汽車安全帶佩戴狀態(tài)下拉出回卷力調(diào)查研究

蔣智鵬 盧文明

中汽研汽車檢驗(yàn)中心（天津）有限公司 天津市 300000

1 引言

隨著消費(fèi)者對(duì)汽車乘坐舒適性要求的不斷提高，汽車安全帶的拉出回卷力開始引起各整車企業(yè)以及安全帶生產(chǎn)企業(yè)的重視。安全帶的卷收力通過織帶作用在人體胸部及肩部，過大的卷收力使得乘員在長(zhǎng)時(shí)間佩戴安全帶后感到不適，而足夠的卷收力才能使乘員佩戴安全帶后能夠自動(dòng)收緊以減少松弛，減少事故中乘員的移動(dòng)，并能夠在解鎖后自主而快速的復(fù)位，確定合適的安全帶拉出回卷力是目前行業(yè)研究的方向之一，而這方面的研究離不開對(duì)佩戴狀態(tài)下安全帶拉出回卷力的準(zhǔn)確測(cè)量。

2 安全帶拉出回卷力的測(cè)量方法

2.1 臺(tái)架安裝的測(cè)量方法

臺(tái)架安裝的測(cè)量方法需將安全帶卷收器按照指定的角度及相對(duì)位置安裝到一臺(tái)架上，安全帶另外一端被牽引使織帶從卷收器中拉出或回卷，牽引端布置有力傳感器，可以采集織帶拉出回卷過程中的張力，如圖1所示。

圖1 臺(tái)架安裝測(cè)量安全帶拉出回卷力

測(cè)量的具體步驟如下：

（1）確認(rèn)卷收器安裝狀態(tài)，包括安裝角度、織帶有效長(zhǎng)度、導(dǎo)向件安裝點(diǎn)與卷收器安裝點(diǎn)的距離等信息；

（2）根據(jù)產(chǎn)品信息設(shè)置設(shè)備相關(guān)參數(shù)及調(diào)整臺(tái)架懸臂，設(shè)置織帶拉出及回卷長(zhǎng)度、速度以及測(cè)量的限值，將力傳感器讀數(shù)清零；

（3）安裝安全帶產(chǎn)品，保證卷收器安裝角度以及導(dǎo)向件安裝點(diǎn)與卷收器安裝點(diǎn)的距離，復(fù)位臺(tái)架懸臂；

（4）啟動(dòng)牽引端，使其按照規(guī)定的速度將織帶拉出或回卷；

（5）根據(jù)力傳感器采集的數(shù)據(jù)，判定指定織帶包卷量下的拉出及回卷力。

2.2 手動(dòng)拉出的測(cè)量方法

手動(dòng)拉出測(cè)量即試驗(yàn)人員手持測(cè)力計(jì)，通過測(cè)力計(jì)手動(dòng)將安全帶織帶拉出或放回，測(cè)力計(jì)的測(cè)量端通過銷針與織帶連接，如圖2所示。

圖2 手動(dòng)拉出測(cè)量安全帶拉出回卷力

測(cè)量的具體步驟如下：

（1）將安全帶總成按照裝車狀態(tài)安裝到動(dòng)態(tài)試驗(yàn)臺(tái)架或?qū)嵻嚿?，拉出安全帶使其正確佩戴在人體上；

（2）在織帶上作標(biāo)記，假人佩戴安全帶后讓織帶回卷到底，在織帶與吊環(huán)接觸處做標(biāo)記A，靠近卷收器與標(biāo)記A距離10mm處做標(biāo)記B；

（3）在假人肩部的織帶處插上銷釘，用于連接測(cè)力計(jì)；

（4）拉出織帶，通過測(cè)力計(jì)使織帶按照規(guī)定的速度回卷，當(dāng)標(biāo)記B接觸吊環(huán)后記錄測(cè)力計(jì)讀數(shù)。

2.3 佩戴狀態(tài)的測(cè)量方法

將織帶依次繞測(cè)量裝置的作用輪，通過壓緊輪將織帶與主動(dòng)輪緊壓在一起，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)從而使織帶以規(guī)定的速度拉出或回卷，如圖3所示。

圖3 佩戴狀態(tài)測(cè)量安全帶拉出回卷力

測(cè)量的具體步驟如下：

（1）測(cè)量安全帶在使用過程中的織帶拉出量，并使安全帶正常佩戴于人體上；

（2）使測(cè)量裝置導(dǎo)向輪、主動(dòng)輪的中心連線與規(guī)定位置的織帶平齊，將裝置讀書清零；

（3）將織帶繞過測(cè)量裝置，擰緊壓緊輪使織帶與主動(dòng)輪緊壓在一起；

（4）解鎖安全帶鎖扣，啟動(dòng)裝置使織帶以規(guī)定的速度回卷至步驟（1）所測(cè)得的織帶拉出量，再拉出相同長(zhǎng)度的織帶；

在步驟（4）的整個(gè)過程中裝置所記錄的力便是安全帶在佩戴過程中的織帶回卷及拉出力。

3 安全帶拉出回卷力的比對(duì)測(cè)量

選取某車型前排左側(cè)安全帶進(jìn)行織帶拉出回卷力比對(duì)測(cè)量，測(cè)量佩戴過程中織帶拉出最后80cm過程中的拉出及回卷力。測(cè)量過程織帶拉出回卷速度為10mm/s。

