后地板安全带固定点结构优化设计

闻培培 李宏华 赵福全

（吉利汽车研究院）

1 前言

汽车座椅安全带是汽车普遍采用的安全装备，是一种有效的乘员保护装置。为使安全带在汽车上能充分发挥作用，除本身的结构和强度外，它在车身上的安装强度 （车身安全带固定点强度）也至关重要。本文针对某型汽车后地板安全带存在的问题，对其固定点结构进行了优化设计，优化后的结构满足了相关法规的要求。

2 后地板安全带固定点结构形式

后地板安全带固定点结构由安全带固定加强板、安全带固定螺母板及后地板本体组成。根据焊接关系分为3种结构形式，即安全带固定螺母板直接与后地板本体焊接；安全带固定加强板与安全带固定螺母板形成总成后与后地板本体焊接；安全带固定螺母板与横梁焊接后再与安全带固定加强板和后地板本体3层焊接。

2.1 安全带固定螺母板直接与后地板本体焊接

如图1所示，该结构是将安全带固定螺母板直接与后地板本体焊接，省略了安全带固定加强板。虽然结构简单，但承受安全带传递力的能力差。

2.2 安全带固定加强板与安全带固定螺母板形成总成后与后地板本体焊接

如图2所示，该结构是在1个尺寸较大的安全带固定加强板上焊接2个小的安全带固定螺母板，然后再与后地板本体焊接，这样可增大安全带的受力区域，提高整体强度。安全带固定螺母采用了盖型焊接螺母，以防止外界恶劣环境与安全带固定螺栓及螺母直接接触，起到防腐蚀及延长标准件使用寿命的目的。

2.3 安全带固定螺母板与横梁焊接后与安全带固定加强板和后地板本体3层焊接

如图3所示，首先安全带左、右固定螺母板与后地板后横梁焊接且形成封闭空腔 （截面A-A、B-B、C-C），增加了安全带固定点的强度；其次在此基础上再与安全带固定加强板和后地板本体3层焊接，形成3层板受力，此结构的强度优于前2个结构的强度。

3 后地板安全带固定点法规

法规ECE R14对后排安全带固定点规定内容较多，现仅对后地板安全带固定点相关法规进行介绍。

3.1 有效固定点位置的规定

安全带下有效固定点位置如图4所示。对于M1类车辆，所有后排座椅角度a1和a2应在30°～80°范围内[1]，如果后排座椅是可调的，则在所有正常移动位置上述要求均有效。

3.2 强度试验方法

一般情况下，同排座椅的安全带固定点应同时进行试验。若安全带固定点布置在座椅上，则应同时考虑座椅固定点强度试验。

3.2.1 三点式安全带固定点强度

对于三点式安全带，试验时对腰带及肩带部分分别用不动的加载块同时加载，施加负荷方向应沿平行于汽车纵向中心面并与水平线成10°±5°角，如图5所示。腰带及肩带部分的载荷均为13.500±0.2 kN，尽可能快地加载到法规负荷值，并至少持续0.2 s[1]。

3.2.2 二点式安全带固定点强度

对于二点式安全带，试验时对腰带部分用不动的加载块加载，施加负荷方向应沿平行于汽车纵向中心面并与水平线成10°±5°角，如图6所示。腰带部分的载荷为22.250±0.2 kN，尽可能快地加载到法规负荷值，并至少持续0.2 s[1]。

3.2.3 车辆固定要求

进行固定点强度试验时，所有固定车辆的装置应设在距被测固定点前方不少于500mm、后方不少于300mm处[1]，且加载过程中车身或车体不得发生移动。

4 某车型后地板安全带固定点结构设计优化

4.1 问题描述

图7为某车后地板安全带固定点静拉试验前、后对比结果。如图7b所示，该车的后排安全带固定点在静拉试验过程中，当右边座椅肩带的拉力达到10 kN时，后地板中段与后地板后段之间的整排焊点及后地板后横梁与后地板左/右纵梁的焊点被完全拉开。

