某出口車(chē)型安全帶固定點(diǎn)的改進(jìn)

唐甸鑫， 張彬常

(1.上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司， 廣西 柳州 545007；2.湖南湖大艾盛汽車(chē)技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410205)

GB 7258—2017《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》第12.1.2條規(guī)定：除三輪汽車(chē)外，所有駕駛?cè)俗?、乘用?chē)的所有乘員座椅、總質(zhì)量小于等于3 500 kg的其他汽車(chē)的所有外側(cè)座椅、其他汽車(chē)的前排外側(cè)乘員座椅，均應(yīng)裝備三點(diǎn)式(或全背帶式)汽車(chē)安全帶。而GB 7258—2012《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行安全技術(shù)條件》對(duì)乘用車(chē)一些位置座椅沒(méi)有強(qiáng)制要求使用三點(diǎn)式安全帶，其第12.1.2條規(guī)定：所有駕駛?cè)俗?、前排乘員座椅、客車(chē)位于踏步區(qū)的車(chē)組人員座椅及乘用車(chē)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(yīng)裝備三點(diǎn)式汽車(chē)安全帶。根據(jù)該規(guī)定，在上述規(guī)定車(chē)輛的第二排及以后的中間位置座椅可使用兩點(diǎn)式安全帶。

印度機(jī)動(dòng)車(chē)輛公告并不禁止乘用車(chē)輛一些位置的座椅使用兩點(diǎn)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(qiáng)制要求從2009年10月1日開(kāi)始，汽車(chē)安全帶等零件的公告和生產(chǎn)一致性(COP)參照AIS:037—2004的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

1 印度安全帶固定點(diǎn)法規(guī)要求

印度的安全帶法規(guī)IS 15139:2002 《Automotive vehicles-safety belt anchorages-specification》第4.5.1條規(guī)定：每個(gè)安全帶固定點(diǎn)應(yīng)能承受第5.3和5.4條規(guī)定的試驗(yàn)。如果在測(cè)試過(guò)程中在規(guī)定時(shí)間內(nèi)能持續(xù)承受所需的力，則固定點(diǎn)或周?chē)鷧^(qū)域的永久變形(包括破裂或斷裂)不構(gòu)成破壞；應(yīng)滿(mǎn)足第4.4.2.6條中規(guī)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(guī)定的有效上部安全帶固定裝置的要求。

該法規(guī)第5.4.2.1條要求對(duì)連接安全帶上固定點(diǎn)及相應(yīng)下固定點(diǎn)的上人體模塊施加(13 500±200) N試驗(yàn)載荷，第5.4.2.2條要求同時(shí)對(duì)下人體模塊施加(13 500±200) N試驗(yàn)載荷。第5.4.3條關(guān)于兩點(diǎn)式安全帶(腰帶)固定點(diǎn)試驗(yàn)的規(guī)定為：對(duì)于M1和N1類(lèi)車(chē)輛，應(yīng)將(22 250±200) N測(cè)試負(fù)載施加到連接兩個(gè)下部安全帶固定裝置的牽引裝置上。第5.4.4條規(guī)定：對(duì)于M1和N1類(lèi)車(chē)，第5.4.1、5.4.2和5.4.3條中施加的載荷，應(yīng)補(bǔ)充一個(gè)等于整個(gè)座椅質(zhì)量的20倍的力，該載荷通過(guò)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(diǎn)式安全帶鎖扣固定點(diǎn)的改進(jìn)

2.1 改進(jìn)前的情況

如圖1所示，某出口車(chē)型上第二排6分座椅，左側(cè)位置使用三點(diǎn)式安全帶，中間位置使用兩點(diǎn)式安全帶。兩點(diǎn)式安全帶帶扣與三點(diǎn)式安全帶鎖扣共用安裝點(diǎn)，該安裝點(diǎn)位于座椅骨架后部橫梁上，使用8.8級(jí)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(jìn)行座椅安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度拉力試驗(yàn)時(shí)，拉力加載到100%時(shí)，該安裝螺栓與座椅骨架上焊接法蘭螺母的接合處發(fā)生斷裂(見(jiàn)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(zhǎng)一邊短。螺栓材料為35#優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。斷裂區(qū)域?yàn)閳D3(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(diǎn)改進(jìn)前后截面(單位：mm)

2.2 螺栓許用剪切應(yīng)力檢查

8.8級(jí)螺栓的抗拉強(qiáng)度為800 MPa，剪切強(qiáng)度=0.8×800=640 MPa。該螺栓為脆性材料，其許用剪切強(qiáng)度為640/2=320 MPa(安全系數(shù)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(jiǎn)單分力法的綜合拉力24 625 N，該螺栓應(yīng)用于安全帶固定點(diǎn)存在失效風(fēng)險(xiǎn)。

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(chǎn)生的內(nèi)力，彎矩越大，螺栓應(yīng)力集中點(diǎn)受力越大，彎曲變形越明顯，螺栓越容易斷裂。

試驗(yàn)中，上人體模塊施加的(13 500±200) N試驗(yàn)載荷、下人體模塊施加的(13 500±200) N試驗(yàn)載荷、兩點(diǎn)式安全帶(腰帶)的(22 250±200) N測(cè)試載荷分力F施予該螺栓。按簡(jiǎn)單分力法，拉力F=24 625 N，L改進(jìn)前=0.018 m，彎矩M改進(jìn)前=FL改進(jìn)前=0.44 kN·m。厚墊圈的寬度為10 mm,在M改進(jìn)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(diǎn)的改進(jìn)

按圖3(b)所示對(duì)該固定點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，將焊接法蘭螺母倒過(guò)來(lái)焊在座椅骨架支架的外側(cè)，同時(shí)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(jìn)后=FL改進(jìn)后=24.625 kN×0.013 m=0.32 kN·m

M改進(jìn)后比M改進(jìn)前減少27%，螺栓自由變形量相應(yīng)降低27%，螺栓斷裂風(fēng)險(xiǎn)降低。

2.5 改進(jìn)后的試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)改進(jìn)后固定點(diǎn)按法規(guī)要求進(jìn)行拉力試驗(yàn)，拉力機(jī)的載荷預(yù)設(shè)值約為法規(guī)要求載荷的1.2倍。試驗(yàn)后，各固定點(diǎn)周邊區(qū)域只是輕微變形，不構(gòu)成破壞，符合預(yù)定改進(jìn)目標(biāo)(見(jiàn)圖4)。

圖4 安全帶固定點(diǎn)改進(jìn)后拉力曲線(xiàn)

3 結(jié)論

參照IS 15139:2002的固定點(diǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)方法對(duì)改進(jìn)后第二排6分座椅的三點(diǎn)式安全帶和兩點(diǎn)式安全帶的固定點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，在設(shè)定的工作載荷下，該位置的安裝螺栓未出現(xiàn)斷裂破壞，其他各安全帶的固定點(diǎn)未出現(xiàn)破壞性失效現(xiàn)象，試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足要求，達(dá)成了改進(jìn)目標(biāo)。