正面碰撞安全帶約束系統(tǒng)保護效果的研究

洪　亮，葛如海，周海超，劉　璽

(江蘇大學汽車與交通工程學院， 江蘇鎮(zhèn)江212013)

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正面碰撞安全帶約束系統(tǒng)保護效果的研究

洪亮，葛如海，周海超，劉璽

(江蘇大學汽車與交通工程學院， 江蘇鎮(zhèn)江212013)

摘要：為對比在正面碰撞中，不同安全帶預(yù)緊器及其組合、不同載荷限力器的各限力等級對駕駛員安全性的影響，采用碰撞仿真軟件MADYMO建立了某型轎車駕駛員約束系統(tǒng)仿真模型，并經(jīng)試驗驗證。仿真結(jié)果顯示：安裝卷收器與帶扣雙預(yù)緊器、帶扣預(yù)緊器以及卷收器、帶扣與錨點三預(yù)緊器分別能使駕駛員頭部傷害指標HIC36、髖部合成加速度a以及左、右大腿力F(left)、F(right)降至最低值360.35、418.03 m/s2、2 018.34 N、1 245.21 N；當未安裝預(yù)緊器時，HIC36、胸部3 ms合成加速度T3MS、上頸部剪切力(負值)F(x-)、上頸部軸向力(正值)F(z+)、F(left)、F(right)以及a分別到達最大值634.73、401.45 m/s2、739.46 N、1 625.24 N、3 323.43 N、3 102.55 N以及482.76 m/s2；當卷收器載荷限力器的限力等級逐漸減少時，T3MS、F(x-)、F(z+)以及胸部壓縮量Thpc都逐漸降低，但F(right)逐漸增大；當錨點載荷限力器的限力等級逐漸減少時，F(xiàn)(left)、F(right)、F(x-)都呈上升的趨勢。上述結(jié)果進一步擴展了安全帶預(yù)緊器與載荷限力器的研究范圍，為新型安全帶約束系統(tǒng)的研制提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：正面碰撞；預(yù)緊器；載荷限力器；駕駛員；保護效果

0前言

在汽車發(fā)生碰撞時，安全帶是乘員約束系統(tǒng)中最重要的保護裝置[1]。從1975年至2007年間，在美國，安全帶共挽救了24萬多名乘員(4歲以上)的生命[2]。相關(guān)研究表明佩戴三點式安全帶能夠使前排乘員的死亡幾率降低45%，中等傷害的幾率降低50%[3]。美國交通運輸部前部長Rodney Slater坦言：在美國，挽救成人生命最簡單有效的措施是使用安全帶[4]。交通事故分析表明當乘員未佩戴安全帶時，即使是低速碰撞(20 km/h)也可能造成死亡；然而當乘員佩戴三點式安全帶時，95 km/h以下的高速碰撞未出現(xiàn)死亡事故[5]。安全帶預(yù)緊器能夠在碰撞發(fā)生的一瞬間，拉緊安全帶織帶，從而消除織帶的松弛量，將乘員緊緊地束縛在座椅上，有效保護乘員的安全。載荷限力器在碰撞過程中會適時地釋放出一定量的織帶，從而使安全帶對乘員的約束力維持在限定等級以下，減輕胸部與肋骨受到的壓力。

文獻[6]研究了在乘用車US-NCAP 56 km/h完全正面碰撞中，卷收器預(yù)緊器，帶扣預(yù)緊器，卷收器、帶扣雙級預(yù)緊器對駕駛員傷害的影響。文獻[7]、[8]提出了應(yīng)用新型離合機構(gòu)的安全帶卷收器預(yù)緊器，并研究了在碰撞中其對駕駛員傷害的影響。文獻[9]提出了一種利用雙擺線齒輪機構(gòu)實現(xiàn)預(yù)緊作用的新型卷收器預(yù)緊器。文獻[10]研究了卷收器預(yù)緊器預(yù)緊力的傳遞過程，以及在力傳遞過程中的預(yù)緊力損失情況。文獻[11]調(diào)查了在乘用車正面碰撞事故中，是否安裝卷收器載荷限力器與駕駛員死亡率的關(guān)系。上述針對乘用車碰撞中預(yù)緊器與載荷限力器的研究存在以下不足：有的僅考慮卷收器預(yù)緊器，帶扣預(yù)緊器，卷收器、帶扣雙級預(yù)緊器三種預(yù)緊器形式對駕駛員傷害的影響；有的僅考慮卷收器載荷限力器一種限力器形式對駕駛員傷害的影響。因此，本文擴展了先前預(yù)緊器與載荷限力器對駕駛員保護的研究，在碰撞速度為50 km/h的正面碰撞中，分別分析了8種預(yù)緊器形式、不同限力等級的卷收器載荷限力器、以及不同限力等級的錨點載荷限力器對駕駛員傷害的影響。

