汽車安全帶固定點布局形式優(yōu)化設(shè)計

梁艷來

摘 要：當(dāng)前民眾使用汽車作為代步工具的數(shù)量呈現(xiàn)跨越式增長態(tài)勢，而選擇汽車的第一要素即是汽車安全性。對于汽車安全而言，安全帶能夠極大程度上在事故發(fā)生或需要急停過程中依靠緊急鎖止保證駕駛員或乘客人身安全。在此背景下，汽車廠商和相關(guān)研究人員針對汽車安全帶固定點布局展開多向研究，已然形成初步適用的布局形式。然而在不斷的發(fā)展歷程中，民眾對于安全帶除性能要求以外，開始逐步對系戴安全性產(chǎn)生較大需求，因而汽車安全帶固定點布局仍有一定優(yōu)化空間。就此，文章針對汽車安全帶固定點布局形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，希冀對汽車廠商及相關(guān)研究人員提供一點啟示。

關(guān)鍵詞：汽車 安全帶固定點 布局形式 優(yōu)化設(shè)計

Optimized Design of Fixed Point Layout of Automobile Seat Belt

Liang Yanlai

Abstract：At present， the number of people using cars as a means of transportation is growing by leaps and bounds， and the first element in choosing cars is car safety. For automobile safety， seat belts can rely on emergency locking to ensure the personal safety of the driver or passenger to a great extent in the event of an accident or emergency stop. In this context， automobile manufacturers and related researchers have carried out multi-directional research on the layout of fixed points of automobile seat belts， and have formed a preliminary applicable layout form. However， in the course of continuous development， in addition to the performance requirements of the seat belt， the public has gradually begun to have a greater demand for the safety of wearing the seat belt， so there is still room for optimization in the layout of the fixed point of the car seat belt. In this regard， the article optimizes the design of the layout of the fixed point of the car seat belt， hoping to provide some enlightenment to car manufacturers and related researchers.

Key words：automobile， seat belt fixing point， layout form， optimized design

1 引言

社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展態(tài)勢下，私家汽車的使用范圍愈加廣泛、使用數(shù)量也愈加增多。據(jù)汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布，2019年我國銷售汽車數(shù)量達(dá)2576.9萬輛[1]。在如此龐大的銷售數(shù)量下，汽車的安全性就尤為重要。但由于汽車主動安全性難以進(jìn)行預(yù)測，因而汽車廠商均著手進(jìn)行被動安全加固，汽車中設(shè)置安全帶就是被動安全強(qiáng)化的一種重要方式。汽車安全帶能夠在汽車產(chǎn)生交通意外發(fā)生劇烈碰撞或在急打轉(zhuǎn)向過程中，最大幅度保證駕駛員或乘客保持原位，避免因為位置移動產(chǎn)生損傷?，F(xiàn)階段主、副駕駛均使用三點式汽車安全帶固定點布局形式，但三點布局不僅需要滿足國家的安裝規(guī)定，亦需要符合對應(yīng)的安全需求，確保布局合理[2]。在保證安全的情況下，亦要提升駕駛位、乘客的舒適度。由此背景下，對汽車安全帶固定點布局形式展開研究，對于汽車強(qiáng)化被動安全具有重要意義。

2 汽車安全帶發(fā)展現(xiàn)狀簡析

2.1 汽車安全帶結(jié)構(gòu)簡介

為充分保障汽車人員安全，提升安全帶強(qiáng)度是必然選擇。就當(dāng)前情況來看，國內(nèi)汽車安全帶一句固定方式進(jìn)行類型劃分，一般情況下可劃分為兩點式安全帶、三點式安全帶以及全背式安全帶。三種類型的安全帶結(jié)構(gòu)并不相同，但基礎(chǔ)硬件必然包含預(yù)緊器、卷收器、限荷器以及安全布帶、扣帶、高度調(diào)節(jié)器、自動緊急鎖止裝置等等[3]。安全帶能夠最大程度保護(hù)人身安全，其中一個重要原因即是安全帶的本質(zhì)為一速度敏感裝置，在瞬時速度過大的時候預(yù)緊器會瞬間扣緊織帶，避免人身產(chǎn)生過大的位置變化。多數(shù)時候汽車織帶使用的是拉出速度變化敏感式安全帶，但部分汽車也會使用汽車速度變化敏感式安全帶。拉出速度變化敏感式安全帶依靠慣性盤對汽車急剎或產(chǎn)生碰撞時及時感知，并立刻將織帶進(jìn)行鎖止操作，進(jìn)而保障人員人身安全。倘若安全帶的安裝布局存在問題，則極易導(dǎo)致事故發(fā)生時駕駛員頭部撞向擋風(fēng)玻璃，進(jìn)而威脅人身安全。

