某出口車型安全帶固定點的改進

唐甸鑫， 張彬常

(1.上汽通用五菱汽車股份有限公司， 廣西 柳州 545007；2.湖南湖大艾盛汽車技術開發有限公司， 湖南 長沙 410205)

GB 7258—2017《機動車運行安全技術條件》第12.1.2條規定：除三輪汽車外，所有駕駛人座椅、乘用車的所有乘員座椅、總質量小于等于3 500 kg的其他汽車的所有外側座椅、其他汽車的前排外側乘員座椅，均應裝備三點式(或全背帶式)汽車安全帶。而GB 7258—2012《機動車運行安全技術條件》對乘用車一些位置座椅沒有強制要求使用三點式安全帶，其第12.1.2條規定：所有駕駛人座椅、前排乘員座椅、客車位于踏步區的車組人員座椅及乘用車除第二排及第二排以后的中間位置座椅外的所有座椅，均應裝備三點式汽車安全帶。根據該規定，在上述規定車輛的第二排及以后的中間位置座椅可使用兩點式安全帶。

印度機動車輛公告并不禁止乘用車輛一些位置的座椅使用兩點式安全帶。2008年11月12日印度政府出版的《The Gazette of India:Extraordinary》中，印度道路交通和高速公路部頒布G.S.R 784(E)公告，強制要求從2009年10月1日開始，汽車安全帶等零件的公告和生產一致性(COP)參照AIS:037—2004的相關規定執行。

1 印度安全帶固定點法規要求

印度的安全帶法規IS 15139:2002 《Automotive vehicles-safety belt anchorages-specification》第4.5.1條規定：每個安全帶固定點應能承受第5.3和5.4條規定的試驗。如果在測試過程中在規定時間內能持續承受所需的力，則固定點或周圍區域的永久變形(包括破裂或斷裂)不構成破壞；應滿足第4.4.2.6條中規定的有效下部安全帶固定裝置的最小間距和第4.4.3.9條中規定的有效上部安全帶固定裝置的要求。

該法規第5.4.2.1條要求對連接安全帶上固定點及相應下固定點的上人體模塊施加(13 500±200) N試驗載荷，第5.4.2.2條要求同時對下人體模塊施加(13 500±200) N試驗載荷。第5.4.3條關于兩點式安全帶(腰帶)固定點試驗的規定為：對于M1和N1類車輛，應將(22 250±200) N測試負載施加到連接兩個下部安全帶固定裝置的牽引裝置上。第5.4.4條規定：對于M1和N1類車，第5.4.1、5.4.2和5.4.3條中施加的載荷，應補充一個等于整個座椅質量的20倍的力，該載荷通過座椅重心水平和縱向施加于座椅的重心。

2 第二排中間位置座椅上兩點式安全帶鎖扣固定點的改進

2.1 改進前的情況

如圖1所示，某出口車型上第二排6分座椅，左側位置使用三點式安全帶，中間位置使用兩點式安全帶。兩點式安全帶帶扣與三點式安全帶鎖扣共用安裝點，該安裝點位于座椅骨架后部橫梁上，使用8.8級7/16″-20UNF安裝螺栓。

圖1 第二排6分座椅及安全帶示意圖

在進行座椅安全帶固定點強度拉力試驗時，拉力加載到100%時，該安裝螺栓與座椅骨架上焊接法蘭螺母的接合處發生斷裂(見圖2)，座椅支架的焊接螺母面變形，未斷裂，螺栓斷裂口一邊長一邊短。螺栓材料為35#優質碳素結構鋼。斷裂區域為圖3(a)中厚墊圈與焊接螺母接合處。

圖2 螺栓斷裂情況

圖3 安全帶固定點改進前后截面(單位：mm)

2.2 螺栓許用剪切應力檢查

8.8級螺栓的抗拉強度為800 MPa，剪切強度=0.8×800=640 MPa。該螺栓為脆性材料，其許用剪切強度為640/2=320 MPa(安全系數取2.0)。7/16″-20UNF的基本小徑為0.383 4″=9.74 mm，截面積為74.5 mm2，其許用剪切力=320×74.5=23 840 N，略小于簡單分力法的綜合拉力24 625 N，該螺栓應用于安全帶固定點存在失效風險。

2.3 彎矩檢查

懸臂梁前端受集中拉力F，懸臂梁最大彎矩Mmax=FL(L為安全帶帶頭到焊接法蘭螺母的距離)。該彎矩是螺栓抵抗彎曲而產生的內力，彎矩越大，螺栓應力集中點受力越大，彎曲變形越明顯，螺栓越容易斷裂。

試驗中，上人體模塊施加的(13 500±200) N試驗載荷、下人體模塊施加的(13 500±200) N試驗載荷、兩點式安全帶(腰帶)的(22 250±200) N測試載荷分力F施予該螺栓。按簡單分力法，拉力F=24 625 N，L改進前=0.018 m，彎矩M改進前=FL改進前=0.44 kN·m。厚墊圈的寬度為10 mm,在M改進前的影響下，螺栓自由變形，受到焊接法蘭螺母的約束，螺栓在該接觸面處斷裂。

2.4 安全帶固定點的改進

按圖3(b)所示對該固定點進行改進，將焊接法蘭螺母倒過來焊在座椅骨架支架的外側，同時將支架的高度延伸，使焊接法蘭螺母面與安全帶帶頭的襯套面接合，安全帶帶頭的位置不變。

M改進后=FL改進后=24.625 kN×0.013 m=0.32 kN·m

M改進后比M改進前減少27%，螺栓自由變形量相應降低27%，螺栓斷裂風險降低。

2.5 改進后的試驗驗證

對改進后固定點按法規要求進行拉力試驗，拉力機的載荷預設值約為法規要求載荷的1.2倍。試驗后，各固定點周邊區域只是輕微變形，不構成破壞，符合預定改進目標(見圖4)。

圖4 安全帶固定點改進后拉力曲線

3 結論

參照IS 15139:2002的固定點強度試驗方法對改進后第二排6分座椅的三點式安全帶和兩點式安全帶的固定點進行驗證，在設定的工作載荷下，該位置的安裝螺栓未出現斷裂破壞，其他各安全帶的固定點未出現破壞性失效現象，試驗結果滿足要求，達成了改進目標。