三點(diǎn)式安全帶動(dòng)態(tài)鎖止鎖舌結(jié)構(gòu)開發(fā)

1 引言

在《C-NCAP2018管理規(guī)則》中，將新車保護(hù)性能分為3個(gè)板塊：乘員保護(hù)、行人保護(hù)、輔助駕駛。乘員保護(hù)占到了70%的權(quán)重，是達(dá)到CNCAP高分評(píng)價(jià)的關(guān)鍵板塊。在乘員保護(hù)板塊中，由碰撞實(shí)驗(yàn)作為評(píng)價(jià)項(xiàng)目。其中50km/h正面100%重疊碰撞(下文簡(jiǎn)稱50FRB)是難度最大的測(cè)試，尤其以乘員的胸部性能指標(biāo)——胸部壓縮量最為挑戰(zhàn)。乘員約束系統(tǒng)由安全氣囊、三點(diǎn)式安全帶、電子控制單元構(gòu)成。三點(diǎn)式安全帶是維護(hù)乘員在碰撞實(shí)驗(yàn)中運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、保護(hù)性能的首要保障。

第四種跡象：多角度、深層次的語言研究。日益強(qiáng)大的信息和人工智能時(shí)代，迫使藝術(shù)家向機(jī)器無法達(dá)到的境地探索，進(jìn)一步將材料語言推向極致。與此同時(shí)，物質(zhì)背后所承載的豐富的文化線索和全新的材料試驗(yàn)讓這一方向生機(jī)勃勃。

2 三點(diǎn)式安全帶對(duì)乘員胸部壓縮量的影響

在碰撞測(cè)試中，乘員由混合III50百分位假人替代。模擬假人身體布置有多處傳感器，分別分布在頭、頸、胸、髖、腿。胸部壓縮量指標(biāo)通過假人胸腔內(nèi)的壓縮量傳感器測(cè)量獲得。假人胸腔由6根肋骨組成，通過安裝鋼板及螺栓連接組成，在肋骨架前端安裝有位移傳感器。碰撞過程中，在安全帶或安全氣囊作用下，肋骨將發(fā)生變形，產(chǎn)生胸部壓縮量。如圖1所示。

安全帶的約束表現(xiàn)是通過實(shí)驗(yàn)中的張力傳感器采集得到。安全帶張力可以從4個(gè)部位采集到信號(hào)：卷收器出口力(下文簡(jiǎn)稱B1力)、安全帶肩帶力(下文簡(jiǎn)稱B3力)、安全帶下肩帶力(下文簡(jiǎn)稱B4力)、安全帶腰帶力(下文簡(jiǎn)稱B6力)。分布如圖2所示。

為了達(dá)到研發(fā)產(chǎn)品和培養(yǎng)教師的目的，校企合作課題研究設(shè)計(jì)有定設(shè)計(jì)方案、試制并完善產(chǎn)品、編寫設(shè)計(jì)方案、配套硬件開發(fā)課程資源、過程競(jìng)賽評(píng)優(yōu)、申報(bào)專利六個(gè)環(huán)節(jié)，具體流程如圖1所示。

B4力產(chǎn)生的原因是由于肩帶B3力與腰帶B6力在碰撞過程中存在力值差，引起織帶移動(dòng)以及張力傳遞。兩者的力值差會(huì)引起安全帶織帶向力值大的方向移動(dòng)。在卷收器預(yù)張緊時(shí)，假人骨盆未向前移動(dòng)，腰部織帶向肩部織帶移動(dòng)，B4力值與B3力接近3kN-4kN。在假人骨盆向前移動(dòng)時(shí)，肩部織帶向腰部織帶移動(dòng)， B6力8kN-9kN通過鎖舌傳遞，引起B(yǎng)4力值逐漸增加到5kN-7kN。安全帶鎖舌處錄像與安全帶B3力、B4力、B6力的曲線，如圖3所示。

動(dòng)態(tài)鎖舌的初步構(gòu)想是通過在鎖舌導(dǎo)向槽處增加鎖止裝置，使安全帶織帶在向腰帶方向滑移過程中會(huì)觸發(fā)鎖止功能，并使織帶被卡滯在導(dǎo)向槽處。使其達(dá)到阻止織帶滑移，切斷腰帶力B6對(duì)B4力的影響；使B4力與肩帶B3力相似，減小對(duì)胸部的擠壓。當(dāng)動(dòng)態(tài)鎖舌在碰撞情況下，F(xiàn)2與F3都會(huì)增加。由于F3力來源于骨盆的加載，因此F3會(huì)克服回位彈簧力并使鎖止凸輪旋轉(zhuǎn)，卡緊織帶，使其無法通過鎖舌移動(dòng)。這樣會(huì)最小化來自于F3的影響，降低F2的增量。使F2主要受安全帶限力桿影響。如圖4所示。