2.2 國內(nèi)外汽車安全帶研究現(xiàn)狀

當(dāng)前美德等發(fā)達(dá)國家已然開始著手應(yīng)用主動型安全帶，較大程度的改善傳統(tǒng)被動式安全帶的被動性。主動型安全帶通過應(yīng)用智能控制系統(tǒng)和預(yù)收緊裝置，繼而使用探頭接收汽車可能發(fā)生事故的各類參數(shù)，在參數(shù)接收并計算結(jié)束之后會釋放電脈沖信號，對應(yīng)氣體接收到相關(guān)信號之后會產(chǎn)生爆炸。氣體產(chǎn)生的爆炸沖擊將會引發(fā)棘爪盤轉(zhuǎn)動，加之棘爪盤與主軸相連，推動汽車安全帶實現(xiàn)預(yù)收緊[4]。相對而言，國外在安全帶裝置研究方面略微領(lǐng)先于國內(nèi)，在三點式汽車安全帶固定點布局形式研究也相當(dāng)?shù)轿?。但是由于中西人身結(jié)構(gòu)差異，國外的固定點布局形式和國內(nèi)存在一定差異性。是以，依據(jù)國內(nèi)實際情況結(jié)合國外安全帶固定點布局形式優(yōu)勢進(jìn)行重構(gòu)，對于增強(qiáng)汽車系統(tǒng)安全性具有重要意義。

3 汽車安全帶固定點布局形式優(yōu)化方案

3.1 三點式安全帶固定點布局形式優(yōu)化思路

鑒于國內(nèi)汽車主駕、副駕均使用三點式安全帶，且三點式安全帶對于兩點式安全帶、全背式安全帶具有統(tǒng)領(lǐng)作用，因而本文主要針對三點式安全帶固定點布局形式進(jìn)行優(yōu)化研究。依據(jù)三點式固定點安裝位置不同，將固定點布局劃分為兩種形式。第一種是三點均設(shè)置于座椅之上。此種布置方式是將安全帶與車身脫離，駕駛員或乘客系好安全帶之后可以依據(jù)自身舒適度適當(dāng)調(diào)整座椅位置，但安全帶佩戴形態(tài)并不會產(chǎn)生變化。基于此種形式對于座椅骨架強(qiáng)度要求較高，因此在布局形式優(yōu)化方面主要針對高端轎車和跑車方面進(jìn)行布局優(yōu)化。第二種則是一點在汽車、剩余兩點布置于座椅。此種形式由于安全帶兩點在座椅、一點在車身的差異化情況，極有可能在座椅發(fā)生位置移動時，產(chǎn)生對應(yīng)的位置變化。如此致使安全帶安全效應(yīng)與國家安全法規(guī)規(guī)定區(qū)域產(chǎn)生沖突，使得駕駛員或乘客產(chǎn)生舒適度不足的情況、鑒于此種形式在中小型汽車中應(yīng)用廣泛，因而主要針對中小型車進(jìn)行布局優(yōu)化設(shè)計。

3.2 三點式安全帶固定點布局形式具體設(shè)計

3.2.1 布置條件

鑒于操作局限性，本文采用ADAMS進(jìn)行仿真模擬模型優(yōu)化。在進(jìn)行固定點布局優(yōu)化之前首先輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，具體包括R點位、座椅骨架、座椅移動軌跡以及人員軀干模擬數(shù)據(jù)、B柱鈑金等。這其中B柱是指汽車前后車門中間的柱子。

3.2.2 具體位置

三點式安全帶固定點安裝位置主要影響因素包括座椅位置及側(cè)圍鈑金。一是卷收器位置安裝。卷收器是安全帶閑置時候或佩戴時候剩余布帶存放器械，因而需要在安裝之前以B柱的角度當(dāng)做標(biāo)準(zhǔn)，繼而明晰卷收器角度。在具體安裝的時候需要將卷收器安裝于B柱下端位置，并且需要確保卷收器與安全帶中心線平行。除此以外，需要在安裝之前測算B柱的實際強(qiáng)度，確保有足夠的拉扯安全性。在此期間，需要確保卷收器有足夠的空間收放安全帶，與B柱鈑金之間的間隙不得低于5mm。