1仿真分析模型的建立及驗證

為實現(xiàn)研究目標，以某型轎車駕駛員區(qū)域相關(guān)尺寸及性能參數(shù)為依據(jù)，采用碰撞仿真軟件MADYMO 建立50 km/h正面碰撞駕駛員約束系統(tǒng)仿真模型，如圖1所示。此仿真模型包括車內(nèi)環(huán)境模型、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型、安全氣囊模型、Hybrid Ⅲ男性第50百分位橢球假人模型、三點式混合安全帶模型以及各部件特性、接觸的定義等[12]。碰撞載荷為2015版C-NCAP 50 km/h正面100%重疊剛性壁障碰撞載荷。

三點式混合安全帶模型主要由卷收器、帶扣、錨點、高度調(diào)節(jié)器、有限元安全帶、多體安全帶、載荷限力器以及預(yù)緊器組成，并根據(jù)實際情況確定安全帶的走向與連接關(guān)系。相比于多體安全帶，有限元安全帶能夠更加準確地模擬安全帶在假人模型表面上不同方向的滑動，因此在與假人有接觸的安全帶部分使用有限元安全帶，其他與假人無接觸的部分則采用多體安全帶。安全帶織帶剛度為12%，即織帶受到11 200 N的拉力時，織帶的相對延伸率為12%[13]。此時，載荷限力器以及預(yù)緊器均僅安裝于卷收器位置，即為卷收器載荷限力器與卷收器預(yù)緊器。本文利用MADYMO中的LOAD_LIMIT_PAIR命令定義卷收器載荷限力器的限力等級為5 000 N，即安全帶對駕駛員的約束力達到5 000 N時，限力器起作用，從卷收器中放出一定量的安全帶，緩解安全帶對駕駛員胸部與肋骨的壓力；利用BELT_PRETENSIONER.PAYIN_TIME命令定義卷收器預(yù)緊器的特性為在碰撞發(fā)生14 ms后，預(yù)緊器在5 ms內(nèi)拉回60 mm的安全帶[14]。

(a) 三維圖

圖1正面碰撞駕駛員約束系統(tǒng)仿真模型

Fig.1The simulation model of frontal collision driver restraint system

所建立的正面碰撞仿真模型計算獲得的駕駛員假人頭部、胸部、髖部傷害響應(yīng)曲線與實車試驗獲得的假人各部位傷害響應(yīng)曲線的對比圖如圖2所示。圖2顯示試驗與仿真得到的假人頭部、胸部、髖部加速度曲線在起始時刻、形狀、峰值、峰值時刻及脈寬方面擬合得較好。仿真獲得的假人各部位傷害指標與試驗的對比如表1所示。從表1可以看出，雖然仿真計算得到的假人各部位傷害指標與試驗結(jié)果存在一定誤差，但誤差均小于10%。因此，可將此仿真模型作為基本模型進行深入研究[15]。

