乘用車安全帶自身結構因素對拉出和回卷性能的影響

王杰， 林濤， 謝文風， 劉宗華

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

安全帶被稱為“生命帶”，是用戶日常駕乘使用中頻繁接觸的被動安全件之一。在車輛發(fā)生事故時，安全帶對乘員起著十分重要的保護作用,正確使用汽車安全帶可以大大減少交通事故帶來的損害。越來越多城市立法，乘坐交通車輛需系安全帶，消費者對安全帶的作用也越來越重視。安全帶使用舒適性也逐漸會被客戶所感知，作為主機廠，不僅關注消費者佩戴安全帶約束系統(tǒng)安全性能，同步安全帶佩戴和使用舒適性是乘用車安全帶項目開發(fā)過程中需著重關注的指標，提升消費者佩戴安全帶的舒適度和滿意度。

1 安全帶自身結構因素舒適性分析

文中通過對多款車型的安全帶舒適性進行了對比，并對影響安全帶拉出和回卷自身結構因素進行系統(tǒng)分析。安全帶產品自身結構因素如圖1所示，其結構示意如圖2所示。

圖1 安全帶產品自身結構因素

圖2 安全帶結構示意

總結影響安全帶拉出及回卷自身結構因素,主要由導向環(huán)、織帶、卷簧及鎖舌組成，其中鎖舌作為固定選型件。對導向環(huán)、織帶、卷簧這3個可調參數(shù)進行單一因素和多因素組合試驗研究。然后基于單一因素和多因素組合分析結果進行實車搭載評價，得到一系列性能梯度方案，通過消費者主觀評價結果來優(yōu)化乘員佩戴安全帶舒適性使用品質。最后總結安全帶整車舒適性匹配參考建議，以平衡消費者對安全帶拉出與回卷使用舒適性期望。整車環(huán)境參數(shù)：環(huán)境溫度25 ℃及環(huán)境濕度65%RH，前后排安全帶匹配車身點位及織帶長度為固定不變，前排安全帶為柱安裝，后排為側圍起支架水平安裝。

2 安全帶自身結構單一因素分析

通過調整導向環(huán)、織帶、卷簧3個可調參數(shù)，單一變量研究安全帶產品自身結構因素對安全帶拉出及回卷摩擦力和回卷動力的影響。卷簧在安全帶拉出過程中提供阻力，回卷時提供動力，織帶與導向環(huán)摩擦在安全帶拉出及回卷過程中，提供摩擦阻力。

2.1 導向環(huán)接觸材料及接觸形式試驗研究

利用國標7條紋織帶，在相同卷收器卷簧條件下，與供應商A導向環(huán)產品(表1)進行適配摩擦試驗研究分析。

表1 供應商A導向環(huán)產品(7條紋織帶)

不同導向環(huán)的摩擦力試驗結果如圖3所示。由圖可以得出：在導向環(huán)接觸面形狀及形式大致相同的情況下，接觸面材料對摩擦力的影響程度由小到大為全金屬、金屬嵌件、POM、PA6、PA66。相同POM材料，通過對比接觸面形狀和形式，導向環(huán)接觸面越光滑，織帶與導向環(huán)的摩擦力越小。

圖3 不同導向環(huán)的摩擦力試驗結果

2.2 織帶編制方式和涂層影響分析

控制對配件導向環(huán)不變，試驗研究供應商A織帶產品的涂層和編制方式不同對安全帶摩擦力的影響，織帶產品信息見表2。

表2 供應商A織帶產品信息

織帶編制方式和涂層的試驗結果如圖4所示。由圖可以得出，安全帶織帶摩擦力受織帶編制方式的影響較大。其主要原因為：

圖4 織帶編制方式和涂層的試驗結果

(1)雙投緯較單投緯編制方式增加單絲緯線，通過改進和優(yōu)化鎖邊及調整織帶中央距，使織帶變得柔軟，易于彎曲，從而減小拉出及回卷阻力;

(2)在相同編制方式下，安全帶織帶紋理上差異對織帶的摩擦力影響較小;

(3)織帶有無涂層對安全帶的摩擦力影響較大，耐久后會影響安全帶織帶表面涂層量。

2.3 卷簧因素分析

安全帶所用卷簧為接觸型平面渦卷彈簧。文獻[1]和文獻[5]介紹了安全帶卷簧建模方法和建模公式;文獻[5]試驗研究和理論計算了在轉動圈數(shù)≥8時，卷簧輸出力矩與圈數(shù)呈正比關系，安全帶織帶對胸部壓縮力與織帶出口的回卷力大小呈正相關。文中選取供應商A推薦的3種規(guī)格產品，以覆蓋不同車型對安全帶拉出與回卷舒適性要求，卷簧參數(shù)見表3。

