校車座椅三點(diǎn)式安全帶上固定點(diǎn)調(diào)節(jié)范圍仿真研究

謝沐男 胡 偉

（重慶車輛檢測(cè)研究院有限公司，重慶 401122）

校車座椅三點(diǎn)式安全帶上固定點(diǎn)調(diào)節(jié)范圍仿真研究

謝沐男 胡 偉

（重慶車輛檢測(cè)研究院有限公司，重慶 401122）

本文針對(duì)配有三點(diǎn)式安全帶的校車座椅的上固定點(diǎn)進(jìn)行研究，對(duì)其在不同高度下對(duì)P6假人的保護(hù)情況進(jìn)行仿真分析，得出校車座椅三點(diǎn)式安全帶上固定點(diǎn)合理的調(diào)節(jié)范圍，以期為將來的標(biāo)準(zhǔn)修訂提供一定的依據(jù)。

安全帶 固定點(diǎn) 調(diào)節(jié)范圍 P6假人 仿真分析

引言

目前市場(chǎng)上的乘員約束系統(tǒng)以及相應(yīng)的國(guó)家法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)多是根據(jù)成人身體尺寸設(shè)計(jì)，而兒童身體尺寸與特征相比于成人身體尺寸相差很多，因此針對(duì)校車的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中也放棄了公認(rèn)保護(hù)效果優(yōu)于兩點(diǎn)式安全帶的三點(diǎn)式安全帶。所以，探討并設(shè)計(jì)針對(duì)兒童乘員約束系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)迫在眉睫。

1 安全帶上固定點(diǎn)高度選取

根據(jù)法規(guī)GB14167-2013《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)》的相關(guān)要求，安全帶上有效固定點(diǎn)的布置位置范圍如圖1所示。

圖1 安全帶上有效固定點(diǎn)的位置

在此法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中，安全帶上有效固定點(diǎn)區(qū)域的確立與人體的H點(diǎn)直接相關(guān)。人體坐在座椅上，人體基本姿態(tài)確定后，法規(guī)區(qū)域也便確定下來。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中第4.3.3.2條款的描述：

安全帶上有效固定點(diǎn)應(yīng)位于垂直于座椅縱向中心面，并與軀干線成65°角的FN平面下方。對(duì)于后排座椅，此夾角可減小至60°。FN平面與軀干線相交于D點(diǎn)，此時(shí)須保證DR=315mm+1.8S。但是，當(dāng)S≤200mm時(shí)，DR=675mm。

由于本文研究的對(duì)象是校車座椅，根據(jù)測(cè)量S＜200mm，故取DR為675mm。根據(jù)余弦定理，可以計(jì)算出以DR為斜邊、與CR共線的直角邊的長(zhǎng)度約為552.9mm。

根據(jù)圖1標(biāo)注的數(shù)據(jù)，可以計(jì)算出陰影部分上限至下限的寬度為182.9mm，即從R點(diǎn)上移450mm至上移約632.9mm。因此，本文如圖2至圖6所示以P6假人H點(diǎn)為基準(zhǔn)，上移630mm接近至安全帶上有效固定點(diǎn)布置范圍的上限值為安全帶上固定點(diǎn)最高點(diǎn)，以30mm為單位下移4次，通過安全帶上固定點(diǎn)高度的變化，分析不同高度下的約束系統(tǒng)對(duì)P6假人的保護(hù)情況。

2 安全帶上固定高度對(duì)兒童頭部損傷的仿真結(jié)果分析

本次仿真分析建立了雙排校車座椅的模型，嵌入兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)P6假人有限元模型，并裝入三點(diǎn)式安全帶，座椅間距為標(biāo)準(zhǔn)要求的690mm。模型按照校車標(biāo)準(zhǔn)減速度曲線進(jìn)行加載，碰撞速度為30km/h。針對(duì)頭部的仿真結(jié)果如圖7至圖11所示。

圖2 上固定點(diǎn)最高點(diǎn)

圖3 上固定點(diǎn)次高點(diǎn)

圖4 上固定點(diǎn)第三高點(diǎn)

圖5 上固定點(diǎn)第四高點(diǎn)

圖6 上固定點(diǎn)最低位置

圖7 最高點(diǎn)左、右席P6假人頭部加速度曲線及HIC值

圖8 次高點(diǎn)左、右席P6假人頭部加速度曲線及HIC值

圖9 第三高點(diǎn)左、右席P6假人頭部加速度曲線及HIC值

通過圖中5個(gè)不同上固定點(diǎn)高度下兒童乘員頭部的加速度以及HIC值情況可以看出，配備有三點(diǎn)式安全帶的校車座椅的約束系統(tǒng)對(duì)兒童頭部的保護(hù)較好，最大合成加速度峰值均未超過35g，HIC值均未超過50，大大低于500的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，證明合理的三點(diǎn)式安全帶上固定點(diǎn)布置范圍，可以使三點(diǎn)式安全帶對(duì)兒童乘員的頭部起到很好的保護(hù)作用。

