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(shù)開發(fā)有限公司， 湖南 長沙 410205)

GB 7258—2017《機動車運行安全技術(shù)條件》第12.1.2條規(guī)定：除三輪汽車外，所有駕駛?cè)俗?、乘用車的所有乘員座椅、總質(zhì)量小于等于3 500 kg的其他汽車的所有外側(cè)座椅、其他汽車的前排外側(cè)乘員座椅，均應(yīng)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(shù)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(guī)定：所有駕駛?cè)俗?、前排乘員座椅、客車位于踏步區(qū)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(yīng)裝備三點式汽車安全帶。根據(jù)該規(guī)定，在上述規(guī)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(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：每個安全帶固定點應(yīng)能承受第5.3和5.4條規(guī)定的試驗。如果在測試過程中在規(guī)定時間內(nèi)能持續(xù)承受所需的力，則固定點或周圍區(qū)域的永久變形(包括破裂或斷裂)不構(gòu)成破壞；應(yīng)滿足第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條要求對連接安全帶上固定點及相應(yīng)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(guān)于兩點式安全帶(腰帶)固定點試驗的規(guī)定為：對于M1和N1類車輛，應(yīng)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(guī)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(yīng)補充一個等于整個座椅質(zhì)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(cè)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(fā)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(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。斷裂區(qū)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(yīng)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(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)用于安全帶固定點存在失效風(fēng)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(chǎn)生的內(nèi)力，彎矩越大，螺栓應(yīng)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(cè)，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(yīng)降低27%，螺栓斷裂風(fēng)險降低。

2.5 改進后的試驗驗證

對改進后固定點按法規(guī)要求進行拉力試驗，拉力機的載荷預(yù)設(shè)值約為法規(guī)要求載荷的1.2倍。試驗后，各固定點周邊區(qū)域只是輕微變形，不構(gòu)成破壞，符合預(yù)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(jié)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(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未出現(xiàn)破壞性失效現(xiàn)象，試驗結(jié)果滿足要求，達成了改進目標。