(a) 頭部X方向加速度對比

(b) 頭部Z方向加速度對比

(c) 胸部X方向加速度對比

2不同預(yù)緊器形式對駕駛員保護效果的分析

依據(jù)預(yù)緊器是否安裝及安裝位置，預(yù)緊器可分為無預(yù)緊器(W/o)、安裝于卷收器位置的卷收器預(yù)緊器(R)、安裝于帶扣位置的帶扣預(yù)緊器(B)、安裝于錨點位置的錨點預(yù)緊器(A)4種形式，帶扣預(yù)緊器與錨點預(yù)緊器的預(yù)緊特性與卷收器預(yù)緊器相同，即都在碰撞發(fā)生14 ms后，在5 ms內(nèi)拉回60 mm的安全帶。將卷收器預(yù)緊器(R)、帶扣預(yù)緊器(B)、錨點預(yù)緊器(A)兩兩組合可組成卷收器與帶扣雙預(yù)緊器(RB)、卷收器與錨點雙預(yù)緊器(RA)、帶扣與錨點雙預(yù)緊器(BA)；全部組合可組成卷收器、帶扣與錨點三預(yù)緊器(RBA)。以下利用所建立的仿真模型，分析上述8種預(yù)緊器形式對駕駛員的保護效果。不同預(yù)緊器形式對駕駛員傷害的影響見表2所示。

表2　不同預(yù)緊器形式對駕駛員傷害的影響

2.1頭部傷害指標HIC36

由表2可知，駕駛員在卷收器與帶扣雙預(yù)緊器的保護下，HIC36處于最小值360.35；在卷收器、帶扣與錨點三預(yù)緊器的保護下，HIC36處于次小值393.92；當未安裝預(yù)緊器時，HIC36處于最大值634.73；當分別安裝錨點預(yù)緊器、卷收器與錨點雙預(yù)緊器、帶扣預(yù)緊器以及帶扣與錨點雙預(yù)緊器時，HIC36分別為506.02、433.04、452.68與465.51。相比于安裝卷收器預(yù)緊器的原始情況，當安裝卷收器與帶扣雙預(yù)緊器時，HIC36降低了21.77%；當安裝卷收器、帶扣與錨點三預(yù)緊器時，HIC36降低了14.23%；當未安裝預(yù)緊器時，HIC36增大了38.20%；當安裝錨點預(yù)緊器時，HIC36增大了10.17%；其余情況下，HIC36變化不大。綜上，卷收器與帶扣雙預(yù)緊器對駕駛員頭部的保護效果最佳，三預(yù)緊器次之；當未安裝預(yù)緊器時，頭部受到的傷害最大。

2.2胸部3 ms合成加速度T3MS

由表2可知，當未安裝預(yù)緊器時，T3MS達到最大值401.45 m/s2，當安裝帶扣預(yù)緊器時，T3MS為次大值363.56 m/s2，兩者相比于安裝卷收器預(yù)緊器的原始情況，T3MS分別上升了18.69%、7.49%；當安裝其他形式的預(yù)緊器時，T3MS變化不大。上述表明當未安裝預(yù)緊器時，胸部所受到的傷害最大，帶扣預(yù)緊器對胸部的保護效果不佳；其他預(yù)緊器形式對胸部的保護效果差異不大。

2.3胸部壓縮量Thpc

由表2可知，相比于安裝卷收器預(yù)緊器的原始情況，當分別安裝帶扣與錨點雙預(yù)緊器、卷收器與帶扣雙預(yù)緊器以及帶扣預(yù)緊器時，Thpc分別為32.25 mm、32.89 mm與33.79 mm，Thpc都有了明顯的下降，下降幅度分別為15.22%、13.54%、11.17%；當未安裝預(yù)緊器時，Thpc為38.98 mm，略有上升；其余情況下，Thpc都有一定程度的下降?？梢姲惭b帶扣與錨點雙預(yù)緊器、卷收器與帶扣雙預(yù)緊器以及帶扣預(yù)緊器有利于降低Thpc。

