cè)面碰撞試驗(yàn)中容易出現(xiàn)彎折和撕裂，如圖1 所示，某車(chē)在側(cè)碰試驗(yàn)中B 柱下端薄弱位置發(fā)生了撕裂現(xiàn)象。

圖1

1.2 疲勞斷裂問(wèn)題

車(chē)身上布置了數(shù)量眾多的傳感器以供汽車(chē)電子控制單元ECU 收集控制信號(hào)，判斷車(chē)輛是否發(fā)生了事故。其中在B 柱下端布置的側(cè)面碰撞[2]的加速度傳感器尤為重要，該傳感器用以收集整車(chē)的加速度的信號(hào)，用以判斷在碰撞中是否需要展開(kāi)側(cè)面氣囊和氣簾以及點(diǎn)爆時(shí)間。該加速度傳感器一般布置門(mén)檻內(nèi)，靠近B柱下端安全帶卷縮器固定支架。由于安全帶在使用的過(guò)程中會(huì)對(duì)卷縮器固定支架頻繁施力，因此在B 柱下端固定區(qū)域安裝區(qū)域易出現(xiàn)共振，影響B(tài) 柱下端信號(hào)測(cè)量點(diǎn)的信號(hào)接收，導(dǎo)致ECU 發(fā)生碰撞信息的誤判，并且容易導(dǎo)致B 柱內(nèi)板卷縮器固定點(diǎn)處局部疲勞斷裂。

因此要求對(duì)于B 柱下端卷縮器安裝點(diǎn)的局部剛度也要滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要求[1]。通過(guò)建立CAE 計(jì)算模型，該車(chē)卷縮器局部剛度進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果表明，該車(chē)型現(xiàn)有結(jié)構(gòu)不能滿(mǎn)足安裝點(diǎn)局部剛度的要求，必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。圖2 為計(jì)算靜態(tài)與動(dòng)態(tài)剛度的模型。

圖2

2 解決方案提出

針對(duì)該車(chē)型的開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在的B 柱撕裂和卷縮器安裝支架剛度無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、安裝方便、易于工程化批量生產(chǎn)的安全帶卷縮器靴形支架，該支架不僅能夠滿(mǎn)足了汽車(chē)安全帶卷縮器的安裝要求、提高了安全帶卷縮器支架剛度，同時(shí)還改善了B 柱內(nèi)板下端由于提供安全帶卷縮器安裝空間而導(dǎo)致的局部強(qiáng)度減弱的問(wèn)題，解決了B 柱及B 柱內(nèi)板在側(cè)面碰撞中容易出現(xiàn)彎折和撕裂的問(wèn)題。該結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3

具體實(shí)施方式及安裝關(guān)系如圖4 所示，該組裝結(jié)構(gòu)包括安全帶卷縮器支架1、B 柱內(nèi)板2 和安全帶卷縮器3，其中安全帶卷縮器支架1 安裝在車(chē)身B 柱內(nèi)板2內(nèi)側(cè)，安全帶卷縮器3 通過(guò)螺栓安裝固定在安全帶卷縮器支架1 上，所述安全帶卷縮器支架1 有延車(chē)身B柱內(nèi)板2 向上延伸的支撐臂，成靴子狀，安全帶卷縮器支架1 靴子部分覆蓋B 柱內(nèi)板2 下側(cè)，安全帶卷縮器支架1 有延車(chē)身B 柱內(nèi)板2 向上延伸的長(zhǎng)支撐臂，直到覆蓋至B 柱內(nèi)板的卷縮器安裝區(qū)上邊緣。

圖4

3 仿真模型驗(yàn)證優(yōu)化方案效果

3.1 碰撞撕裂問(wèn)題

使用PAM-CRASH 有限元軟件建立動(dòng)態(tài)顯示有限元碰撞模型，材料定義中引入失效模型，與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)標(biāo)，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相符。從計(jì)算結(jié)果輸出B 柱下端翻邊處最大塑性應(yīng)變值為7.3%，已大于材料的極限應(yīng)變值5%，因此材料出現(xiàn)了撕裂的現(xiàn)象，圖5為結(jié)構(gòu)優(yōu)化前的仿真對(duì)標(biāo)結(jié)果。通過(guò)優(yōu)化安全帶卷縮器支架后翻邊應(yīng)變降低為2.7%，低于材料的極限應(yīng)變值，可判斷材料無(wú)撕裂風(fēng)險(xiǎn)，并且通過(guò)了物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方案的有效性。圖6 為結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的仿真及試驗(yàn)結(jié)果，試驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)安全帶卷縮器支架優(yōu)化，B 柱在側(cè)碰試驗(yàn)中，變形狀態(tài)穩(wěn)定，未出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。

圖5

3.2 疲勞斷裂問(wèn)題

對(duì)于B 柱下端卷縮器安裝點(diǎn)的局部剛度要求，通過(guò)Abaqus[3]對(duì)卷縮器局部剛度計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算，如圖7 的計(jì)算結(jié)果顯示，在安全帶卷縮器結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，各個(gè)方向的靜態(tài)剛度提升了100%-150%，動(dòng)態(tài)剛度也提高了50%，能有效減少對(duì)于信號(hào)的擾動(dòng)，有效地改善安全帶卷索器固定點(diǎn)的剛度。

圖6

圖7