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汽車安全帶設計

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2021/5/10
汽車安全性設計
概 述
安全帶作用原理：
           當碰撞事故發(fā)生時，安全帶起作用，鎖止機構開始工作，安全帶被鎖緊，而不能自由地從卷收器中抽出，從而將乘員“束縛”在座椅上，力求使乘員的頭部、胸部不至于向前撞到轉向盤、儀表板及擋風玻璃上，減少乘員發(fā)生二次碰撞的危險，同時避免乘員在車輛發(fā)生滾翻等危險情況下被拋離座椅。 
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V1代表車的速度，V2代表乘員速度，ΔV代表二次碰撞速度
安全帶的應用：
1907年，2點式安全帶獲得專利
1963年，瑞典注冊了布蓮（Nils Bohlin）發(fā)明的“V”字形三點式安全帶。
1967年，布蓮在美國發(fā)表了《28,000宗意外報告》，扭轉了美國對安全帶認識的轉變。
1971年，澳洲的維多利亞省強制佩戴安全帶
1975年，瑞典強制實施
1993年7月，中國對小型客車的駕駛員和前排乘員強制佩戴安全帶
美國現(xiàn)仍有部分州沒有強制實施

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防護效率統(tǒng)計（Evans）：
安全氣囊+安全帶：(56.3±3.2 )%，
只有安全帶：(48.5±5.5)% 
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安全帶對人體不同部位的保護效果

a）
 
b）
 
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1——未系安全帶駕駛員
2——系安全帶駕駛員
3——未系安全帶乘員
4——系安全帶乘員
分類與結構組成
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按照安全帶使用的主動性，可以分為主動型安全帶及被動型安全帶兩類；

按照安全帶的固定安裝方式，大致可分為三類：兩點式安全帶、三點式安全帶和全背式安全帶。 
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a）                  b）                    c）                        d）
 安全帶的種類
a）兩點式腰帶 b）兩點式肩帶 c）三點式 d）全背式

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安全帶的基本結構：
  由織帶、卷收器、帶扣、上導向器、長度調整機構、預緊器和鎖緊裝置等
結構組成
織帶特點：
主要材料是聚酯，寬度一般在48mm左右，厚度一般為1.1～1.2mm；
織帶的經線編織用的紗及單絲數(shù)值為1260d/96f、1260d/108f和1500d/108f 
織帶的緯線編織采用的紗及單絲數(shù)值多為500d/96f、630d/72f和630d/96f。 
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一般織帶伸長率可在5％～23％范圍內變化 
織帶邊緣的形狀為日本、歐洲多采用“3”形狀，而美國產的一些織帶為“]”形狀。 
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織帶性能要求：
      有高的強度，一定的延伸性，良好的能量吸收性。另外，為提高帶織物的耐久性，帶織物應具有良好的耐磨損性、耐氣候性（寒、熱、水、光、腐蝕）及色牢度。此外，帶織物應外觀平整、手感柔軟舒適。

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GB11549—1989基本性能要求

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卷收器功能：
在正常情況下，將織帶放長或收短，以適應使用者身材的大小肥瘦，一旦使用者將安全帶扣好以后，卷收器可以將過長的織帶收回，讓織帶以適當?shù)氖站砹⑹褂谜呃刈。?
當汽車發(fā)生事故時，卷收器可以在瞬間將織帶鎖起來而不讓它伸展，從而可以拉控固定使用者不致前沖； 
調整織帶長度。
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卷收器分類：
無鎖式卷收器 
自鎖式卷收器 
緊急鎖止式卷收器 
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緊急鎖止式卷收器又可分為：
織帶拉出加速度敏感式（又稱織帶敏感式）
汽車加速度敏感式（又稱車體敏感式）
對上述兩者均敏感的復合敏感式 
卷收器鎖止的基本工作原理分兩類：
外緣鎖止式
中心鎖止式機構 
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織帶拉扯加速度敏感式鎖止機構
1－棘輪止動桿  2－棘輪  3－接合齒圈
4－感應彈簧  5－心軸  6－鎖止臂
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圖6-8 車體加速度敏感式鎖止機構
1－止動爪  2－棘輪止動桿  3－棘輪  
4－接合齒圈  5－感應彈簧  6－慣性塊 
 7－心軸  8－鎖止臂  9－同步齒輪  
10－導向臂  11－驅動杠桿  12－重塊
帶扣的特點：
      帶扣是既能把乘員約束在安全帶內，又能快速解脫的連接裝置，其功用是用以接合或脫開安全帶。 
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上導向件：
       功用為使之帶能夠方便的拉出和回收到卷收器中。

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長度調整機構特點：
      長度調整機構是指為了適應乘員的體形調整織帶長度的機構。

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設計原理
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性能試驗
     我國GB14166—1993《汽車安全帶性能要求和試驗方法》強制標準中規(guī)定了汽車安全帶的性能指標，并提出了檢測安全帶性能的試驗方法。

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安全帶模塊環(huán)境試驗：熱、濕、粉塵等
性能試驗：
	靜態(tài)試驗
		 拉伸強力試驗機上測試，（220±20）mm的夾具，預加200N的初始裁荷。  
	動態(tài)試驗
		 在碰撞試驗臺上進行，對三點緊急鎖止式汽車安全帶進行總成性能試驗時，要分別對腰帶加載22300N，對肩帶加載13300N，對腰肩帶并用加載26700N，每次測量滾輪移動量。 
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虛擬實驗：
利用MADYMO,LS-DYNA等軟件模擬安全帶的靜態(tài)實驗和動態(tài)實驗；
關鍵參數(shù)為：安全帶物理特性參數(shù)、卷收器特性、安裝點位置、上導向件特性等。
可分多剛體的彈性體模擬拉帶，也可以利用有限元模擬拉帶。
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MADYMO環(huán)境中的安全帶模型
安全帶模型分析 
安全帶伸長量與拉力關系曲線：

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安全帶的不同等級值:
安全帶模型分析結論
		只有安全帶作用的情況下，安全帶的肩帶和腹帶對乘員損傷有顯著的影響

隨著肩帶剛度的增加，乘員的HIC值變小，頸部彎矩增加。而對其他乘員損傷參數(shù)的影響不明顯

隨著腹帶的增加，乘員的HIC值變大，而頸部彎矩等其他參數(shù)變化不明顯。

高剛度肩帶和低剛度腹帶能有效的降低頭部HIC值。低剛度肩帶和低剛度腹帶能有效的降低頸部損傷
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發(fā)展趨勢
      汽車座椅安全帶的發(fā)展方向是：
			1  更好的初始約束特性；
			2  更好的吸能特性；
			3  舒適性和方便性。 
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安全帶的技術發(fā)展:
	 預拉緊器； 
	 限荷器；
    腰帶部分折疊； 
	 卷收器張力減小裝置； 
	 高度調節(jié)器； 
	 自動緊急鎖止裝置； 
    動佩戴安全帶；
    充氣式安全帶。

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煙火式預張緊力機構
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腰帶部分折疊
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卷收器張力減小裝置
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高度調節(jié)器
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自動佩戴安全帶
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