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        基于六西格瑪管理方法的安全帶鎖扣高度設(shè)計(jì)優(yōu)化

        2020-08-04 09:12:04曾燕娜
        汽車零部件 2020年7期
        關(guān)鍵詞:號車固定點(diǎn)乘員

        曾燕娜

        (上汽通用五菱汽車股份有限公司,廣西柳州 545007)

        0 引言

        隨著中國汽車行業(yè)的飛速發(fā)展,消費(fèi)者對汽車的要求越來越高,尤其看重汽車的安全性能,作為最重要的被動(dòng)安全部件——安全帶系統(tǒng),在汽車碰撞過程中對乘員沖擊能量的吸收高達(dá)70%,對保護(hù)乘員起到至關(guān)重要的作用。

        隨著道路路況的快速改善,汽車的使用頻率越來越高,安全帶的使用時(shí)長也越來越長,消費(fèi)者對安全帶的性能要求也越來越高。不斷接到客戶的反饋聲音:如長途駕車后肩膀被安全帶壓疼,如安全帶勒得太緊,如安全帶織帶靠后不方便拿,如安全帶勒肚子等等。文中針對安全帶勒肚子問題進(jìn)行研究,經(jīng)過動(dòng)態(tài)感知驗(yàn)證指出是否勒肚子主要體現(xiàn)在鎖扣組件的高度上。

        本文作者探討不同鎖扣高度對乘客勒肚子的改善效果,以某一量產(chǎn)車型為基礎(chǔ),采用軟件Ramsis、HyperWorks和LsDyna進(jìn)行仿真模擬和計(jì)算,以仿真指導(dǎo)可行性設(shè)計(jì)。

        1 安全帶鎖扣側(cè)固定點(diǎn)法規(guī)要求

        安全帶卷收器組件和鎖扣組件的設(shè)計(jì)和制造應(yīng)滿足:當(dāng)正確安裝和由乘員正常使用時(shí),其功能正常,并在交通事故中降低對身體的傷害程度。安全帶的固定點(diǎn)既可以設(shè)在車輛結(jié)構(gòu)上或座椅結(jié)構(gòu)上,亦可以設(shè)在車輛的其他部件上,或者分設(shè)于以上各部件上。但必須滿足如下要求。

        1.1 前排安全帶下固定點(diǎn)角度范圍要求

        GB 14167—2013《汽車安全帶安裝固定點(diǎn)、ISOFIX固定點(diǎn)系統(tǒng)及上拉帶固定點(diǎn)》要求M1類車輛的非帶扣側(cè)α1應(yīng)在30°~80°范圍內(nèi),帶扣側(cè)α2應(yīng)在45°~80°范圍中,前排座椅所有可正常移動(dòng)的位置,角度要求見表1。在正常乘坐位置,α1和α2中至少有一個(gè)是恒定值(如固定點(diǎn)在座椅上),其值為60°±10°。當(dāng)靠背角小于20°時(shí),α1可低于以上規(guī)定的最小值(30°),但在任何正常使用位置均不得小于20°[1]。安全帶有效固定點(diǎn)范圍如圖1所示。

        表1 M1類車輛前排座椅下固定角度范圍

        圖1 安全帶有效固定點(diǎn)范圍

        1.2 前排安全帶下固定點(diǎn)距離要求

        圖2為下固定點(diǎn)位置距離要求。

        分別通過同一安全帶的兩個(gè)下固定點(diǎn)L1、L2且平行于車輛縱向中心平面的兩個(gè)垂直平面間的距離不得小于350 mm。對M1和N1類車輛的后排中間乘坐位置,若中間座椅與其他座椅不可交換,則上述距離不可小于240 mm。座椅的縱向中心平面應(yīng)在L1和L2點(diǎn)之間,且距離至少為120 mm。

        1.3 安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度要求及乘員保護(hù)性能要求

        安全帶所有的固定點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行法規(guī)規(guī)定的強(qiáng)度試驗(yàn)。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),持續(xù)按規(guī)定的力加載,在力卸載之后,允許固定點(diǎn)或周圍區(qū)域有永久變形,包括斷裂或產(chǎn)生裂紋。

