主動式安全帶對AEB乘員離位的改善方案

劉昕耀 劉雪姣 韓嘯

摘要：自動緊急制動（AEB）作用時會產(chǎn)生乘員離位現(xiàn)象，乘員離位在碰撞中對乘員胸部傷害會產(chǎn)生不利影響。通過仿真驗證得出，主動式安全帶在預(yù)碰撞階段的預(yù)緊會改善乘員離位情況，并且加快預(yù)緊作用過程的反應(yīng)速度和加大預(yù)緊力值均能提升對乘員的約束，而通過系統(tǒng)匹配，調(diào)整主動式安全帶在預(yù)碰撞階段預(yù)緊啟動時間，可實現(xiàn)對乘員更好的約束效果。

關(guān)鍵詞：AEB；乘員離位；主動式安全帶

中圖分類號：U463.9? 收稿日期：2023-11-09

DOI：1019999/jcnki1004-0226202401016

1 前言

近年來，自動緊急制動（AEB）在各種新車評價規(guī)程和法規(guī)中要求逐步細化完善，促使AEB已經(jīng)成為新上市乘用車的標(biāo)配。AEB系統(tǒng)對于提高道路交通安全性具有重要意義，但研究認為，AEB系統(tǒng)作用造成乘員偏離被動安全設(shè)計中的正常坐姿位置，與沒有配置AEB系統(tǒng)的同等強度碰撞事故相比，將使原約束系統(tǒng)匹配方案無法發(fā)揮最佳保護效果，導(dǎo)致車內(nèi)乘員傷害程度增加[1]。

汽車安全的兩個方向即主動安全和被動安全正在不斷融合，隨著主動安全的快速發(fā)展，被動安全中安全帶也在配合主動安全的發(fā)展進行新品及功能的研究，主被動融合也是安全帶企業(yè)未來關(guān)注的內(nèi)容。主動式安全帶技術(shù)結(jié)合主動安全和被動安全的技術(shù)，在碰撞發(fā)生前對佩戴者提前預(yù)緊，預(yù)碰撞時回收安全帶提前將乘員固定在座椅上，并在發(fā)生碰撞后實現(xiàn)傳統(tǒng)安全帶的基本功能。主動式安全帶是目前為主被動融合提供的重要的安全帶技術(shù)之一。2024版CNCAP路線圖中提到增加主動式安全帶的加分項，將大大推進主動式安全帶的發(fā)展。

2 AEB制動作用下假人離位

文獻[2]對提取得到的參數(shù)進行正態(tài)分布統(tǒng)計分析，得出在最大制動減速度的分布圖中，制動平均減速度為7.6 m/s2，并指出制動加速度越大，離位程度越大。通過整理查閱相關(guān)文獻，在一級制動減速條件下，設(shè)置制動減速度為8.0 m/s2，仿真通過設(shè)置加速度滑臺模型實現(xiàn)AEB功能的模擬，AEB時間為300 ms，隨后發(fā)生國標(biāo)GB 14166-2013中T型波波形50km/h碰撞，模型搭建設(shè)置按照國標(biāo)GB 14166-2013滑臺試驗進行模擬。

模型搭建嚴(yán)格參照國標(biāo)GB 14166-2013滑臺試驗參數(shù)設(shè)置，如圖1所示，剛性座椅與標(biāo)準(zhǔn)一致，卷收器、D-ring、帶扣、端片固定點按照標(biāo)準(zhǔn)要求位置布置。

按照國標(biāo)GB 14166-2013標(biāo)準(zhǔn)要求分析圖2所示位置，T點為軀干參考點，用以評估假人胸位前移量，P點為骨盆參考點，用以評估假人骨盆前移量。在仿真模型中測量假人的胸位前移量和骨盆前移量，判定假人運動情況。在仿真模型中測量假人的骨盆前移量和胸部前移量。