2.4上頸部剪切力(負值)Fx-

由表2可知，當未安裝預(yù)緊器時，F(xiàn)x-達到最大值739.46 N，當安裝卷收器與錨點雙預(yù)緊器、卷收器、帶扣與錨點三預(yù)緊器、錨點預(yù)緊器、卷收器與帶扣雙預(yù)緊器時，F(xiàn)x-各為643.15 N、641.55 N、631.85 N與578.31 N。相比于安裝卷收器預(yù)緊器的原始情況，當未安裝預(yù)緊器時，F(xiàn)x-的上升幅度達42.24%；當分別安裝卷收器與錨點雙預(yù)緊器、卷收器、帶扣與錨點三預(yù)緊器、錨點預(yù)緊器、卷收器與帶扣雙預(yù)緊器時，F(xiàn)x-的上升幅度各為23.71%、23.41%、21.54%與11.24%；當安裝其他形式的預(yù)緊器時，F(xiàn)x-變化不大。由此可見，當未安裝預(yù)緊器時，F(xiàn)x-將到達峰值；安裝卷收器與錨點雙預(yù)緊器、卷收器、帶扣與錨點三預(yù)緊器、錨點預(yù)緊器、卷收器與帶扣雙預(yù)緊器不利于降低Fx-；安裝帶扣預(yù)緊器、帶扣與錨點雙預(yù)緊器以及卷收器預(yù)緊器有助于降低Fx-。

2.5上頸部軸向力(正值)Fz+

由表2可知，當未安裝預(yù)緊器時，F(xiàn)z+達到最大值，此時相比于安裝卷收器預(yù)緊器的原始情況，F(xiàn)z+由1 100.65 N增至1 625.24 N，增大了47.66%；當安裝其他形式的預(yù)緊器時，F(xiàn)z+間的差異不明顯?？梢娢窗惭b預(yù)緊器時，上頸部軸向力(正值)Fz+達最大；安裝其他形式的預(yù)緊器對Fz+的影響差異不大。

2.6左、右大腿力Fleft、Fright

由表2可知，當安裝卷收器、帶扣與錨點三預(yù)緊器時，F(xiàn)left、Fright都為最小值，分別為2 018.34 N、1 245.21 N；當未安裝預(yù)緊器時，F(xiàn)left、Fright都為最大值，分別為3 323.43 N、3 102.55 N；當分別安裝帶扣與錨點雙預(yù)緊器、卷收器與錨點雙預(yù)緊器時，F(xiàn)left各為2 193.65 N、2 621.78 N，F(xiàn)right各為1 995.68 N、2 345.36 N。相比于安裝卷收器預(yù)緊器的原始情況，當安裝卷收器、帶扣與錨點三預(yù)緊器時，F(xiàn)left、Fright分別降低了33.86%、33.88%；當未安裝預(yù)緊器時，F(xiàn)left、Fright分別上升了8.9%、11.18%；當安裝帶扣與錨點雙預(yù)緊器、卷收器與錨點雙預(yù)緊器時，F(xiàn)left各降低了28.12%、14.09%，F(xiàn)right各降低了15.96%、28.49%。綜上，卷收器、帶扣與錨點三預(yù)緊器對駕駛員左、右大腿的保護效果最佳；帶扣與錨點雙預(yù)緊器、卷收器與錨點雙預(yù)緊器也能夠為左、右大腿提供較好的保護；當未安裝預(yù)緊器時，左、右大腿受到的傷害最大。

2.7髖部合成加速度a

由表2可知，當安裝帶扣預(yù)緊器時，a為最小值418.03 m/s2，當未安裝預(yù)緊器時，a為最大值482.76 m/s2。相比于安裝卷收器預(yù)緊器的原始情況，當安裝帶扣預(yù)緊器時，a降低了7.56%，未安裝預(yù)緊器時，a則上升了6.75%,當安裝卷收器與錨點雙預(yù)緊器、卷收器與帶扣雙預(yù)緊器時，a也都有一定程度的下降?？梢姲惭b帶扣預(yù)緊器對減少髖部合成加速度a最為有利，未安裝預(yù)緊器會使a到達最大值。

3卷收器載荷限力器對駕駛員保護效果的分析

在原始模型中，載荷限力器位于卷收器位置，其限力等級為5 000 N。以下利用所建立的仿真模型，分析當此限力器限力等級分別為3 500 N、4 000 N、4 500 N、5 000 N、5 500 N、6 000 N以及6 500 N時，駕駛員各部位傷害值的變化情況。卷收器載荷限力器的不同限力等級對駕駛員傷害的影響見表3。