表3 卷簧參數(shù)

圖5為卷簧扭矩與卷簧圈數(shù)的關系，圖6為整車回卷力測量結果。由圖可以得出：在卷簧選型設計中，安全帶實車匹配使用設計盡可能運用卷簧的工作區(qū)域，以使卷簧的扭矩與卷簧圈數(shù)呈正比關系，從而使安全帶拉出和回卷的使用平順性;同時盡可能選用卷簧規(guī)格較低產品，降低安全帶拉出力和胸壓力，提升佩戴舒適性;確保安全帶回卷速度適中，避免鎖舌回卷快速撞擊異響等問題發(fā)生。

圖5 卷簧扭矩與卷簧圈數(shù)的關系

圖6 整車回卷力測量結果

綜上分析可知，以供應商A產品序列為例，可通過調整導向環(huán)接觸面材料、導向環(huán)接觸形式、織帶編制方式、卷簧產品規(guī)格序列等安全帶產品自身結構因素來實現(xiàn)安全帶舒適性調整。

3 安全帶自身結構多因素正交試驗研究

安全帶拉出及回卷舒適性是產品自身結構因素綜合的結果?；趯颦h(huán)接觸面材質、織帶類型、卷簧規(guī)格3個可調參數(shù)為基礎，制定正交試驗方案，其中織帶選用無涂層7條紋(單投緯)和無涂層無條紋織帶(雙投緯加單絲緯線)。前后排安全帶正交試驗方案見表4和表5。

表4 前排供應商A安全帶正交試驗方案

表5 后排供應商B安全帶正交試驗方案

安全帶在消費者使用過程中，考慮初始使用和佩戴使用，在整車點位下，織帶拉出500 mm和1 000 mm進行拉出力測量研究。圖7為前后排正交試驗極差分析結果。由圖可知，前排安全帶拉出舒適性的最優(yōu)解是，后排拉出舒適性最優(yōu)解。

圖7 前后排正交試驗極差分析結果

前排供應商A和后排供應商B安全帶織帶拉出1 000 mm，利用Spass軟件對前后排安全帶拉出力進行方差分析，方差分析結果見表6和表7。對于前排有導向環(huán)的安全帶，方差分析顯著性值，卷簧和織帶顯著性<0.05，說明對于前排安全帶織帶和卷簧兩組因素選用存在明顯差異，在前排安全帶舒適性匹配設計中，織帶值更小，所以前排改善舒適性調整織帶較好。導向環(huán)>005，前排導向環(huán)因素內差異較小。對于后排安全帶無導向環(huán)布置形式，方差分析值，卷簧值大于織帶值，故后排調整卷簧規(guī)格要優(yōu)于調整織帶。原因是取消導向環(huán)，織帶與導向環(huán)摩擦力取消，織帶摩擦力影響相對減弱。

表6 前排安全帶拉力1 000 mm方差分析結果

表7 后排安全帶拉出1 000 mm方差分析結果

4 正交試驗梯度方案整車主觀評價驗證

基于正交試驗分析結果，在整車條件下綜合成本，選出一系列梯度舒適性解決方案以滿足消費者需求進行主觀評價驗證。數(shù)據(jù)樣本：男性34人，女性6人;人群體型覆蓋：5分位至95分位人體。前排安全帶進行8種梯度技術方案搭載，后排安全帶進行6種梯度技術方案搭載。前后排梯度方案整車搭載試驗結果如圖8所示。由圖可知，正交試驗極差分析的最優(yōu)解決方案與整車主觀評價最優(yōu)解決方案結論一致。

圖8 前后排梯度方案整車搭載試驗結果

5 結語

文中基于供應商安全帶產品序列，首先探討安全帶自身結構各單一因素對拉出及回卷的影響?；诋a品自身結構可調參數(shù)，進行多因素正交試驗研究?；谡辉囼炋荻刃阅芊桨傅牟杉C合車型定位的需求，選擇滿足要求的安全帶舒適性解決方案。對于前排安全帶帶有導向環(huán)的布置，建議調整織帶類型來提升安全帶舒適性品質;后排安全帶無導向環(huán)的布置，建議通過調整卷簧參數(shù)來實現(xiàn)舒適性品質提升。