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汽車安全帶系統(tǒng)的新近進(jìn)展

文檔作者：李婭楠毛秀娟周細(xì)應(yīng) 喬宇文檔來源：上海工程技術(shù)大學(xué)材料工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月27日
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汽車安全帶系統(tǒng)的新近進(jìn)展
李婭楠,毛秀娟,周細(xì)應(yīng),喬宇
(上海工程技術(shù)大學(xué)材料工程學(xué)院,上海201620)
摘要:安全帶系統(tǒng)是保證乘員安全的重要裝置。主要分析安全帶的保護(hù)機(jī)理,對目前安全帶的種類及其性能進(jìn)行了分析對比。
最后對未來安全帶系統(tǒng)的發(fā)展趨勢作了展望。
關(guān)鍵詞:安全帶系統(tǒng);卷收器;限力器;智能化
 The Recent Progress of Car Seat Belt System
 LI Yanan, MAO Xiujuan, ZHOU Xiying, QIAO Yu
 College of Material Engineering, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China)
 Abstract: Seat belt system is an important device for the safety of the occupants. The p
 hanism of seat belt was analyzed.
 The kinds of seat belt and performance were analyzed and compared. Finally the future de
 of seat belt system was prospected.
 Keywords: Seat belt system: Retractor; Force limiter; Intellectualization
0前言
軸,直至使安全帶張緊。卷收器有一個鎖定機(jī)構(gòu),可在汽車發(fā)
在汽車碰撞事故中,安全帶系統(tǒng)是最重要的成員保護(hù)裝生碰撞時停止卷軸的旋轉(zhuǎn)。現(xiàn)有兩種常用的鎖定系統(tǒng):由汽車
置。汽車安全帶是將乘員約束在座椅上的安全裝置,當(dāng)事故運(yùn)動觸發(fā)的系統(tǒng)和由安全帶運(yùn)動觸發(fā)的系統(tǒng),如圖1、2所示
發(fā)生時,限制乘員的位置,避免乘員與車體其他部位發(fā)生碰撞
傷害,同時它的緩沖作用能吸收大量動能,降低事故對駕乘人
員的傷害程度21。目前汽車安全帶主要分為普通安全帶、限力
式安全帶、預(yù)張緊限力式安全帶、預(yù)卷式預(yù)張緊限力式安全
市
帶。隨著汽車安全碰撞性能的不斷提高,安全帶技術(shù)獲得飛
速的發(fā)展。安全帶系統(tǒng)的技術(shù)已日趨于成熟,在滿足安全性能
的同時,人們對安全帶系統(tǒng)的舒適性要求也越來越高。因而主
被動安全系統(tǒng)的結(jié)合,智能化系統(tǒng)的運(yùn)用成為未來安全帶系統(tǒng)
個發(fā)展
載荷
的一
方向。
圖1汽車在迅速減速時鎖定卷軸
1安全帶的作用及保護(hù)機(jī)理
安全帶的主要作用在于事故發(fā)生時,將駕乘人員牢牢地拴
亮合器桿
在座椅上,防止二次碰撞,避免造成人員與車體其他部位的碰
棘輪
撞傷害,同時它的緩沖作用能吸收大量的動能,降低事故對駕
乘人員的傷害程度
棘爪
滑動銷
在典型的安全帶系統(tǒng)中,安全帶與一個卷收器相連,卷收
器中的核心元件是卷軸,它與安全帶的一端相連。在卷收器內(nèi)
部,一個彈簧為卷軸提供旋轉(zhuǎn)作用力(或扭矩)。它會旋轉(zhuǎn)卷
軸,以便卷起任何松弛的安全帶。當(dāng)拉出安全帶時,卷軸將逆
時針旋轉(zhuǎn),并使相連的彈簧也沿相同方向旋轉(zhuǎn)。這樣,旋轉(zhuǎn)的