表3　卷收器載荷限力器的不同限力等級對駕駛員傷害的影響

3.1頭部傷害指標HIC36

由表3可知，當限力等級變化時，HIC36變化不大，總體上隨著限力等級逐漸增加，HIC36呈現(xiàn)上升的趨勢。

3.2胸部3ms合成加速度T3MS

由表3可知，隨著限力等級逐漸增加，T3MS呈現(xiàn)明顯的上升趨勢。相比于限力等級為5 000 N的原始情況，當限力等級減少至3 500 N時，T3MS由338.22 m/s2降至276.75 m/s2，降低了18.17%；當限力等級增加至6 500 N時，T3MS由338.22 m/s2增至368.60 m/s2，上升了8.98%。當限力等級由3 500 N增加至6 500 N時，T3MS的上升幅度達33.19%。上述表明卷收器載荷限力器的限力等級下降有助于降低T3MS。

3.3胸部壓縮量Thpc

由表3可知，隨著載荷限力器的限力等級逐漸減少，Thpc逐漸減小。相比于限力等級為5 000 N的原始情況，當限力等級減少至3 500 N時，Thpc由38.04 mm降至34.01 mm，降低了10.59%；當限力等級增加至6 500 N時，Thpc由38.04 mm增至40.95 mm，上升了7.65%。上述表明此限力等級與Thpc成正比，限力等級減少有利于降低Thpc。

3.4上頸部剪切力(負值)Fx-

由表3可知，隨著載荷限力器的限力等級逐漸減少，F(xiàn)x-呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。相比于限力等級為5 000 N的原始情況，當限力等級分別減少至4 500 N、4 000 N、3 500 N時，F(xiàn)x-的下降幅度各為7.42%、10.09%、15.53%；當限力等級分別增加至5 500 N、6 000 N、6 500 N時，F(xiàn)x-的上升幅度各為5.73%、11.27%、14.27%。上述表明此限力等級減少有助于降低Fx-。

3.5上頸部軸向力(正值)Fz+

由表3可知，隨著載荷限力器的限力等級逐漸減少，F(xiàn)z+呈現(xiàn)顯著的下降趨勢。相比于限力等級為5 000 N的原始情況，當限力等級分別減少至4 500 N、4 000 N、3 500 N時，F(xiàn)z+的下降幅度各為5.81%、15.05%、22.70%；當限力等級分別增加至5 500 N、6 000 N、6 500 N時，F(xiàn)z+的上升幅度各為7.05%、13.20%、17.60%。上述表明減少卷收器載荷限力器的限力等級能夠有效降低Fz+。

3.6右大腿力Fright

由表3可知，當限力等級逐漸降低時，右大腿力逐漸增加。相比于限力等級為5000 N的原始情況，當限力等級分別減少至4 500 N、4 000 N、3 500 N時，F(xiàn)right分別上升了3.79%、13.33%、23.94%；當限力等級分別增加至5 500 N、6 000 N、6 500 N時，F(xiàn)right分別降低了3.58%、5.84%、6.81%。由上可得此限力等級與右大腿力Fright成反比，限力等級增加有利于降低Fright。

此外，仿真表明當卷收器載荷限力器的限力等級變化時，左大腿力Fleft、髖部合成加速度a幾乎無變化。

4錨點載荷限力器對駕駛員保護效果的分析

在原始模型的基礎(chǔ)上，在錨點位置分別增裝限力等級為3 000 N、2 500 N與2 000 N的三種錨點載荷限力器，用以研究增裝錨點載荷限力器對駕駛員各部位傷害的影響。

錨點載荷限力器對駕駛員傷害的影響如表4所示。由表4可知，當錨點載荷限力器的限力等級分別為3 000 N、2 500 N與2 000 N時，F(xiàn)left各為3 237.07 N、3 548.7 N、3 849.5 N，F(xiàn)right各為3 017.36 N、3 070.71 N、3 159.97 N，F(xiàn)x-各為543.27 N、574.23 N、598.12 N，a各為422.49 m/s2、390.45 m/s2、375.29 m/s2。相比于未在錨點位置安裝載荷限力器的原始情況，當錨點載荷限力器的限力等級逐漸減少時，F(xiàn)left、Fright以及Fx-都逐漸增大，且Fleft的增大幅度大于Fright的增大幅度，然而a呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，但下降幅度不明顯。綜上，增裝錨點載荷限力器不能為駕駛員提供有效保護，反而會加劇駕駛員受到的傷害。