查看T軀干參考點和P骨盆參考點位置假人前移量情況，輸出曲線如圖3所示。帶有AEB作用時間300 ms內(nèi)假人離位情況，假人在210 ms骨盆前移量最大，在220 ms胸部前移量最大。在發(fā)生碰撞開始時間即300 ms時刻，假人骨盆前移量為2.089 mm，變化不大，胸部前移量為66.088 mm，變化較大。

圖4所示為無AEB和有AEB兩個工況在碰撞前的狀態(tài)對比，有無AEB的工況對比結(jié)果可以看出碰撞前假人狀態(tài)相差較大。在添加AEB以后，骨盆位移變化小，胸部位移變化大，也就是前傾加重，假人產(chǎn)生離位現(xiàn)象明顯。

圖5所示為有無AEB工況假人發(fā)生碰撞后即模型中300 ms以后胸壓對比，通過仿真動畫可以看到370 ms以后假人胸部撞擊假人腿部，胸壓無論在撞腿前后均增加，且最高的時間點提前。

如圖6所示，通過查看安全帶力值情況，卷收器出口力B1，最大值出現(xiàn)在220 ms，力值為316 N。肩帶力值B3，最大值出現(xiàn)在206 ms，力值為363 N。因此，我們設(shè)計主動式安全帶的目標(biāo)，安全帶最大力值實現(xiàn)時刻大于此數(shù)據(jù)中顯示的力值，或者提前預(yù)緊需要在220 ms以前作用，才能實現(xiàn)主動式安全帶對假人的約束作用［3］。

3 主動式安全帶對于假人離位改善方案

根據(jù)目前主動式安全帶的數(shù)據(jù)收集，選擇主動預(yù)緊啟動時間為0，反應(yīng)時間為40 ms，即在觸發(fā)后40 ms開始預(yù)緊，預(yù)緊作用時間持續(xù)60 ms即在100 ms左右到達肩帶力值最大值350 N。參照傳統(tǒng)預(yù)緊的影響參數(shù)，提出主動預(yù)緊改善方案包括預(yù)緊速度提升、預(yù)緊力值增大、預(yù)緊開始時間提前等方案［4］。設(shè)置6種工況對比：

a.AEB基本工況，簡稱AEB。

b.帶主動式安全帶的AEB工況，AEB啟動后40 ms預(yù)緊開始，簡稱AEB+PP+40 ms。

c.主動預(yù)緊速度提升，將主動預(yù)緊力值上升時間由60 ms提速到20 ms，簡稱AEB+PP+fast。

d.主動預(yù)緊力值增大，將主動預(yù)緊肩帶力值350 N提升到750 N，簡稱AEB+PP+high force。

e.主動預(yù)緊開始時間與AEB啟動同時，預(yù)緊開始時間為0，簡稱AEB+PP+0 ms。

f.AEB啟動前40 ms主動預(yù)緊開始，主動預(yù)緊開始時間為-40 ms，簡稱AEB+PP-40 ms。

以上6種工況，進行仿真模型的搭建，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。運算以上6個工況，查看假人運動趨勢，對比查看假人的胸位前移量和骨盆前移量，列出仿真結(jié)果如表1所示。

通過對比胸位前移量和骨盆前移量發(fā)現(xiàn)，骨盆前移量變化不大，證明假人臀部運動幅度較小，胸位前移量變化較大，所以主要關(guān)注胸位前移量的對比數(shù)據(jù)，來體現(xiàn)假人運動趨勢的差異。

工況1和工況2對比，工況1普通安全帶胸位前移量為66.1 mm，工況2帶有主動式安全帶胸位前移量為54.9 mm。由此看出，在碰撞前的主動預(yù)緊功能對假人起到一定的約束作用。

參照普通預(yù)緊安全帶的設(shè)計思路，主動式安全帶的預(yù)緊表現(xiàn)作用應(yīng)該與傳統(tǒng)的預(yù)緊限力安全帶一致。增加普通預(yù)緊安全帶的預(yù)緊的反應(yīng)速度，會提升對假人的約束。而增大普通預(yù)緊安全帶的火藥量，加大其反應(yīng)力值，也是提升假人約束效果的有效方法［5］。因此參照此思路，將主動式預(yù)緊安全帶的預(yù)緊參數(shù)作出相應(yīng)的調(diào)整，設(shè)計工況3和工況4進行驗證。