        利用模擬肩帶對上人體模塊施加(13 500±200) N的試驗(yàn)載荷,與此同時(shí),應(yīng)對下人體模塊施加(6 750±200) N的試驗(yàn)載荷。

        同時(shí)安全帶作為緊急狀態(tài)下對人員實(shí)施保護(hù)的零件,希望對人員實(shí)施保護(hù)時(shí)具有良好的保護(hù)效果。在CNCAP正面碰撞中,衡量安全帶保護(hù)效果主要體現(xiàn)在對乘員骨盆前移量以及胸部壓縮變形量。為滿足CNCAP五星級要求,公司內(nèi)部要求座盆前移量不大于180 mm,胸部壓縮量不大于35 mm。

        2 安全帶系統(tǒng)功能介紹及勒肚子原因分析

        2.1 安全帶系統(tǒng)功能及范圍

        針對乘客反饋回來勒肚子的問題采用Function Diagram and Function Scoping展示安全帶系統(tǒng)功能及范圍,得出針對安全帶的佩戴舒適性主要體現(xiàn)在發(fā)泡形狀、安全帶鎖扣鎖頭與H點(diǎn)Z向距離、織帶柔順性以及卷收器回卷力,如圖3所示。

        圖3 安全帶系統(tǒng)范圍

        2.2 勒肚子原因分析

        針對上述Function Diagram and Function Scoping得出的安全帶佩戴舒適性的幾個(gè)因素中,對于乘客反饋勒肚子的問題主要體現(xiàn)在座椅發(fā)泡舒適性和鎖頭相對H點(diǎn)高度上。采用PROJECT FOCUS TREE確認(rèn)主要原因,得出勒肚子的主要原因(占80%)是鎖頭相對H點(diǎn)Z向高度,其原因分析如圖4所示。

        圖4 勒肚子原因分析

        3 對比分析

        針對上述分析得出的主要原因是鎖頭相對于H點(diǎn)Z向高度,找出國內(nèi)暢銷車型進(jìn)行測量對比,測量結(jié)果如圖5所示,由圖可知,1號車鎖頭高度相對H點(diǎn)高35.9 mm,2號車鎖頭高度相對H點(diǎn)高61.1 mm,3號車鎖頭高度相對H點(diǎn)高31.3 mm,4號車鎖頭高度相對H點(diǎn)高19.7 mm。通過動(dòng)態(tài)感知團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證1—3號車無明顯勒肚子現(xiàn)象,4號車?yán)斩亲用黠@。4號車鎖頭高度明顯偏低。

        圖5 不同車型鎖頭相對H點(diǎn)高度對比

        4 鎖頭高度設(shè)計(jì)概念參數(shù)開發(fā)

        針對安全帶鎖頭布置需要考慮的問題進(jìn)行參數(shù)分解(見圖6), 安全帶鎖頭的設(shè)計(jì)布置主要考慮法規(guī)要求、舒適性要求和安全性要求。由于座椅發(fā)泡優(yōu)化可解決鎖頭外觀要求, 故在該項(xiàng)目中忽略外觀的要求。

        圖6 鎖頭設(shè)計(jì)參數(shù)樹

        4.1 法規(guī)要求(參數(shù)1)

        由于研究的該車型駕駛員座椅是可以前后滑動(dòng)的,而安全帶的L1點(diǎn)布置在車身上,故L2點(diǎn)務(wù)必布置在座椅上以達(dá)到法規(guī)GB 14167—2013《汽車安全帶安裝固定點(diǎn)、ISOFIX固定點(diǎn)系統(tǒng)及上拉帶固定點(diǎn)》要求——α1和α2中至少有一個(gè)是恒定值(如固定點(diǎn)在座椅上),其值為60°±10°。通過上述法規(guī)研究分析(見圖1和圖2),該角度限制了鎖扣組件固定點(diǎn)X方向和Y方向范圍。故鎖頭Z向高度是自由參數(shù),需要主要分析。

        4.2 動(dòng)態(tài)舒適性要求(參數(shù)2)

