安全帶在約束系統(tǒng)集成中的應(yīng)用

張騁

摘 要：安全帶是汽車安全出行的重要保障，能夠有效減少汽車碰撞后對(duì)乘客的二次傷害。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞事故后，安全帶可以將車內(nèi)人員約束在座椅上，吸收撞機(jī)的能量，化解車內(nèi)人員的慣性力，進(jìn)而保護(hù)其頭部和胸部。由此可見，安全帶在汽車的約束集成系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。所以本文從安全帶的基本工作原理入手，首先分析安全帶的分類，然后探究安全帶在約束系統(tǒng)集成中的應(yīng)用，希望可以借此給汽車約束系統(tǒng)的相關(guān)研究提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：安全帶 約束系統(tǒng) 應(yīng)用

Application of Safety Belt in Restraint System Integration

Zhang Cheng

Abstract：Seat belts are an important guarantee for the safe travel of cars and can effectively reduce the secondary injury to passengers after a car collision. When a car crashes， the seat belt can restrain the occupants in the seat， absorb the energy of the collision， resolve the inertial force of the occupants in the car， and protect their head and chest. It can be seen that seat belts play an important role in the restraint integrated system of automobiles. Therefore， this article starts with the basic working principle of seat belts， first analyzes the classification of seat belts， and then explores the application of seat belts in restraint system integration， hoping to provide a certain reference for related research on automobile restraint systems.

Key words：seat belt， restraint system， application

在機(jī)動(dòng)車的傷害事故中，正面碰撞的占比最大，而且正面碰撞事故中超過60%的死者是因?yàn)闆]有系安全帶。在汽車的碰撞事故中，碰撞分為兩次，首先是汽車與汽車或者其他物體之間碰撞，其次是汽車內(nèi)人員與車內(nèi)飾的碰撞。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞事故后，如果前排人員未系安全帶，則會(huì)向前做拋物運(yùn)動(dòng)，與汽車內(nèi)飾發(fā)生碰撞而造成傷害，如果安全氣囊有效彈出，則可減小碰撞的傷害。當(dāng)安全氣囊不能有效彈出時(shí)，車內(nèi)人員的頭部和頸部則會(huì)和汽車內(nèi)飾發(fā)生碰撞，這時(shí)即使車內(nèi)人員使用了安全帶，也會(huì)造成不同程度的傷害。但是安全氣囊和安全帶的同時(shí)工作就可大幅度減小汽車碰撞對(duì)車內(nèi)人員的傷害，相關(guān)研究表明，安全帶可使駕駛員的中度傷害危險(xiǎn)降低60%左右。由此可見，安全帶在汽車的約束系統(tǒng)中發(fā)揮著極為重要的作用。

1 安全帶的基本工作原理

當(dāng)汽車發(fā)生碰撞事故時(shí)，汽車由于外力的作用而出現(xiàn)了急劇減速或者急停，但是車內(nèi)人員由于慣性的作用會(huì)繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，如果沒有安全帶的束縛，車內(nèi)乘員就會(huì)撞上方向盤、儀表盤、擋風(fēng)玻璃等，甚至可能被拋離出汽車。安全帶的主要作用就是將車內(nèi)乘員束縛在座椅上，避免乘客由于慣性作用而產(chǎn)生二次傷害，能夠有效保護(hù)乘客的頭部和胸部。

在日常的出行中，乘客系好安全帶之后，其實(shí)安全帶還有一部分在卷收器中，這部分通常處于內(nèi)部，乘客無法看到。卷收器中有角敏裝置，當(dāng)安全帶拉出的速度超過一定的輸值后，角敏裝置就會(huì)鎖住卷筒，這時(shí)安全帶就無法繼續(xù)拉出，進(jìn)而起到約束乘客的作用。當(dāng)安全帶緩慢拉出時(shí)，角敏裝置不會(huì)觸發(fā)。

