2024年10月29日发(作者：磨浦和)
InternalCombustionEngine&Parts
·47·
某MPV车型安全带固定点结构的优化
OptimizationDesignofSeatbeltAnchoragesforaMPVModel
方月娇FANGYue-jiao
（江西昌河汽车有限责任公司，景德镇333002）
摘要院以某MPV车型中排三点式安全带固定点为研究对象，依据汽车安全带国家标准要求，采用LS-DYNA和Hypermesh软件
对安全带固定点的力学性能进行有限元分析，结合实车试验中出现的问题，提出安全带固定点的结构优化方案，并对优化后的结构进
行力学性能分析。研究结果为汽车安装带固定点设计提供一定的指导意见。
关键词院安全带固定点；力学性能；有限元分析；结构优化
0引言
安全带作为汽车被动安全的一个重要组成部分，在碰
撞事故中可使乘员伤亡率减少15耀30%
[1]
。当汽车发生碰
撞事故或翻滚时，安全带总成把车内乘员牢牢地约束在座
椅上，防止其飞出车外或与车内其它部件发生二次碰撞，
尽可能降低车内乘员的伤害
[2]
。安全带通过车身固定点安
装在车身上，安全带固定点必须具有足够的强度，防止车
辆在发生碰撞时，安全带从车身上脱出从而失去保护作
用。另外，基于安全带总成制造成本及车身的轻量化设计
要求
[3-4]
，基于合理的安全带固定点的强度下安全带固定点
的结构设计显得尤为重要。
本文针对某MPV车型中排三点式安全带固定点试验
中出现的问题，采用有限元分析方法对安全带固定点进行
力学性能分析，并对其结构进行优化设计，为安全带固定
点的设计改进提供一定的指导意见。
1法规试验要求
汽车安全带固定点强度是汽车被动安全的一个重要
指
14167-2013
标，是产品认证的
定点的强度
《
要
汽车
求和
安
试
全
验
带
强
方
安装
制检查项目。执行标准为GB
法做
固
了明
定点
确
》，
规
该标
定
[5]
准
。
对安全带固
试验要求：在承受固定点试验载荷的情况下，安全带
固定点的强度必须保证安全带不得从安装固定点处脱落，
但允许安装固定点及其周围区域产生永久变形或裂纹，且
规定上部有效固定点的前向位移不得超过一定的范围。
试验条件：同一组座椅的全部安全带固定点应同时进
行
10
试
时
毅依
间
5
验。
13500N
毅的方
沿
向
平行于车辆纵向中心平面并与水平线成向上
依
施
200N
加荷载
的试
。
验
利
载荷
用模
。对于
拟肩带
安
对
全
上、
带固
下人
定点
体同
布
时
置
在
20
座椅骨架上
的实际
倍的
质量
惯性
的结构，还应时间一个相当于座椅总质量
相
力
当
。
的
惯
座
性
椅
载荷
相关
应
部
施
件
加在
上。
座
图
椅
1
上
为汽车
或相应的
安全
座
带
椅
法
规试验方法示意图。
2安全带固定点试验结果
2.1问题描述
要要要
在设计开发
作者简介
要要要要要
院
要要
过程中，为使安全带固定点性能满足GB
方
要要
月娇
要要
（
要要
1985-
要要要要
）
要要
，女
要
，工程师，学士，就职于江西昌河汽
车有限责任公司技术中心，研究方向为汽车结构刚强
度、CFD、碰撞安全。
图1法规试验方法
14167-2013
车型中排三人
要
座
求
安
，按
全
照
带固
标准
定点
要求
试
进行
验后
试
的
验。
结果
图
。
2为
由
某
图
MPV
2可
知，试验过程中，四分位座椅地板安全带固定点完全拉脱，
六分位座椅地板安全带固定点严重变形。
图2试验后的实车状态
2.2问题原因分析
经讨论分析，实车试验过程中安全带固定点不合格
的原因主要是地板处座椅安全带自身加强板过小并且未
与横梁搭接、横梁缺口过多造成的，具体如如图3、图4
所示。
·48·
图3安全带固定点结构渊正面冤
图4安全带固定点结构渊反面冤
3仿真分析及结构优化
3.1模型建立
本次分析模型为某MPV车型中排三人座座椅模型，
在完整座椅模型基础上，对座椅的安全带固定点强度分
析。首先采用hypermesh软件对座椅模型建模，为了节约
计算时间，忽略座椅泡棉对分析的影响。建立的分析模
型包含白车身、座椅骨架、上下人体模块等结构，如图5
所示。
图5仿真分析加载设置
根据法规试验要求，为便于试验加载，截取A柱前段
白车身结构，并对截断面以及后减震器及其周边结构进行
全约束。仿真分析加载设置，如图5所示。
按照国标要求，沿平行于车辆纵向平面并与水平线呈
向上10毅的方向对上、下人体模块施加13500N的载荷。由
于中间座椅安全带上固定点位于座椅靠背上，故还需对座
椅施加大小等同于其质量20倍且通过质心的水平前向载
荷。加载后的安全带固定点分析模型，如图5所示。
3.2结果分析
针对安全带固定点强度检测中常出现的固定点撕裂、
脱落问题，采用等效塑性应变来判断各部件是否产生开裂
或失效。对于钢材，要求等效塑性应变不大于0.2，否则认
为该材料失效。
将中排安全带固定点试验仿真模型提交LS-DYNA
进行计算，地板处的安全带固定点最大塑性应变，如图6
所示。地板处的四、六分位安全带固定点的最大有效塑
