基于六西格玛管理方法的安全带锁扣高度设计优化

2020-08-04曾燕娜

汽车零部件 2020年7期

曾燕娜

(上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州 545007)

0 引言

随着中国汽车行业的飞速发展，消费者对汽车的要求越来越高，尤其看重汽车的安全性能，作为最重要的被动安全部件——安全带系统，在汽车碰撞过程中对乘员冲击能量的吸收高达70%，对保护乘员起到至关重要的作用。

随着道路路况的快速改善，汽车的使用频率越来越高，安全带的使用时长也越来越长，消费者对安全带的性能要求也越来越高。不断接到客户的反馈声音：如长途驾车后肩膀被安全带压疼，如安全带勒得太紧，如安全带织带靠后不方便拿，如安全带勒肚子等等。文中针对安全带勒肚子问题进行研究，经过动态感知验证指出是否勒肚子主要体现在锁扣组件的高度上。

本文作者探讨不同锁扣高度对乘客勒肚子的改善效果，以某一量产车型为基础，采用软件Ramsis、HyperWorks和LsDyna进行仿真模拟和计算，以仿真指导可行性设计。

1 安全带锁扣侧固定点法规要求

安全带卷收器组件和锁扣组件的设计和制造应满足：当正确安装和由乘员正常使用时，其功能正常，并在交通事故中降低对身体的伤害程度。安全带的固定点既可以设在车辆结构上或座椅结构上，亦可以设在车辆的其他部件上，或者分设于以上各部件上。但必须满足如下要求。

1.1 前排安全带下固定点角度范围要求

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》要求M1类车辆的非带扣侧α1应在30°～80°范围内，带扣侧α2应在45°～80°范围中，前排座椅所有可正常移动的位置，角度要求见表1。在正常乘坐位置，α1和α2中至少有一个是恒定值(如固定点在座椅上)，其值为60°±10°。当靠背角小于20°时，α1可低于以上规定的最小值(30°)，但在任何正常使用位置均不得小于20°[1]。安全带有效固定点范围如图1所示。

表1 M1类车辆前排座椅下固定角度范围

图1 安全带有效固定点范围

1.2 前排安全带下固定点距离要求

图2为下固定点位置距离要求。

分别通过同一安全带的两个下固定点L1、L2且平行于车辆纵向中心平面的两个垂直平面间的距离不得小于350 mm。对M1和N1类车辆的后排中间乘坐位置，若中间座椅与其他座椅不可交换，则上述距离不可小于240 mm。座椅的纵向中心平面应在L1和L2点之间，且距离至少为120 mm。

1.3 安全带固定点强度要求及乘员保护性能要求

安全带所有的固定点应进行法规规定的强度试验。如果在规定的时间内，持续按规定的力加载，在力卸载之后，允许固定点或周围区域有永久变形，包括断裂或产生裂纹。

利用模拟肩带对上人体模块施加(13 500±200) N的试验载荷，与此同时，应对下人体模块施加(6 750±200) N的试验载荷。

同时安全带作为紧急状态下对人员实施保护的零件，希望对人员实施保护时具有良好的保护效果。在CNCAP正面碰撞中，衡量安全带保护效果主要体现在对乘员骨盆前移量以及胸部压缩变形量。为满足CNCAP五星级要求，公司内部要求座盆前移量不大于180 mm,胸部压缩量不大于35 mm。

2 安全带系统功能介绍及勒肚子原因分析

2.1 安全带系统功能及范围

针对乘客反馈回来勒肚子的问题采用Function Diagram and Function Scoping展示安全带系统功能及范围，得出针对安全带的佩戴舒适性主要体现在发泡形状、安全带锁扣锁头与H点Z向距离、织带柔顺性以及卷收器回卷力，如图3所示。

图3 安全带系统范围

2.2 勒肚子原因分析

针对上述Function Diagram and Function Scoping得出的安全带佩戴舒适性的几个因素中，对于乘客反馈勒肚子的问题主要体现在座椅发泡舒适性和锁头相对H点高度上。采用PROJECT FOCUS TREE确认主要原因，得出勒肚子的主要原因(占80%)是锁头相对H点Z向高度，其原因分析如图4所示。

图4 勒肚子原因分析

3 对比分析

针对上述分析得出的主要原因是锁头相对于H点Z向高度，找出国内畅销车型进行测量对比，测量结果如图5所示，由图可知，1号车锁头高度相对H点高35.9 mm，2号车锁头高度相对H点高61.1 mm，3号车锁头高度相对H点高31.3 mm，4号车锁头高度相对H点高19.7 mm。通过动态感知团队验证1—3号车无明显勒肚子现象，4号车勒肚子明显。4号车锁头高度明显偏低。

图5 不同车型锁头相对H点高度对比

4 锁头高度设计概念参数开发

针对安全带锁头布置需要考虑的问题进行参数分解(见图6)，安全带锁头的设计布置主要考虑法规要求、舒适性要求和安全性要求。由于座椅发泡优化可解决锁头外观要求，故在该项目中忽略外观的要求。

图6 锁头设计参数树

4.1 法规要求(参数1)

由于研究的该车型驾驶员座椅是可以前后滑动的，而安全带的L1点布置在车身上，故L2点务必布置在座椅上以达到法规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》要求——α1和α2中至少有一个是恒定值(如固定点在座椅上)，其值为60°±10°。通过上述法规研究分析(见图1和图2)，该角度限制了锁扣组件固定点X方向和Y方向范围。故锁头Z向高度是自由参数，需要主要分析。

4.2 动态舒适性要求(参数2)

依据动态感知输入，锁头位置越宽松，在行车过程中对乘员无压迫感。故定义安全带织带与躯干压迫量为舒适性指标，压迫量定义为舒适性。

考虑座椅滑动，在H点定义位置放置50%分位的男性假人，在座椅最后最下方位置放置95%分位男性假人，在座椅的最前最上的位置放置50%分位的女性假人进行考察。

通过Ramsis软件对不同锁头高度：4号车在原状态、锁头+50 mm、锁头+100 mm进行舒适性佩戴模拟分析，不同锁头高度模拟分析的状态如图7所示，得出不同锁头高度织带对人体肚子的压迫指数见表2，压迫指数越高，乘员越不舒服。

图7 不同锁头状态Ramsis分析的织带佩戴

表2 不同锁头高度的压迫指数

由上表2可知，当锁头越高，压迫指数越低，乘员佩戴越不会勒肚子，越舒适。

4.3 安全性要求(参数3)

安全带作为紧急状态下对人员实施保护的零件，希望对人员实施保护时具有良好的保护效果。安全带锁扣的布置，主要体现在实车碰撞过程中对乘员骨盆X前移量以及胸部压缩变形量。通过HyperWorks前后处理器和LsDyna计算器计算不同锁头长度对乘员的约束状态。不同锁头高度模拟计算分析如图8所示，不同锁头高度的骨盆X前移量以及胸部压缩变形量见表3。