2 安全帶的分類

2.1 緊急鎖止式安全帶

緊急鎖止式安全帶屬于當(dāng)前最為常用的安全帶類型，它對(duì)安全帶拉出的速度較為敏感，當(dāng)達(dá)到0.7g的加速度時(shí)，會(huì)在25mm內(nèi)鎖死，這樣就能保護(hù)駕駛員而乘客不會(huì)撞上擋風(fēng)玻璃和方向盤，減少碰撞危險(xiǎn)。這種安全帶的造價(jià)相對(duì)較低，而且也能滿足使用的需求，因此大部分的汽車生產(chǎn)廠家多選擇這種安全帶。當(dāng)然，緊急鎖止式安全帶也有自身的限制，它鎖死后不會(huì)釋放，因此如果汽車在高速運(yùn)動(dòng)發(fā)生碰撞時(shí)，很容易由于安全帶拉力過大而對(duì)車內(nèi)的人員造成上海。相關(guān)研究表明，當(dāng)安全帶拉力超過10000N時(shí)，人員也會(huì)受傷。

2.2 限力式安全帶

如果發(fā)生碰撞車輛的車速較高，碰撞強(qiáng)度也會(huì)隨之增大，因此安全帶對(duì)人的拉力也會(huì)造成傷害。限力式安全帶就是在安全帶的卷收器和鎖扣等部位增加限力機(jī)構(gòu)，這樣當(dāng)安全帶的拉力達(dá)到一定數(shù)值后，就會(huì)通過卷收器和鎖扣等部位的位移釋放一定量的安全帶，進(jìn)而將安全帶的力維持在一定水平，避免對(duì)人員的胸部造成較大壓力。通常而言，限力安全帶的限力值不會(huì)超過6000N，可通過調(diào)節(jié)扭力桿來實(shí)現(xiàn)限力值的調(diào)節(jié)。當(dāng)然，由于增加了零部件，限力式安全帶的造價(jià)相對(duì)較高，常用于較為高端的汽車，用于提升汽車的安全性。

2.3 預(yù)張緊安全帶

預(yù)張緊安全帶可以進(jìn)一步提升車內(nèi)人員的舒適性，通常會(huì)保持安全帶和人體的一定間隙，這樣在發(fā)生碰撞后，就可通過緩沖來釋放一定的沖擊力。在汽車發(fā)生碰撞后，預(yù)張緊安全帶會(huì)啟動(dòng)預(yù)緊器，然后帶動(dòng)卷收器回轉(zhuǎn)，這樣就會(huì)消除安全帶的松弛量，進(jìn)而將乘客更好的約束在座椅上，減少汽車碰撞對(duì)人的傷害。

在汽車發(fā)生碰撞后，人們都希望拉力越小越好，但是如果拉力過小，很容易撞到方向盤。這是預(yù)張緊安全帶就可發(fā)揮作用，在保障限力值不會(huì)過大的同時(shí)還能有效的束縛車內(nèi)人員，有效保障人員的安全性。

出上述幾種較為常見的安全帶類型外，還有雙極預(yù)緊安全帶、鎖扣自鎖安全帶、氣囊式安全帶和錨點(diǎn)預(yù)緊安全帶等。從當(dāng)前的發(fā)展來看，安全帶的機(jī)構(gòu)逐漸復(fù)雜化，這是為了滿足多樣化的市場(chǎng)需求，更好的保護(hù)車內(nèi)人員。而且安全帶開始與方向盤、安全氣囊和座椅等結(jié)構(gòu)結(jié)合，通過約束系統(tǒng)集成來更好的滿足安全性要求。