卷軸就反扭了彈簧。因為彈簧想要恢復(fù)到原狀,因此它會抗拒
這一扭轉(zhuǎn)運(yùn)動。若松開安全帶,彈簧將收緊,并順時針旋轉(zhuǎn)卷
基金項目:上海市教委科技發(fā)展基金(11CXY57);上海市重點(diǎn)學(xué)
圖2系統(tǒng)在猛拉安全帶時鎖定卷軸
科建設(shè)項目(J51402);上海工程技術(shù)研究生創(chuàng)新項目
(2012yjs19);上海市教委大學(xué)生創(chuàng)新實踐計劃項目(es105012)
目前安全帶多配有預(yù)緊器系統(tǒng)來收緊安全帶,在發(fā)生碰撞
收稿日期:2012-09-17
時收緊安全帶的松弛部分。一些較高級的安全帶系統(tǒng)使用負(fù)載
作者簡介:李婭楠(1990),女,本科,主要從事汽車材料研限力器來盡可能減少安全帶造成的傷害。當(dāng)有巨大的作用力施
 E-mail: mxj. hot@163. com
加到安全帶上時,額外釋放更多安全帶。
 2012.10 Automobile Parts
081
研究與開發(fā)
2安全帶種類及其性能
力器模型對乘員的保護(hù)效果。表明,帶有限力器的安全帶可以
安全帶系統(tǒng)一般是由卷收器、織帶及鎖扣等組成。安全帶
減輕乘員胸部載荷。釋放一定量的安全帶織物,使乘員繼續(xù)向
主要靠織帶的拉伸變形吸收能量,減緩二次碰撞的強(qiáng)度。安全前運(yùn)動,維持胸部載荷在限定的水平充分發(fā)揮安全氣囊的保
帶的區(qū)別主要在于卷收器,按卷收器的類型,可分為無鎖式、護(hù)效果,并使頭部的傷害值減小,如圖4所示
自鎖式、緊急鎖止式、預(yù)緊式和限力式等幾種。目前市場上
使用較多的安全帶系統(tǒng)為普通安全帶、限力式安全帶、預(yù)緊限
力式安全帶、預(yù)卷式預(yù)緊限力式安全帶。
一無限力器
有限力器
2.1普通安全帶
普通安全帶是在安全帶鎖止后通過安全帶自身的變形來吸
收人體的碰撞能量,降低胸部加速和胸部壓縮量。由于普通安
全帶對人體胸部的保護(hù)效果有限,目前只在一些低價位乘用車
和商用車當(dāng)中使用。安全帶在預(yù)防致死性損傷的同時,其本
身也可造成一定的損傷。劉寶松等,探討了轎車在碰撞過程
020406080100120
中安全帶的防護(hù)能力和致傷效應(yīng)。研究表明,當(dāng)碰撞車速達(dá)到
時間/ms
44km/h時,安全帶本身即可導(dǎo)致嚴(yán)重的臟器損傷。隨著碰撞
圖4安全帶肩帶受力曲線
車速的提高,安全帶的致傷效應(yīng)會更加突出,應(yīng)配合其他防護(hù)
裝置共同使用,進(jìn)一步提高安全帶的防護(hù)性能。
 Gerhard等發(fā)明了一種二級式限力式安全帶。汽車發(fā)生
碰撞時,限力器的扭桿扭轉(zhuǎn)使安全帶的受力限制在一個較低的
2.2限力式安全帶
水平。乘員的肩部在碰撞后的25ms達(dá)到最大值,持續(xù)3037
限力式安全帶是在普通安全帶卷束器中心安裝一根限力ms后肩部受力達(dá)到一恒定值約4.5-5kn
桿,通過限力桿扭曲變形限制安全織帶的增長,將織帶控制在
某一恒定范圍內(nèi),可以降低胸部加速度和胸部位移量TRW2.3預(yù)緊限力式安全帶
公司推出了多款限力桿:卷收器恒力限力桿(CLL)、卷收器
預(yù)張緊限力式安全帶就是在限力式安全帶上增加預(yù)緊器,
遞減限力桿(DLL)、卷收器遞增限力桿(PLL)、卷收器智能
是通過安全氣囊ECU發(fā)出一個預(yù)緊點(diǎn)火信號,預(yù)緊器內(nèi)的火藥
式(可轉(zhuǎn)換型)限力桿(SLL)、帶扣鎖限力桿、固定片限燃燒產(chǎn)生高壓氣體作為卷曲動力,消除安全帶與人體之間的間
力桿
 Autoliv公司開發(fā)了安全帶限力器,該限力器是由一根扭力
隙,使乘員頭部和胸部的加速度降低。根據(jù)預(yù)緊器所在的位置
桿制成的伸縮軸構(gòu)成,當(dāng)安全帶承受的力超過一定的值后,該
不同可分為:卷收器預(yù)緊器、帶扣預(yù)緊器和帶扣雙預(yù)緊的雙級
預(yù)緊器。研究表明,雙級預(yù)緊器的非約束系統(tǒng)效率最高,能