        依據(jù)動(dòng)態(tài)感知輸入,鎖頭位置越寬松,在行車過程中對乘員無壓迫感。故定義安全帶織帶與軀干壓迫量為舒適性指標(biāo),壓迫量定義為舒適性。

        考慮座椅滑動(dòng),在H點(diǎn)定義位置放置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%分位的女性假人進(jìn)行考察。

        通過Ramsis軟件對不同鎖頭高度:4號車在原狀態(tài)、鎖頭+50 mm、鎖頭+100 mm進(jìn)行舒適性佩戴模擬分析,不同鎖頭高度模擬分析的狀態(tài)如圖7所示,得出不同鎖頭高度織帶對人體肚子的壓迫指數(shù)見表2,壓迫指數(shù)越高,乘員越不舒服。

        圖7 不同鎖頭狀態(tài)Ramsis分析的織帶佩戴

        表2 不同鎖頭高度的壓迫指數(shù)

        由上表2可知,當(dāng)鎖頭越高,壓迫指數(shù)越低,乘員佩戴越不會勒肚子,越舒適。

        4.3 安全性要求(參數(shù)3)

        安全帶作為緊急狀態(tài)下對人員實(shí)施保護(hù)的零件,希望對人員實(shí)施保護(hù)時(shí)具有良好的保護(hù)效果。 安全帶鎖扣的布置,主要體現(xiàn)在實(shí)車碰撞過程中對乘員骨盆X前移量以及胸部壓縮變形量。通過HyperWorks前后處理器和LsDyna計(jì)算器計(jì)算不同鎖頭長度對乘員的約束狀態(tài)。不同鎖頭高度模擬計(jì)算分析如圖8所示,不同鎖頭高度的骨盆X前移量以及胸部壓縮變形量見表3。

        圖8 不同鎖頭狀態(tài)正碰模擬

        表3 不同鎖頭狀態(tài)正碰骨盆X向前移量及胸壓變形量 mm

        5 鎖頭高度優(yōu)化設(shè)計(jì)

        5.1 安全帶鎖頭布置參數(shù)2——舒適性數(shù)據(jù)進(jìn)行分析

        如圖9所示,鎖頭越高,乘客佩戴壓迫指數(shù)越小,乘客舒適性越高,鎖頭高度與乘客舒適性成正向關(guān)系,最前位置是舒適性最敏感狀態(tài)。

        圖9 舒適性與座椅位置的關(guān)系

        5.2 安全帶鎖頭布置參數(shù)3——安全性能指標(biāo)進(jìn)行分析

        如圖10所示,骨盆X向前移量與鎖扣高度成正向關(guān)系,目標(biāo)值小于180 mm,對于鎖頭加高小于75 mm;如圖11所示,胸部壓縮變形量與鎖扣高度成正向關(guān)系,目標(biāo)值小于35 mm,對于鎖頭加高小于25 mm。綜上,安全性能要求鎖頭加高小于25 mm。

        圖10 安全性骨盆X向前移量與鎖扣高度的關(guān)系

        圖11 安全性胸部壓縮變形量與鎖扣高度的關(guān)系

        6 結(jié)論

        安全帶鎖頭位置的設(shè)計(jì)布置受法規(guī)GB 14167—2013《汽車安全帶安裝固定點(diǎn)、ISOFIX固定點(diǎn)系統(tǒng)及上拉帶固定點(diǎn)》限制;安全帶佩戴是否勒肚子的舒適性主要由鎖扣組件的鎖頭高度決定;鎖頭高度影響安全帶約束乘客的安全性。舒適性和安全性是時(shí)間分離的矛盾特性。

        (1)安全帶鎖扣布置舒適性是往大特性。

        (2)安全帶鎖扣布置安全性是往小特性。

        (3)結(jié)合舒適性和安全性要求,后續(xù)車型鎖扣設(shè)計(jì)以研究4號車原狀態(tài)基礎(chǔ)上鎖扣加高25 mm(鎖扣Z向高于H點(diǎn)10 mm)以提升佩戴舒適性,該狀態(tài)同時(shí)可滿足安全性要求。

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