性应变为0.31和0.23，均超过分析标准要求，即该处结
构已发生断裂失效，不满足设计要求，与试验结果完全
一致。
内燃机与配件
图6安全带固定点仿真分析结果
3.3结构优化
提高安全带固定点强度的手段，包括通过增加周边零
件厚度、在固定点安装点处增加加强件、改善安全带固定
点加强板材料。
考虑到该车型已接近量产，生产工艺及模夹具已定
型，为最大减小改动成本，缩短整改周期，采用优化固定
点安装点处加强件的结构和材料。根据初步的仿真分析
结果，结合实际布置和工艺要求提出3个改进方案，并通
过有限元仿真分析手段，来验证优化后的结构是否能满
足国标要求。原状态和优化方案结构对比，如图7、图8、
图9所示。
图7原状态安全带固定点结构
图8方案1尧方案2安全带固定点结构
图9方案3安全带固定点结构
对改进后的模型进行安全带固定点强度分析。考察地
板处安全带固定点结构改进前后的最大塑性应变结果，如
InternalCombustionEngine&Parts
·49·
桑塔纳发动机实训试验台维护策略研究
StudyonMaintenanceStrategyofSantanaEngineTrainingTest-bed
陈锦华CHENJin-hua曰徐国平XUGuo-ping曰王新民WANGXin-min曰蔡龙CAILong
（江苏信息职业技术学院，无锡214153）
（JiangsuCollegeofInformationTechnology，Wuxi214153，China）
摘要院介绍了桑塔纳发动机实训试验台结构原理，对发动机不能起动和怠速不稳等常见故障的原因进行了分析，论述了其诊断方
法和流程，最后对桑塔纳发动机实训试验台的日常维护提出了注意事项。
Abstract:ThispaperintroducesthestructureandprincipleofSantanaenginetrainingtest-bed,analysesthecausesofcommonfaults
suchasenginefailuretostartandidlespeedinstability,expoundsthediagnosticmethodandprocess,andfinallyputsforwardthematters
needingattentionindailymaintenanceofSantanaenginetrainingtest-bed.
关键词院桑塔纳发动机；试验台；维护策略；研究
Keywords:Santanaengine；testbench；maintenancestrategy；study
0引言
发动机是汽车的“心脏”，虽然目前以电动汽车为代表
的新能源汽车发展迅速，但由于电动汽车受续驶里程以及
充电时间长等因素限制，在人们选择汽车时，大多数还是
选择内燃机汽车。在家用汽车中，电控汽油喷射发动机汽
车占绝大多数，所以高职院校汽修专业学生大多要学习发
动机电控技术这门课程。桑塔纳2000GSI轿车AJR电控
发动机由于结构典型、成熟，是目前许多高职院校汽修专
业学生使用的实训设备。由于使用频繁，各种问题出现不
可避免。为了不影响教学，就要及时对试验台进行维护。本
文就此谈谈该发动机试验台维护策略。
1桑塔纳发动机实训试验台结构原理
桑塔纳发动机实训试验台（图1）装用的是桑塔纳
2000GSI汽车用的AJR电控汽油喷射发动机，AJR发动机
用的是德国BOSCH公司开发的Motronic3.8.2电子控制
顺序多点燃油喷射系统，燃油系和点火系由同一个电控单
要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
元（ECU）控制，点火系无分电器，采用两个点火线圈双头
点火，结构十分典型，很适合高职院校学生学习发动机电
控技术时使用。
图1桑塔纳发动机实训试验台
桑塔纳发动机实训试验台包括AJR电喷发动机、试
验台控制面板、试验台机箱等三大部分。试验台控制面板
模拟信号发生装置、传感
作者简介院陈锦华（1965-），男，江苏兴化人，副教授，高级工程师，
上设置有主要参数值显示仪表、
器信号参数测试仪表、故障设置开关系统、发动机故障诊
工程硕士，主要汽车检测与诊断教学与研究。
表1所示。
表1安全带固定点分析结果对比
方案
原始结构
方案1
方案2
方案3
加强板
厚度（mm）
1.2
1.2
1.2
1.2
材料
DC01
DC01
B340/590DP
B340/590DP
分析结果（最大塑性应变）
四分位固定点六分位固定点
0.31
0.22
0.17
0.12
0.23
0.2
0.19
0.08
结论
不满足
不满足
有风险
满足
分析手段可以有效指导设计开发。
于对于成熟车型在进行安全带固定点结构优化时，针
对其薄弱点，尽量在原有结构的基础上做小改动，在提高
性能的同时，考虑生产和工艺的实时性，为汽车安装带固
定点计提供一定的指导意见
参考文献院
[1]邓国红，杨浩，杨鄂川，张勇.汽车安全带固定点强度分析
[J].重庆理工大学学报（自然科学），2011，25（12）：1-7.