二是導(dǎo)向環(huán)位置布置。首先需要以兩點法確定織帶中心線，一點作為鎖舌與織帶的交匯中心，另一點為導(dǎo)向環(huán)固定點。以交匯點作為安裝參考，持續(xù)調(diào)整導(dǎo)向環(huán)的具體安裝位置，確保駕駛?cè)藛T或其他乘客能夠具有相應(yīng)的舒適度，此外需要進(jìn)一步確定導(dǎo)向環(huán)全部位置，包含安裝位置以及后期使用位置，還有在緊急情況下的極限位置，繼而確定科學(xué)的導(dǎo)向環(huán)有效固定點。

三是安全帶長度設(shè)計及插鎖高度布置研究。鑒于男性、女性、兒童的身形差異，在具體設(shè)計過程中需要遵循以下原則，確保人員與安全帶佩戴匹配。第一則是模擬人員后部與座椅靠背干涉量必須嚴(yán)格到10mm，避免位置過大引發(fā)不必要風(fēng)險。第二則是模擬人員下部需要與坐墊干涉量保持在10mm。在這之后需要依據(jù)人身差異確定安全帶插鎖的計劃高度。需要沿著模擬人員布置腰帶位置，確保過程中安全帶與人員屬于緊緊貼合狀態(tài)。最后需要確定安全帶長度設(shè)計。在具體設(shè)計中選擇成年男性參數(shù)進(jìn)行肩帶布置，在保證安全帶與人身貼合的前提下，測量安全帶的具體長度，為保證人群適宜性，增加20cm長度雨量，確保部分神身材寬大的人員也能正常使用安全帶。

依據(jù)上述方案進(jìn)行卷收器、插鎖位置以及導(dǎo)向環(huán)位置確定，進(jìn)一步研究安全帶長度以后，掌握具體設(shè)計參數(shù)。如此即實現(xiàn)汽車安全帶固定點布局優(yōu)化。

3.3 安全模擬

進(jìn)行汽車安全帶固定點布局形式優(yōu)化后，需要進(jìn)行安全模擬實驗。為實現(xiàn)安全、便捷測驗，提取某品牌車輛中部參數(shù)作為實驗基礎(chǔ)。該品牌車輛固定為主與被測安全帶位置不得低于450mm，且后方距離不得低于300mm。為保證設(shè)計符合國家產(chǎn)品要求，固定點需與周圍部件共同達(dá)到強(qiáng)度規(guī)定。座椅方面及各項安裝工作需要準(zhǔn)備到位且符合實際。執(zhí)行安全模擬命令時需要先行準(zhǔn)備10s預(yù)加載，隨后設(shè)定4S達(dá)到國際壓力標(biāo)準(zhǔn)值，保持此狀態(tài)壓力0.2S。實驗結(jié)果顯示，安全帶固定點周邊產(chǎn)生塑性變形，即產(chǎn)生裂紋并有斷裂現(xiàn)象，但整體來看安全帶固定點并未失效。

4 結(jié)語

綜上所述，文章基于汽車安全帶發(fā)展現(xiàn)狀展開論述，在明晰汽車安全帶安裝位置之后，對三點式安全帶布置形式展開相關(guān)探討，并主要針對位置形式及安全校核進(jìn)行論述。雖然本文提及的汽車安全帶固定點布局形式優(yōu)化是基于ADAMS進(jìn)行仿真模擬，但整體而言此方案具有一定理論借鑒性。對于現(xiàn)代汽車而言，三點式安全帶布置方式及布置形式均具有一定程度的相似性。加之前文提及的其他布置形式均可以參照三點式安全帶布置形式進(jìn)行固定點安裝。但是在理論研究過程中仍然存在一定缺陷，具體包括尚未進(jìn)行實車安裝測驗、是否符合消費者需求，這仍然需要相關(guān)學(xué)者及設(shè)計人員不斷努力進(jìn)行完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭鵬程，徐從昌，劉志文，等.基于安全帶固定點新法規(guī)的座椅結(jié)構(gòu)布置與改進(jìn)[J].汽車工程，2017（02）：138-144.

[2]劉鑫，吳鋼，尹來榮.基于近似模型管理的汽車安全帶約束系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[J].振動與沖擊，2016（06）：132-136.

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[4]楊挺，楊東，馬光輝，等.多行多區(qū)域車間的設(shè)備布局優(yōu)化設(shè)計方法[J].工業(yè)工程與管理，2018（05）：135-143.