孙明欣

（中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司）

当汽车发生碰撞时，由安全带、安全气囊、座椅等装置组成的乘员约束系统不但能有效缓冲乘员所受到的冲击载荷，还能避免乘员与车身内外饰发生二次碰撞，从而起到汽车乘员防护作用[1-2]。通过大量的项目工作，发现约束系统匹配工作一般在前期数据设计完成之后才会展开一系列的分析，因此约束系统零部件（安全带、气囊等）在前期布置时，在满足法规要求的前提下，自身可能还存在一些布置上的不足。如果此时约束系统CAE 的仿真优化能在前期布置设计阶段就开始介入，并对零部件的布置进行一定的指导，或许可以大大地弥补车身钣金和零部件设计上需要花更多的时间和成本才能实现的性能。关于约束系统CAE 分析在前期布置设计阶段的研究，国内主机厂在此领域大部分都是空白，所以基于C-NCAP 性能要求对约束系统零部件布置设计的探索是一项非常有意义的工作。文章通过结合某项目工作中的实际情况，得出了约束系统CAE 分析在前期零部件布置中的一些经验，希望可以指导各大主机厂在新车型项目中的约束系统零部件的布置设计。

1 基于C-NCAP星级目标要求的乘员保护装备分析

2018 版C-NCAP 已于2018年7月开始执行，5 星碰撞目标中乘员保护的得分要求，如表1 所示。

表1 5星碰撞目标的乘员保护得分要求分解 分

根据表1 可以得出：

1）副驾驶安全带未系提醒（+0.5 分）、占位传感器（+0.5 分）：若无，则按目标分解，乘员保护得分率仅为85%～85.7%（5 星要求≥85%）。因此，副驾驶安全带未系提醒（SBR、占位传感器）不可取消。

2）后排3 个位置安全带未系提醒（+1 分）：若无，则按目标分解，乘员保护得分率仅为85%（5 星要求≥85%）。因试验项、侧气帘目标分值是否能达到存在不确定因素，所以加分的装备很重要，不能取消，且后排假人得分权重已由2015 版C-NCAP 的2 分变为2018 版C-NCAP 的4 分。

2 安全带布置方法

2.1 法规要求

车辆碰撞事故发生时，安全带能够有效避免乘员身体冲出座椅发生二次碰撞[3]。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》详细规定了乘用车安全带所有安装固定点的位置范围要求[4]。

2.2 布置原则

图1 示出汽车安全带的布置原则。前排安全带的布置原则是卷收器本体出带口方向与高调器本体要在一条直线上，以保证安全带出带顺畅，如图1a 所示；后排安全带的布置原则是织带拉出方向与框架背板的夹角应小于30°，如果不满足此种布置状态，则会导致卷收器强度不足，如图1b 所示。

图1 汽车安全带布置原则

3 约束系统优化对布置设计的指导

3.1 前排约束系统优化分析

基于目前某新车型的开发，前排安全带在根据上述的布置原则布置完成之后，得出若干可以移动的安全带高调器位置，测出了具体的安全带导向环（D 环）坐标，并输入给CAE 部门，如表2 所示。

表2 某新车型前排安全带D 环调整工况及坐标 mm

CAE 部门在MADYMO 软件中建立座椅、安全带、气囊等的多体模型，依据2018 版C-NCAP 50 百分位假人正面100%重叠刚性壁障碰撞，得出在6 种工况下，前排安全带布置位置对假人头部、胸部和骨盆加速度几乎没有影响，但是会影响胸部压缩量。仿真结果显示，002 工况的假人胸部得分最高，如图2 和图3 所示。

图2 某新车型前排正面100%重叠刚性壁障碰撞仿真模型

图3 某新车型前排正面100%重叠刚性壁障碰撞假人胸部得分

另外，因前排有侧气帘，通过改变侧气帘的安装位置，测出侧气帘气体发生器在不同安装位置工况下的安装点坐标，并输入给CAE 部门，如表3 所示。

表3 某新车型前排侧气帘调整工况及坐标 mm

CAE 部门依据工程输入的上述5 种侧气帘（CAB）工况，在MADYMO 软件中建立基于2018 版C-NCAP标准的可变形移动壁障侧面碰撞仿真模型，如图4 所示。由于CAB 主要用来保护假人头部，通过仿真模拟发现，更改气体发生器安装孔位置对假人头部伤害有一定影响，但都是满分，如图5 所示，此工况除保证假人头部得分之外，还需考虑加分项3 分的条件满足情况。

图4 可变形移动壁障侧面碰撞仿真模型

图5 可变形移动壁障侧面碰撞假人头部得分

3.2 后排约束系统优化分析

基于目前某新车型的开发，后排安全带布置需要满足法规要求以及上述的布置原则。另外，目前开发的很多车型后排座椅靠背上都有安全带D 环，可认为此D 环为后排安全带的上有效固定点，其位置主要受后座椅造型以及后座椅靠背骨架的影响。在保证D 环的安装的前提下，给出了若干可以上下移动的D 环位置，并测出了具体的安全带D 环坐标，输入给CAE 部门，如表4 所示。

表4 某新车型后排安全带D 环调整工况及坐标 mm

CAE 部门通过在MADYMO 软件中建立座椅、安全带的多体模型，依据2018 版C-NCAP 50 百分位假人正面100%重叠刚性壁障碰撞，得出更改后排安全带布置位置对假人头部、胸部和骨盆加速度几乎没有影响，但是会影响胸部压缩量。仿真结果显示，002 工况假人胸部得分最高，如图6 和图7 所示。

图6 某新车型后排正面100%重叠刚性壁障碰撞仿真模型

图7 某新车型后排正面100%重叠刚性壁障碰撞假人胸部得分

4 结论

乘员约束系统的研究主要是为了减轻二次碰撞时乘员的损伤。文章以某新车型安全带、气囊设计开发为依托，探索了约束系统CAE 分析在前期零部件布置方面的影响。可以看出，约束系统CAE 分析在前期布置校核阶段介入可以对零部件的布置提出一些有益于假人伤害和C-NCAP 得分提升的建议，但是如果想从这些建议中提取出规律，则需要经过大量的项目验证和试验验证，这也是今后主要需要拓展和研究的方向。同时随着汽车设计的不断发展，CAE 仿真分析会越来越多地提前介入到布置设计和结构设计中，为汽车设计提供强大的技术支持，同样也可以很好地规避掉一些不好的设计方案和布置方案，进而实现降低设变成本和缩短设计周期的目标。