[2]曹奇，成艾国，周泽，吴飞.汽车座椅安全带固定点强度试
针对提出的3种改进方案，其中方案3四分位座椅固
验仿真模型改进[J].中国机械工程，2012，23（14）：1707-1711.
定点计算的最大塑性应变为0.12，而目标塑性应变为0.2，
[3]王镝.现代车身设计的轻量化技术[J].上海汽车，2008（01）：
地板处安全带固定点结构满足要求。
15-19.
4结论
[4]鲁春艳.汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径[J].轻型
通过对某MPV车型中排三点式安全带固定点仿真分
汽车技术，2007（06）：22-25.
析，并结合实车试验中出现问题，对安全带固定点结构提
[5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家
出优化方案，获得以下结论：
标准化管理委员会援GB14167—2013，汽车安全带固定点[S].北
中国标准出版社，2013援
淤安全带固定点仿真分析和试验结果保持一致，仿真
京：
2024年10月29日发(作者：磨浦和)
InternalCombustionEngine&Parts
·47·
某MPV车型安全带固定点结构的优化
OptimizationDesignofSeatbeltAnchoragesforaMPVModel
方月娇FANGYue-jiao
（江西昌河汽车有限责任公司，景德镇333002）
摘要院以某MPV车型中排三点式安全带固定点为研究对象，依据汽车安全带国家标准要求，采用LS-DYNA和Hypermesh软件
对安全带固定点的力学性能进行有限元分析，结合实车试验中出现的问题，提出安全带固定点的结构优化方案，并对优化后的结构进
行力学性能分析。研究结果为汽车安装带固定点设计提供一定的指导意见。
关键词院安全带固定点；力学性能；有限元分析；结构优化
0引言
安全带作为汽车被动安全的一个重要组成部分，在碰
撞事故中可使乘员伤亡率减少15耀30%
[1]
。当汽车发生碰
撞事故或翻滚时，安全带总成把车内乘员牢牢地约束在座
椅上，防止其飞出车外或与车内其它部件发生二次碰撞，
尽可能降低车内乘员的伤害
[2]
。安全带通过车身固定点安
装在车身上，安全带固定点必须具有足够的强度，防止车
辆在发生碰撞时，安全带从车身上脱出从而失去保护作
用。另外，基于安全带总成制造成本及车身的轻量化设计
要求
[3-4]
，基于合理的安全带固定点的强度下安全带固定点
的结构设计显得尤为重要。
本文针对某MPV车型中排三点式安全带固定点试验
中出现的问题，采用有限元分析方法对安全带固定点进行
力学性能分析，并对其结构进行优化设计，为安全带固定
点的设计改进提供一定的指导意见。
1法规试验要求
汽车安全带固定点强度是汽车被动安全的一个重要
指
14167-2013
标，是产品认证的
定点的强度
《
要
汽车
求和
安
试
全
验
带
强
方
安装
制检查项目。执行标准为GB
法做
固
了明
定点
确
》，
规
该标
定
[5]
准
。
对安全带固
试验要求：在承受固定点试验载荷的情况下，安全带
固定点的强度必须保证安全带不得从安装固定点处脱落，
但允许安装固定点及其周围区域产生永久变形或裂纹，且
规定上部有效固定点的前向位移不得超过一定的范围。
试验条件：同一组座椅的全部安全带固定点应同时进
行
10
试
时
毅依
间
5
验。
13500N
毅的方
沿
向
平行于车辆纵向中心平面并与水平线成向上
依
施
200N
加荷载
的试
。
验
利
载荷
用模
。对于
拟肩带
安
对
全
上、
带固
下人
定点
体同
布
时
置
在
20
座椅骨架上
的实际
倍的
质量
惯性
的结构，还应时间一个相当于座椅总质量
相
力
当
。
的
惯
座
性
椅
载荷
相关
应
部
施
件
加在
上。
座
图
椅
1
上
为汽车
或相应的
安全
座
带
椅
法
规试验方法示意图。
2安全带固定点试验结果
2.1问题描述
要要要
在设计开发
作者简介
要要要要要
院
要要
过程中，为使安全带固定点性能满足GB
方
要要
月娇
要要
（
要要
1985-
要要要要
）
要要
，女
要
，工程师，学士，就职于江西昌河汽
车有限责任公司技术中心，研究方向为汽车结构刚强
度、CFD、碰撞安全。