工況2和工況3對比，工況2帶有主動式安全帶胸位前移量為54.9 mm，工況3加快主動預(yù)緊反應(yīng)速度的模型假人胸位前移量為41.6 mm。由此可以得出，加快主動預(yù)緊作用時的反應(yīng)速度，可以提高約束效果。

工況2和工況4對比，工況4提高主動預(yù)緊力值假人胸位前移量為6.2 mm。因此得出提高主動預(yù)緊力值可以增加約束效果，改善明顯，通過匹配優(yōu)化，甚至可以達到消除假人離位的效果。

在普通預(yù)緊限力式安全帶中點火時間的設(shè)置，在整個系統(tǒng)匹配中起到關(guān)鍵的作用［6］。預(yù)緊器內(nèi)的火藥燃燒產(chǎn)生高壓氣體作為織帶回卷動力，消除安全帶與乘員之間的間隙。而對于預(yù)緊效果來說，點火時間設(shè)置應(yīng)該是在假人并未開始運動但即將開始運動的時候，預(yù)緊作用效果最好。

同樣的思路，不同的主動式安全帶的預(yù)緊開始時間，對于假人離位的改善也會產(chǎn)生不同作用，因此設(shè)定不同主動預(yù)緊的啟動時間，對比假人離位情況，設(shè)計工況5和工況6進行驗證。

工況2、工況5和工況6對比，可以看出，主動預(yù)緊開啟的時間對約束效果影響很大，本次仿真中AEB啟動和主動預(yù)緊開始時間相同，約束效果最好。由此可以得出，主動預(yù)緊啟動時間設(shè)置也是需要與車輛主動安全的相應(yīng)參數(shù)進行匹配的，主動預(yù)緊開啟的時間對約束效果影響很大，本次仿真中AEB啟動和主動預(yù)緊開始時間相同時，約束效果最好，這與我們傳統(tǒng)煙火預(yù)緊的原理相似［7］。

4 結(jié)語

本文使用仿真方式對主動式安全帶關(guān)于AEB乘員離位情況進行驗證。首先驗證AEB功能會導(dǎo)致乘員離位，后通過增加主動式安全帶功能以及修改相應(yīng)參數(shù)，使用不同工況的仿真分析結(jié)果對比，得出以下結(jié)論：

a.AEB作用以后，胸部位移變化大，乘員存在前傾趨勢，產(chǎn)生明顯的乘員離位現(xiàn)象。

b.主動式安全帶在碰撞前的預(yù)緊功能可以改善乘員離位現(xiàn)象。

c.提高主動預(yù)緊速度和主動預(yù)緊力值，可以增加乘員約束，甚至能消除AEB導(dǎo)致的乘員離位。

d.主動式安全帶在碰撞前，不同預(yù)緊開始時間作用不同。

綜上所述，主動預(yù)緊式安全帶對于乘員約束的作用，與傳統(tǒng)的煙火預(yù)緊原理是一樣的，預(yù)緊越快，力值越高，約束越好。但考慮到實際產(chǎn)品能力以及成本，增加反應(yīng)速度和提高力值目前可實現(xiàn)的可能性較低。對預(yù)緊的時間調(diào)整是最簡單有效的解決方案。開始預(yù)緊時間需要跟乘員開始運動時間進行系統(tǒng)匹配，以達到最優(yōu)的約束效果。

本文通過使用模擬仿真計算，研究主動式安全帶在碰撞前的預(yù)緊作用效果，通過不同工況對比，得出有效的改善建議，為主動式安全帶的開發(fā)匹配提供參考方案。

參考文獻：

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作者簡介：

劉昕耀，男，1987年生，工程師，研究方向為汽車安全帶系統(tǒng)。