以醉湖為背景，有樹影婆娑，有曲折的湖岸線，還有姑娘們的笑容。若說流動(dòng)照相員這職業(yè)有多少快樂，對(duì)高志明來說，莫過于遇到這樣的顧客：年輕、漂亮，且三五結(jié)伴，圍著他嘰嘰喳喳，冀望把她們最動(dòng)人的瞬間留下，以期永恒。

結(jié)合上海城市水資源管理特點(diǎn)，依托和整合上海水務(wù)信息化現(xiàn)有成果，不斷完善水資源監(jiān)測(cè)體系和統(tǒng)計(jì)核算體系，實(shí)現(xiàn)各級(jí)信息的匯聚整合和交換共享，優(yōu)化規(guī)范水資源管理業(yè)務(wù)工作流程，推進(jìn)水資源行政許可、行業(yè)監(jiān)管、應(yīng)急管理、規(guī)劃編制等業(yè)務(wù)的協(xié)同管理，建立覆蓋全市水資源監(jiān)管定量、信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同和輔助決策的綜合管理平臺(tái)，拓展信息化在水資源管理中的應(yīng)用，為水資源科學(xué)規(guī)劃、配置、調(diào)度提供決策依據(jù)。

(2)動(dòng)態(tài)鎖止鎖舌的鎖止性能與織帶滑移減小量的相關(guān)性。

(1)鎖舌自鎖功能的構(gòu)想。

針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象，提出B4力的改進(jìn)建議：通過減小鎖舌處的織帶滑移量，降低B6力對(duì)B4力的傳遞。初步設(shè)想是將安全帶鎖舌改造為帶自鎖功能的動(dòng)態(tài)鎖止鎖舌，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化B4的功能。需要通過仿真與實(shí)驗(yàn)研究完成：

根據(jù)設(shè)計(jì)草圖，在CATIA軟件中繪制了初版動(dòng)態(tài)鎖止鎖舌數(shù)模與圖紙，用于手工車間打樣初版動(dòng)態(tài)鎖止鎖舌。打樣目的用于獲得初版動(dòng)態(tài)鎖止鎖舌的鎖止能力，建模并優(yōu)化鎖止性能。

3 動(dòng)態(tài)鎖止鎖舌設(shè)計(jì)思路

卷收器出口力(B1力)：通過力傳感器在卷收器出口處測(cè)量得到。力值大小一般在2.0kN-4.0kN，通過調(diào)整安全帶限力桿可以維持并調(diào)節(jié)其力值。B1力值會(huì)通過導(dǎo)向環(huán)影響安全帶B3的力值。安全帶肩帶力(B3力)：通過力傳感器在導(dǎo)向環(huán)與假人肩部之間測(cè)量得到，其力值是滑車實(shí)驗(yàn)與碰撞實(shí)驗(yàn)中決定胸部性能的關(guān)鍵因素之一。安全帶肩帶力越大，安全帶擠壓假人胸部越嚴(yán)重，胸部壓縮量越大。安全帶肩帶力值大小一般在3.0kN-5.0kN，通過調(diào)整安全帶限力桿可以維持并調(diào)節(jié)其力值。安全帶下肩帶力(B4力)：通過力傳感器在安全帶插鎖與假人腹部之間測(cè)量得到。安全帶下肩帶力值大小一般在3.0kN-6.0kN。安全帶腰帶力(B6力)：通過力傳感器在安全帶下固定點(diǎn)與假人腹部之間測(cè)量得到。安全帶腰帶力越大，假人骨盆向前運(yùn)動(dòng)越少。安全帶腰帶力值在6.0kN-9.0kN。

根據(jù)構(gòu)想，基于普通鎖舌改進(jìn)的動(dòng)態(tài)鎖舌設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)草圖如5所示。鎖止裝置將由鎖止凸輪通過旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)功能；凸輪的回位將由回位彈簧實(shí)現(xiàn)功能；同時(shí)將對(duì)鎖舌片與鎖舌殼體進(jìn)行改造，總計(jì)有6個(gè)子零件：鎖舌殼體、鎖止凸輪、鎖舌片、轉(zhuǎn)軸、回位彈簧、罩蓋。