图1法规试验方法
14167-2013
车型中排三人
要
座
求
安
，按
全
照
带固
标准
定点
要求
试
进行
验后
试
的
验。
结果
图
。
2为
由
某
图
MPV
2可
知，试验过程中，四分位座椅地板安全带固定点完全拉脱，
六分位座椅地板安全带固定点严重变形。
图2试验后的实车状态
2.2问题原因分析
经讨论分析，实车试验过程中安全带固定点不合格
的原因主要是地板处座椅安全带自身加强板过小并且未
与横梁搭接、横梁缺口过多造成的，具体如如图3、图4
所示。
·48·
图3安全带固定点结构渊正面冤
图4安全带固定点结构渊反面冤
3仿真分析及结构优化
3.1模型建立
本次分析模型为某MPV车型中排三人座座椅模型，
在完整座椅模型基础上，对座椅的安全带固定点强度分
析。首先采用hypermesh软件对座椅模型建模，为了节约
计算时间，忽略座椅泡棉对分析的影响。建立的分析模
型包含白车身、座椅骨架、上下人体模块等结构，如图5
所示。
图5仿真分析加载设置
根据法规试验要求，为便于试验加载，截取A柱前段
白车身结构，并对截断面以及后减震器及其周边结构进行
全约束。仿真分析加载设置，如图5所示。
按照国标要求，沿平行于车辆纵向平面并与水平线呈
向上10毅的方向对上、下人体模块施加13500N的载荷。由
于中间座椅安全带上固定点位于座椅靠背上，故还需对座
椅施加大小等同于其质量20倍且通过质心的水平前向载
荷。加载后的安全带固定点分析模型，如图5所示。
3.2结果分析
针对安全带固定点强度检测中常出现的固定点撕裂、
脱落问题，采用等效塑性应变来判断各部件是否产生开裂
或失效。对于钢材，要求等效塑性应变不大于0.2，否则认
为该材料失效。
将中排安全带固定点试验仿真模型提交LS-DYNA
进行计算，地板处的安全带固定点最大塑性应变，如图6
所示。地板处的四、六分位安全带固定点的最大有效塑
性应变为0.31和0.23，均超过分析标准要求，即该处结
构已发生断裂失效，不满足设计要求，与试验结果完全
一致。
内燃机与配件
图6安全带固定点仿真分析结果
3.3结构优化
提高安全带固定点强度的手段，包括通过增加周边零
件厚度、在固定点安装点处增加加强件、改善安全带固定
点加强板材料。
考虑到该车型已接近量产，生产工艺及模夹具已定
型，为最大减小改动成本，缩短整改周期，采用优化固定
点安装点处加强件的结构和材料。根据初步的仿真分析
结果，结合实际布置和工艺要求提出3个改进方案，并通
过有限元仿真分析手段，来验证优化后的结构是否能满
足国标要求。原状态和优化方案结构对比，如图7、图8、
图9所示。
图7原状态安全带固定点结构
图8方案1尧方案2安全带固定点结构
图9方案3安全带固定点结构
对改进后的模型进行安全带固定点强度分析。考察地
板处安全带固定点结构改进前后的最大塑性应变结果，如
InternalCombustionEngine&Parts
·49·
桑塔纳发动机实训试验台维护策略研究
StudyonMaintenanceStrategyofSantanaEngineTrainingTest-bed
陈锦华CHENJin-hua曰徐国平XUGuo-ping曰王新民WANGXin-min曰蔡龙CAILong
（江苏信息职业技术学院，无锡214153）
（JiangsuCollegeofInformationTechnology，Wuxi214153，China）
摘要院介绍了桑塔纳发动机实训试验台结构原理，对发动机不能起动和怠速不稳等常见故障的原因进行了分析，论述了其诊断方
法和流程，最后对桑塔纳发动机实训试验台的日常维护提出了注意事项。
Abstract:ThispaperintroducesthestructureandprincipleofSantanaenginetrainingtest-bed,analysesthecausesofcommonfaults
suchasenginefailuretostartandidlespeedinstability,expoundsthediagnosticmethodandprocess,andfinallyputsforwardthematters
needingattentionindailymaintenanceofSantanaenginetrainingtest-bed.