3 安全帶在約束系統(tǒng)集成中的應(yīng)用

3.1 CAE模擬分析

為了更好的分析安全帶在約束系統(tǒng)集成中的作用，采用運(yùn)動(dòng)模擬分析汽車碰撞，如圖1所示，是緊急鎖止式安全帶和預(yù)張緊安全帶的碰撞假人運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。從具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，緊急鎖止式安全帶使假人的胸部幾乎無法運(yùn)動(dòng)，而預(yù)張緊安全帶的假人還可適當(dāng)?shù)南蚯斑\(yùn)動(dòng)。另外，緊急鎖止式安全帶中的假人頸部完全較為嚴(yán)重，頭部有前甩趨勢(shì)。

在發(fā)生碰撞后，緊急鎖止式安全帶能夠發(fā)揮約束的作用，但是瞬間拉力較大，對(duì)假人的胸部造成較大的壓力。而預(yù)張緊安全帶在發(fā)生碰撞后，假人的胸部和頭部壓縮有明顯的改善。從這些可以看出，預(yù)張緊安全帶的性能要相對(duì)優(yōu)于緊急鎖止式安全帶。除此之外，不論是緊急鎖止式安全帶還是預(yù)張緊安全帶，兩者對(duì)假人的頭部都沒有明顯的保護(hù)作用，因此頭部處于較高的風(fēng)險(xiǎn)中。當(dāng)然，通常在發(fā)生劇烈碰撞后，汽車的安全氣囊會(huì)彈出，會(huì)對(duì)頭部起到一定的保護(hù)作用。

3.2 正面滑車分析

汽車在發(fā)生碰撞后，車內(nèi)的多種因素都可能導(dǎo)致人體受傷，因此模擬真實(shí)的車內(nèi)狀況可以更好的分析出安全帶發(fā)揮的作用，如圖2和圖3所示，分別為緊急鎖止式安全帶和預(yù)張緊安全帶的碰撞圖。在相同情況下的碰撞中，緊急鎖止式安全帶約束的人體盆骨部位位移相對(duì)較大，而預(yù)張緊安全帶就可有效的避免這一問題，在發(fā)生碰撞后，人體的上部軀干會(huì)繞盆骨部位旋轉(zhuǎn)，而緊急鎖止式安全帶在碰撞后，人體上部軀干幾乎是平行向前移動(dòng)的。

另外，結(jié)合安全氣囊的效果，緊急鎖止式安全帶與安全氣囊的配合并不好，氣囊對(duì)假人胸部的緩沖效果十分有限，因此無法有效的吸收碰撞能量，而由于安全帶拉力較大，人員的胸部會(huì)出現(xiàn)不同程度的損傷。預(yù)張緊安全帶與安全氣囊的配合相對(duì)較好，能夠進(jìn)一步的保護(hù)人員的胸部，進(jìn)而起到緩沖的作用。

3.3 整體作用分析

從整體的分析來看，不論是緊急鎖止式安全帶還是預(yù)張緊安全帶，都可以起到約束車內(nèi)人員的作用，避免車內(nèi)人員與汽車內(nèi)飾、方向盤和擋風(fēng)玻璃發(fā)生碰撞而造成二次傷害。但是不同安全帶的效果有一定的差異。這是因?yàn)槭蔷o急鎖止式安全帶缺少緩沖，拉全帶直接束縛人員的胸部，這樣當(dāng)沖擊較為猛烈時(shí)，很可能由于拉力過大而損傷人員的胸部。另外，緊急鎖止式安全帶與安全氣囊的配合效果也略顯一般，總體效果不如預(yù)張緊安全帶。

4 結(jié)語

安全帶屬于汽車安全系統(tǒng)中重要的組成部分，在汽車發(fā)生碰撞后能夠有效的束縛車內(nèi)人員，進(jìn)而減小碰撞二次傷害對(duì)車內(nèi)人員的傷害。本文從安全帶的工作原理和分類入手，細(xì)致對(duì)比了緊急鎖止式安全帶與預(yù)張緊安全帶在汽車約束集系統(tǒng)集成中的作用，希望可以借此給汽車安全帶的選擇和優(yōu)化提供一定的方向。

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