表4　錨點載荷限力器對駕駛員傷害的影響

此外，仿真表明是否在錨點位置加裝載荷限力器，以及錨點載荷限力器的限力等級變化對HIC36、T3MS、Thpc與Fz+的影響不大。

5討論

先前關(guān)于安全帶預(yù)緊器與載荷限力器的研究主要集中于卷收器預(yù)緊器，帶扣預(yù)緊器，卷收器、帶扣雙級預(yù)緊器，卷收器載荷限力器對駕駛員的保護效果，本文對其進行了擴展研究：對比了在正面碰撞中，8種預(yù)緊器形式，不同限力等級的卷收器載荷限力器，不同限力等級的錨點載荷限力器對駕駛員的保護效果。研究結(jié)果表明：當未安裝預(yù)緊器時，駕駛員各部位傷害到達最大值；安裝卷收器與帶扣雙預(yù)緊器，卷收器、帶扣與錨點三預(yù)緊器，帶扣預(yù)緊器分別對駕駛員頭部、腿部、髖部的保護效果最佳；隨著卷收器載荷限力器的限力等級逐漸減少，胸部、頸部傷害逐漸降低；增裝錨點載荷限力器會加劇駕駛員受到的傷害。綜上，本文進一步擴展了安全帶預(yù)緊器與載荷限力器的研究范圍，為新型安全帶約束系統(tǒng)的研制提供了理論依據(jù)。

6結(jié)論與展望

本文仿真對比了在正面碰撞中，8種預(yù)緊器形式對駕駛員的保護效果，結(jié)果表明當未安裝預(yù)緊器時，駕駛員的HIC36、T3MS、Fx-、Fz+、Fleft、Fright以及a都達到最大值，分別為634.73、401.45 m/s2、739.46 N、1 625.24 N、3 323.43 N、3 102.55 N以及482.76 m/s2；當安裝卷收器與帶扣雙預(yù)緊器時，HIC36降至最低值360.35；當安裝卷收器、帶扣與錨點三預(yù)緊器時，F(xiàn)left、Fright都降至最低值2 018.34 N、1 245.21 N；當安裝帶扣預(yù)緊器時，a降至最低值418.03 m/s2。同時仿真分析了卷收器載荷限力器與錨點載荷限力器對駕駛員的保護效果，結(jié)果表明隨著卷收器載荷限力器的限力等級逐漸減少，T3MS、Thpc、Fx-、Fz+逐漸降低，但Fright逐漸增加；相比于未在錨點位置安裝載荷限力器的情況，當錨點載荷限力器的限力等級逐漸減少時，F(xiàn)left、Fright、Fx-逐漸增加。

今后可進一步研究在正面碰撞中，不同預(yù)緊器形式與卷收器載荷限力器各限力等級之間的組合對駕駛員各部位傷害的影響，探索出其最佳組合方式，為駕駛員提供最佳保護。

參考文獻：

[1]鐘志華,張維剛,曹立波,等.汽車碰撞安全技術(shù)[M]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2003.

[2]National Highway Traffic Safety Administration.Traffic Safety Facts 2007 Data—Overview[R]. Washington D C, USA: National Highway Traffic Safety Administration, 2007.

[3]National Highway Traffic Safety Administration.Seat Belt Use in 2012—Overall Results[R]. Washington D C, USA: National Highway Traffic Safety Administration, 2012.

[4]尚婷,唐伯明,劉唐志.我國兒童安全座椅使用現(xiàn)狀及對策研究[J]. 交通信息與安全, 2010,28(5): 69-72.

[5]葛如海,劉志強,陳曉東.汽車安全工程[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2005.

[6]張學榮,劉學軍,陳曉東,等.正面碰撞安全帶約束系統(tǒng)開發(fā)與試驗驗證[J]. 汽車工程,2007,29(12):1055-1058.