关键词院桑塔纳发动机；试验台；维护策略；研究
Keywords:Santanaengine；testbench；maintenancestrategy；study
0引言
发动机是汽车的“心脏”，虽然目前以电动汽车为代表
的新能源汽车发展迅速，但由于电动汽车受续驶里程以及
充电时间长等因素限制，在人们选择汽车时，大多数还是
选择内燃机汽车。在家用汽车中，电控汽油喷射发动机汽
车占绝大多数，所以高职院校汽修专业学生大多要学习发
动机电控技术这门课程。桑塔纳2000GSI轿车AJR电控
发动机由于结构典型、成熟，是目前许多高职院校汽修专
业学生使用的实训设备。由于使用频繁，各种问题出现不
可避免。为了不影响教学，就要及时对试验台进行维护。本
文就此谈谈该发动机试验台维护策略。
1桑塔纳发动机实训试验台结构原理
桑塔纳发动机实训试验台（图1）装用的是桑塔纳
2000GSI汽车用的AJR电控汽油喷射发动机，AJR发动机
用的是德国BOSCH公司开发的Motronic3.8.2电子控制
顺序多点燃油喷射系统，燃油系和点火系由同一个电控单
要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
元（ECU）控制，点火系无分电器，采用两个点火线圈双头
点火，结构十分典型，很适合高职院校学生学习发动机电
控技术时使用。
图1桑塔纳发动机实训试验台
桑塔纳发动机实训试验台包括AJR电喷发动机、试
验台控制面板、试验台机箱等三大部分。试验台控制面板
模拟信号发生装置、传感
作者简介院陈锦华（1965-），男，江苏兴化人，副教授，高级工程师，
上设置有主要参数值显示仪表、
器信号参数测试仪表、故障设置开关系统、发动机故障诊
工程硕士，主要汽车检测与诊断教学与研究。
表1所示。
表1安全带固定点分析结果对比
方案
原始结构
方案1
方案2
方案3
加强板
厚度（mm）
1.2
1.2
1.2
1.2
材料
DC01
DC01
B340/590DP
B340/590DP
分析结果（最大塑性应变）
四分位固定点六分位固定点
0.31
0.22
0.17
0.12
0.23
0.2
0.19
0.08
结论
不满足
不满足
有风险
满足
分析手段可以有效指导设计开发。
于对于成熟车型在进行安全带固定点结构优化时，针
对其薄弱点，尽量在原有结构的基础上做小改动，在提高
性能的同时，考虑生产和工艺的实时性，为汽车安装带固
定点计提供一定的指导意见
参考文献院
[1]邓国红，杨浩，杨鄂川，张勇.汽车安全带固定点强度分析
[J].重庆理工大学学报（自然科学），2011，25（12）：1-7.
[2]曹奇，成艾国，周泽，吴飞.汽车座椅安全带固定点强度试
针对提出的3种改进方案，其中方案3四分位座椅固
验仿真模型改进[J].中国机械工程，2012，23（14）：1707-1711.
定点计算的最大塑性应变为0.12，而目标塑性应变为0.2，
[3]王镝.现代车身设计的轻量化技术[J].上海汽车，2008（01）：
地板处安全带固定点结构满足要求。
15-19.
4结论
[4]鲁春艳.汽车轻量化技术的发展现状及其实施途径[J].轻型
通过对某MPV车型中排三点式安全带固定点仿真分
汽车技术，2007（06）：22-25.
析，并结合实车试验中出现问题，对安全带固定点结构提
[5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家
出优化方案，获得以下结论：
标准化管理委员会援GB14167—2013，汽车安全带固定点[S].北
中国标准出版社，2013援
淤安全带固定点仿真分析和试验结果保持一致，仿真
京：