3 安全帶上固定高度對(duì)兒童胸部損傷的仿真結(jié)果分析

肋骨是形成胸部整體架構(gòu)的主要骨骼，兒童較之成人更為柔韌，因此在汽車碰撞過程中不易發(fā)生骨折。但是，它的剛度不夠，就會(huì)使內(nèi)部器官承受更大的壓力而發(fā)生損傷。當(dāng)胸部受壓超過一定閾值后，其內(nèi)部的主要器官包括心臟和肺就會(huì)有很高的概率而受到損傷[3]。特別是約束系統(tǒng)與兒童乘員不匹配時(shí)，這種情況就更為嚴(yán)重。因此，本部分通過分析安全帶上固定點(diǎn)高度對(duì)P6假人的胸部合成加速度、胸部位移量以及胸部壓縮量三方面的影響，探討其對(duì)P6假人胸部損傷的影響。

圖12至圖16為安全帶上固定點(diǎn)不同高度下，P6假人胸部合成加速度的曲線。

圖11 最低位置點(diǎn)左、右席P6假人頭部加速度曲線及HIC值

通過圖12至圖16顯示的數(shù)值曲線可以看出，當(dāng)安全帶上固定點(diǎn)處于最高點(diǎn)位置點(diǎn)和次高位置點(diǎn)時(shí)，左右兩側(cè)P6假人胸部合成加速度均未超過30g，完全符合相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì)兒童假人起到非常好的保護(hù)作用。當(dāng)安全帶上固定點(diǎn)處于第三高點(diǎn)位置時(shí)，右側(cè)假人胸部最大加速度峰值達(dá)到了37.2g，ThAC值達(dá)到了32.1g，已經(jīng)超出30g的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)安全帶上固定點(diǎn)的位置繼續(xù)下降，處于第四高點(diǎn)位置時(shí)，左側(cè)假人胸部加速度峰值達(dá)到了33.1g，ThAC值達(dá)到26.8g，逼近標(biāo)準(zhǔn)上限，右側(cè)假人胸部加速度峰值達(dá)到了40.3g，ThAC值達(dá)到33.6g，繼續(xù)超過30g的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)安全帶上固定點(diǎn)處于本次仿真研究的最低點(diǎn)位置，左側(cè)假人的胸部加速度峰值達(dá)到了31.7g，ThAC值達(dá)到28.1g，右側(cè)假人胸部加速度峰值達(dá)到44.2g，ThAC

圖12 最高位置點(diǎn)左、右席P6假人胸部加速度曲線

圖13 次高位置點(diǎn)左、右席P6假人胸部加速度曲線

圖14 第三高位置點(diǎn)左、右席P6假人胸部加速度曲線

圖15 第四高位置點(diǎn)左、右席P6假人胸部加速度曲線

圖16 最低位置點(diǎn)左、右席P6假人胸部加速度曲線

值達(dá)到35.3g，超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

通過仿真計(jì)算可以看出，P6假人的胸部前移量、胸部壓縮量與安全帶上固定的高度位置并沒有十分密切的關(guān)系。在不同高度位置情況下，胸部前移量均未超過75mm，最大值為安全帶上固定處于最高點(diǎn)位置時(shí)的右側(cè)假人的74.1mm。相較于690mm的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)座椅間距，均可保證安全帶很好地將兒童乘員約束在合理范圍內(nèi)，保證兒童乘員不撞擊到前排座椅，最大程度上保護(hù)兒童乘員。同時(shí)，通過計(jì)算，假人胸部壓縮量均小于20mm。雖然相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于胸部壓縮量并沒有詳細(xì)的考核標(biāo)準(zhǔn)，但參考正碰標(biāo)準(zhǔn)GB11551中胸部壓縮量不超過75mm的要求，可以看出家人胸部壓縮量處于較低的量值范圍內(nèi)。

4 總結(jié)

通過仿真計(jì)算安全帶上固定點(diǎn)處在不同高度位置情況下對(duì)P6兒童假人頭部HIC值、胸部合成加速度、胸部位移量和胸部壓縮量進(jìn)行分析考核，發(fā)現(xiàn)在安全帶上固定點(diǎn)處于最高位置點(diǎn)至次高位置點(diǎn)時(shí)，即從P6兒童假人H點(diǎn)上移630mm至600mm范圍內(nèi)，對(duì)兒童乘員的保護(hù)效果最好，HIC值、胸部合成加速度、胸部位移量以及胸部壓縮量均處于較好狀態(tài)，完全符合國(guó)家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。而當(dāng)安全帶上固定點(diǎn)處于第三高位置點(diǎn)，左側(cè)假人ThAC值已經(jīng)逼近30g國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)上限，而右側(cè)假人胸部ThAC值已經(jīng)超過30g的標(biāo)準(zhǔn)限值。同時(shí)，隨著安全帶上固定點(diǎn)位置的不斷下移，假人胸部合成加速不斷增大，對(duì)兒童乘員的傷害也不斷增大。

[1]盧靜.集成式兒童乘員約束系統(tǒng)優(yōu)化匹配及設(shè)計(jì)理論研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2013.

Simulation of Fixed Point Adjustment Range of Three Point Safety Belt on School Bus Seat

XIE Munan，HU Wei
(ChongQing Vehicle Test&Research Institue Co.,Ltd., ChongQing 401122)

The according to the equipped with three point safety belt of the school bus seat fixed point for research, the in different height of P6 dummy protection simulation analysis, obtained the school bus seat three point safety belt fixed point to a reasonable adjustment range. To provide a basis for future revision of the standard.

safety belt fixed point, adjustment range, P6 dummy, simulation analysis

重慶市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局（CQZJKY2014016）。