[7]鄒杰慧,劉秋成.應(yīng)用新型離合機構(gòu)的汽車預(yù)緊式安全帶MADYMO建模與仿真[J]. 中國機械工程, 2009,20(24): 3020-3023.

[8]杜群貴,劉秋成,薛運鋒, 等.汽車安全帶新型預(yù)緊器的結(jié)構(gòu)與性能仿真[J]. 華南理工大學學報: 自然科學版, 2009, 37(7): 57-61.

[9]SHIN J H, KIM C H, YUN P H.Dual cycloid gear mechanism for automobile safety pretensioners[J]. Journal of Central South University of Technology (English Edition), 2012, 19(2): 365-373.

[10]JUNG S P, PARK T W, SONG T R.Analytical study on the performance of a high power pretensioner[J]. International Journal of Automotive Technology, 2010,11(2): 197-203.

[11]BRUMBELOW M L, BAKER B C, NOLAN J M.Effects of seat belt load limiters on driver fatalitiesin frontal crashes of passenger cars[C]//National Highway Traffic Safety Administration. The 20th International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles. Lyon, France: National Highway Traffic Safety Administration, 2007: Paper Number 07-0067.

[12]Netherlands Organisation for Applied Science Research.Reference Manual[M]. Delft, The Netherlands: The Netherlands TNO, 2005.

[13]吳云騰.正面碰撞時轎車后排乘員的傷害研究[D]. 鎮(zhèn)江: 江蘇大學汽車與交通工程學院, 2011.

[14]Netherlands Organisation for Applied Science Research.Application Manual[M]. Delft, The Netherlands: The Netherlands TNO, 2005.

[15]葛如海,任美娟,趙飛,等.保護后排乘員安全的前排座椅參數(shù)研究[J]. 廣西大學學報(自然科學版),2015,40(3): 585-594.

(責任編輯梁健)

Research on the protective effect of seat belt restraint system during the frontal collision

HONG Liang, GE Ru-hai, ZHOU Hai-chao, LIU Xi

(School of Automotive and Traffic Engineering,Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)

Abstract:In order to compare the influence of different seatbelt pretensioners and their combinations, various limited load levels of different load limiters on driver’s safety during the frontal collision, the driver restraint system of one car was simulated by using crash simulation software MADYMO, which was verified by test. The simulation results indicate: the retractor and buckle double pretensioner combination, the buckle pretensioner, the retractor, buckle and anchor triple pretensioner combination could make head injury criterion HIC36, the pelvis resultant acceleration a, the left and right femur force F(left), F(right) of driver fell to the lowest value 360.35, 418.03 m/s2, 2 018.34 N, 1 245.21 N, respectively; without any pretensioner, HIC36, thorax 3 ms resultant acceleration T3MS, the neck shear force (negative value) F(x-), the neck axial force (positive value) F(z+), F(left), F(right) and a reaches the maximum value 634.73, 401.45 m/s2, 739.46 N, 1 625.24 N, 3 323.43 N, 3 102.55 N and 482.76 m/s2 respectively；when the limited load level of the retractor load limiter reduces, T3MS, F(x-), F(z+) and thorax compression displacement Thpc decrease, but F(right) increases; as the limited load level of the anchor load limiter reduces, F(left), F(right), F(x-) show a rising trend. The above results further extend the research scope of seatbelt pretensioner and load limiter, which provides a theoretical basis for the development of new seatbelt restraint system.

Key words:frontal collision; pretensioner; load limiter; driver; protective effect

中圖分類號:U461.91

文獻標識碼:A

文章編號：1001-7445(2016)02-0363-08

doi:10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.0363

通訊作者：洪亮(1986—)，男，江蘇鎮(zhèn)江人，江蘇大學講師，博士； E-mail: loudly1986@126.com。

基金項目：國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局項目( 2010IK084)；中國博士后基金項目( 2015M571681)；江蘇省自然科學基金項目(BK20150515)

收稿日期：2015-10-12；

修訂日期：2015-12-01

引文格式：洪亮，葛如海，周海超,等.正面碰撞安全帶約束系統(tǒng)保護效果的研究[J].廣西大學學報(自然科學版)，2016，41(2)：363-370.