3.1 佩戴狀態(tài)測(cè)量與臺(tái)架安裝測(cè)量的比對(duì)結(jié)果及分析

比對(duì)測(cè)量結(jié)果見圖4。與出帶口的測(cè)量結(jié)果作比較，臺(tái)架安裝測(cè)量和佩戴狀態(tài)測(cè)量的織帶拉出力明顯變大、回卷力明顯變小，說明織帶經(jīng)在過卷收器出帶口后的路徑上存在較大阻力。而佩戴狀態(tài)測(cè)量與臺(tái)架安裝測(cè)量的結(jié)果存在差異，說明臺(tái)架安裝測(cè)量的過程中不能完全復(fù)制織帶在路徑改變處的狀態(tài)。

圖4 佩戴狀態(tài)測(cè)量與臺(tái)架安裝測(cè)量的比對(duì)結(jié)果

3.2 佩戴狀態(tài)測(cè)量與手動(dòng)拉出測(cè)量的比對(duì)結(jié)果及分析

抽取30名試驗(yàn)人員在假人佩戴狀態(tài)下，采用手動(dòng)拉出測(cè)量的方法測(cè)量安全帶的卷收力，記錄測(cè)試結(jié)果見表1。

采用佩戴狀態(tài)測(cè)量的方法，對(duì)相同狀態(tài)安全帶產(chǎn)品進(jìn)行卷收力測(cè)量。重復(fù)測(cè)量30次記錄測(cè)試結(jié)果見表2。

根據(jù)表1、表2的測(cè)試結(jié)果計(jì)算平均值與標(biāo)準(zhǔn)差見表3。

表1 手動(dòng)拉出測(cè)量方法的測(cè)試結(jié)果

表2 測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)比對(duì)

根據(jù)表3可知，佩戴狀態(tài)測(cè)量結(jié)果的一致性遠(yuǎn)好于手動(dòng)拉出測(cè)量，且佩戴狀態(tài)測(cè)量結(jié)果的均值大于手動(dòng)拉出測(cè)量。分析原因?yàn)槭謩?dòng)拉出測(cè)量的過程中，試驗(yàn)人員不能保持恒定的織帶受力狀態(tài)，加上每次回卷時(shí)織帶自由端經(jīng)過人體會(huì)存在不同的摩擦，造成手動(dòng)測(cè)量結(jié)果離散型比較大。而佩戴狀態(tài)測(cè)量能夠很好的保持織帶的拉出角度和速度，通過測(cè)量裝置壓緊輪與主動(dòng)輪的隔離，織帶自由端經(jīng)過人體會(huì)的摩擦不會(huì)傳遞到力感應(yīng)裝置上，故其測(cè)量結(jié)果一致性較好。

表3 佩戴狀態(tài)測(cè)量方法的測(cè)試結(jié)果

4 影響測(cè)量結(jié)果的因素分析

通過比較三種測(cè)量方式的實(shí)施過程，發(fā)現(xiàn)在測(cè)量過程中變化的因素有織帶拉出角度和織帶拉出速度。

4.1 織帶拉出角度的影響

選取某型號(hào)織帶，過導(dǎo)向件前施加恒定的大小為10N的力，拉出角度（織帶與水平面的夾角）α分別取0°、30°、50°，拉動(dòng)距離為200mm，測(cè)量過導(dǎo)向件后的織帶拉力Fs如圖5所示?？梢婋S著拉出角度α的增大，拉出過Fs增大、回卷過Fs減小。

圖5 拉出角度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

4.2 織帶拉卷速度的影響

固定織帶拉出角度α=30°，改變織帶拉卷速度。分別測(cè)量拉卷速度為500mm/min和2000mm/min下的織帶拉力Fs如圖6所示?？梢婋S著織帶拉出回卷速度的增加，拉出力變大、回卷力變小。

圖6 不同拉卷速度的測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)佩戴狀態(tài)測(cè)量、臺(tái)架安裝測(cè)量和手動(dòng)拉出測(cè)量三種測(cè)量方式的結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)分析，發(fā)現(xiàn)臺(tái)架安裝測(cè)量的方法因不能完全復(fù)制安全帶實(shí)際使用時(shí)與車內(nèi)部件的接觸以及織帶路徑的變化，不能直觀反映出乘員在佩戴過程中受到織帶的束縛；手動(dòng)拉出測(cè)量的方法由于不能保持恒定的織帶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其測(cè)量結(jié)果一致性較差。進(jìn)一步對(duì)影響測(cè)量結(jié)果的因素進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)織帶拉出力會(huì)隨著拉出角度的變大、拉出速度的增加而增大，織帶回卷力會(huì)隨著拉出角度的變大、回卷速度的增加而減小。