4.2 原因分析

4.2.1 设计要求与试验车焊点对比分析

a.设计要求显示后地板中段与后地板后段是直接2层焊接，材料均为0.7/DC03。

b.如图8所示，设计要求显示中间焊点有10个，而试验车仅有8个焊点，且其中2个焊点在圆角上；另外，设计显示左、右两边各有4个焊点，比试验车多2个焊点。此为生产工艺编排与设计不符及工人操作误差引起的。

c.将试验车数据通过CAE有限元进行分析，结果如图9所示，即圆圈处应力最大，且此处的每个焊点所受拉伸力均大于3.5 kN。

d.生产中焊点强度试验结果如表1所列，其中0.7/DC03工艺试片焊接后，熔核直径为4 mm，通过5次抗剪强度试验，得出平均抗剪切力为3.51 kN。因拉伸力无法测量，故按抗剪切力的70%估算，即拉伸力为2.45 kN。

表1 焊点强度试验结果

基于上述分析可知，焊点实际承受的拉伸力（3.5 kN）超过了许用拉伸力（2.45 kN），引起图 9中圆圈所示位置的8个焊点开裂，进而导致整排焊点开裂。

4.2.2 试验车数据与对标车数据对比分析

a.如图10b所示，对标车1、3位置的后地板后横梁与后地板后段及后地板中段连接，形成3层焊接，对该处有加强作用；而图10a所示，试验车后地板后横梁仅与后地板中段焊接，未与后地板后段连接，结构强度较弱，

b.对标车位置2的两安全带固定点距离约为90 mm，且距1、3处较远，所以位置2所受拉伸力传递到1、3处时已很小，此距离起到了缓冲作用；试验车两安全带固定点距离约为310 mm，且距1、3处较近，难以缓冲，使1、3处强度受到影响。

4.3 结构优化

4.3.1 前期措施

a.增加焊点，与设计要求保持一致。增加焊点后的后地板塑性应变对比云图如图11所示，由图11可看出，与满足设计要求的后地板塑性应变云图比较可知，增加焊点后的试验车仅在焊点2处的应变稍缓解，但两者的应变变化趋势基本一致，即应变仍集中在 1、2、3、4 处， 而 2、3 处是后地板前、后段焊点开裂的起始点，且应变集中处个别焊点所受拉伸力仍大于3.5 kN，所以仅增加焊点无法解决此问题。

b.增加加强板，提高强度。在后地板总成中新增2个加强板，即后地板左、右加强板，如图12a圆圈所示；合理布置焊点，在点焊无法实现的地方增加二氧化碳保护焊。

通过采用增加焊点和增加两加强板的措施后，最先开焊的8个焊点所受拉伸力显著降低，均小于2 kN，见图12b，并通过台湾的安全带静拉试验。但经后期分析发现,新增加的两加强板与现生产夹具产生多处干涉,要满足批量生产需要对生产线进行大量改动。

4.3.2 后期措施

针对前期措施的不足，采取将加强板由后地板下部移到上部的方法，见图13。更改后现有夹具只需移动一个夹紧面即可。由于受后地板上部结构限制，修改方案的结构焊点比原方案少6个，但可增加2条二氧化碳保护焊弥补，焊点位置如图14所示。

更改加强板位置后，根据CAE分析，后期措施显著降低了最先开焊的8个焊点的受力，8个焊点所受拉伸力均小于2 kN。对比前期措施，虽然后期措施在焊点4处受力明显增大（因为CAE有限元分析时模型未增加二氧化碳保护焊），但与焊点强度极限（3 kN）还相差较大。增加二氧化碳保护焊后,此处受力情况得到很大改善，这也说明了后期措施方案是可行的。前期措施和后期措施的各焊点拉伸力随时间变化曲线如图15所示。

5 结束语

a.对某型车后地板安全带固定结构和焊点进行了优化，达到了静拉试验法规要求，且此结构在模具冲压、车身焊接中均未出现问题，满足了产品设计改进要求。

b.新车型设计时要充分考虑后地板安全带固定点强度要求，对于已生产车型的后地板安全带固定点结构优化时，要尽量在不改动原有件结构基础上提高其强度，同时兼顾模具、夹具修改的方便性。

1 ECE R14，UNIFORM PROVISIONS CONCERNING THE APPROVAL OF VEHICLESWITH REGARD TO SAFETYBELT ANCHORAGES.