B4力對(duì)胸部性能的影響解析：從圖3中能夠觀察到，胸部壓縮量是受到安全帶張力增加并擠壓胸腔引起的。由于假人在碰撞過程中不斷向前移動(dòng)，安全帶會(huì)始終保持張緊狀態(tài)，所以隨著安全帶張力的增加，假人胸部的擠壓力也會(huì)隨之增加。假人胸前的安全帶可以分為2個(gè)部分：肩帶力部分(即B3測(cè)力點(diǎn))與下肩帶力部分(即B4測(cè)力點(diǎn))。這2端的張力直接作用于假人胸部。由于B3力在碰撞過程中可以受到安全帶限力桿功能維持恒定不變，因此B4力越大，擠壓胸部的作用力會(huì)越大，胸部壓縮量也會(huì)越大。

(3)動(dòng)態(tài)鎖止鎖舌的鎖止性能與B4力的相關(guān)性。

4 安全帶擺錘臺(tái)架實(shí)驗(yàn)

安全帶擺錘臺(tái)架是為了驗(yàn)證鎖舌與織帶強(qiáng)度的試驗(yàn)。原理是通過擺錘的勢(shì)能轉(zhuǎn)動(dòng)能，將能量加載在安全帶織帶與鎖舌上，測(cè)試其強(qiáng)度與性能。方法是將安全帶一端與擺錘鏈接，鎖舌與另一端與固定在平臺(tái)上。當(dāng)擺錘從高處釋放后，帶動(dòng)并拉伸安全帶織帶，測(cè)試結(jié)果含帶安全帶力值、安全帶織帶滑移、鎖舌完整性。安全帶與擺錘設(shè)備的設(shè)置如圖6所示。

目前高速公路風(fēng)險(xiǎn)管理模式是基于傳統(tǒng)安全管理模式建立起來的，主要包括組織架構(gòu)、安全管理目標(biāo)、風(fēng)險(xiǎn)管理職責(zé)界定、教育培訓(xùn)以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等. 雖然這種風(fēng)險(xiǎn)管理模式在風(fēng)險(xiǎn)管控方面取得了一定的成效，但仍存在以下不足：

為了能夠模擬不同安全帶張力的動(dòng)態(tài)鎖止鎖舌鎖止性能，實(shí)驗(yàn)設(shè)置分別依據(jù)不同擺錘拉力以及不同尺寸的安全帶限力桿進(jìn)行了調(diào)整。擺錘拉力，即腰帶力大小，根據(jù)50FRB工況對(duì)擺錘拉力進(jìn)行設(shè)置。從50FRB工況中觀察，假人在碰撞過程中，腰帶力處在7kN至8kN之間。因此在試驗(yàn)中將擺錘拉力設(shè)置為：8kN。安全帶織帶夾角與包絡(luò)角，保持與車身安裝狀態(tài)一致，設(shè)置為30度與150度。卷收器限力桿直徑使用了9mm(等同于肩帶力3.0kN)與10mm(等同于肩帶力4.0kN)兩檔，目的是為了獲得動(dòng)態(tài)鎖止鎖舌在不同限力桿尺寸下的響應(yīng)。共計(jì)6次試驗(yàn)，每組限力桿有3次結(jié)果，如表1所示。

為了改善并降低織帶滑移量，分別對(duì)鎖止凸輪材料、鎖止凸輪表面形狀、安全帶織帶延伸率進(jìn)行了設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并再次在安全帶擺錘臺(tái)架進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

動(dòng)態(tài)鎖止鎖舌第2組與第5組的參數(shù)，在0-20ms階段織帶滑移量為21-24mm，相比較其他參數(shù)的動(dòng)態(tài)鎖舌更好地減少了織帶在鎖舌中的滑移。優(yōu)化結(jié)果顯示，鎖止凸輪表面形狀設(shè)計(jì)為W型表面，可以有效減少織帶滑移量約56%。鐵與鋅材料，安全帶織帶延伸率6%與8%對(duì)織帶滑移量的影響不顯著。同時(shí)，由于鋅材料作為成本更優(yōu)的材料，且安全帶織帶延伸率8%是大部分車型的主流參數(shù)，最終以第5組動(dòng)態(tài)鎖舌設(shè)計(jì)參數(shù)，要求試制車間制作了動(dòng)態(tài)鎖止鎖舌樣品，供碰撞測(cè)試使用。樣品如圖7所示。

5 結(jié)論

胸部壓縮量是CNCAP 50FRB碰撞測(cè)試中最為挑戰(zhàn)的指標(biāo)之一。本文通過解讀三點(diǎn)式安全帶張力對(duì)胸部壓縮量的影響，提出減小織帶滑移量降低下肩帶力的設(shè)計(jì)思路。在安全帶鎖舌增加了動(dòng)態(tài)鎖止功能，并通過安全帶擺錘實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了鎖止鎖舌可以有效降低約56%織帶滑移。為約束系統(tǒng)開發(fā)與碰撞測(cè)試提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與借鑒意義。

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