軸開始扭轉(zhuǎn),達(dá)到一定的扭力后,系統(tǒng)將釋放一定的安全
帶1,該限力器系統(tǒng)與安全氣囊共同作用,氣囊可以吸收乘員對安全帶的肩帶和腰帶同時進(jìn)行預(yù)緊
身上剩余能量。 Autoliv公司試驗證明,使用安全帶限力器可以
唐波對安全帶性能的研究表明,普通安全帶限力器的作
降低一半頭部受傷程度,同時有很高的胸部減速作用,如圖3
用范圍僅為95-110mm,因此當(dāng)限力軸扭曲到一定程度后其
所示。
15-22ms(超過40ms后人體相對車體已經(jīng)運(yùn)動,預(yù)緊器失去
80
了作用),預(yù)緊力控制在1.4kN左右,預(yù)緊力維持持續(xù)時間
一拉力漸減式限力器
12~14ms;限力值控制在4kN,限力器持續(xù)距離為110mm
拉力不變的限力器
60
目前限力值分為3kN、4kN、5kN3個擋,如果超過5kN就
創(chuàng)
失去了限力的作用。
40
預(yù)緊限力式安全帶,由于消除了安全帶與人體之間的間
畫
隙,預(yù)緊器的效果非常好,預(yù)緊器的預(yù)緊力為1.4kN,持續(xù)時
°20
間為20ms。限力器的作用長度較短,僅為80mm,需要作進(jìn)
一步的改進(jìn),將限力器的作用距離提高到100-110mm
20406080100120
時間/ms
2.4預(yù)卷式預(yù)緊限力式安全帶
圖3胸部減速曲線
預(yù)卷式預(yù)緊限力式安全帶是在預(yù)張緊限力式安全帶上增加
了預(yù)卷電機(jī)系統(tǒng),其工作原理是通過雷達(dá)裝置感應(yīng)車輛與前車
張學(xué)榮等,通過正面碰撞模型,對比了不同的安全帶限的間距,如果間距小于某一設(shè)定值,其ECU發(fā)出信號控制電機(jī)
研究與開發(fā)
 Automobile Parts 2012.10
082
運(yùn)動,消除安全帶與人體之間的空隙,并且提醒駕駛員緊急制【2】胡美蓉淺析被動安全系統(tǒng)之車安全帶[J]管理觀察,2010
動或者應(yīng)急處理。該款安全帶系統(tǒng)是未來安全帶系統(tǒng)的發(fā)展趨
(7):213-214
勢,其融合了主動安全和被動安全技術(shù)?？赏ㄟ^預(yù)卷器的定時【3】唐波汽車安全帶的性能研究以及相關(guān)討論[J]汽車與配件,
收放安全帶來提醒駕乘人員,其提醒效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于聲音控制及
果應(yīng)
高全
2011(14):32-35.
其他的提醒裝置 Autoliv公司的自適應(yīng)式安全帶限力器優(yōu)點(diǎn)
【4】袁偉濤,汽車用安全帶裝置分類及工作原理[J]工藝研究,
是控制時間非常短暫,且在撞車時系統(tǒng)仍然能夠依據(jù)事故的嚴(yán)
2003(3):25-26
重程度作出調(diào)整限力器拉緊力的決定”。
5】劉寶松,王正國,楊志煥,等高速碰撞時安全帶的防護(hù)及致傷
效應(yīng)研究[J]中華創(chuàng)傷雜志,2001,17(7):420-422
3汽車安全帶系統(tǒng)的展望
【6】劉學(xué)軍,陳曉東,蘇清祖正面碰撞安全帶約束系統(tǒng)開發(fā)與試驗
汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展促進(jìn)安全性能的提高。其中安全帶系統(tǒng)是
驗證[]汽車工程207,29)11
保證汽車安全的最重要的裝置之一。當(dāng)前汽車安全系統(tǒng)的設(shè)計
 [7] Gerfard Klingauf, Andress Maunz, Olive Glinka. Seat belt foree
既要滿足安全性的要求也要滿足舒適性的要求。有研究表
 limiter:us,6969089bp.200-1-29
明,舒適性的改進(jìn)會提高佩戴率,從而挽救生命。同時汽車【8】魏培敏,同新明新型安全帶提示裝置的研制與開發(fā)汽車
電器,2004(10):8-10
座椅安全帶針對前后排乘員的安全帶設(shè)計也是不同的福特最【9】華偉汽車安全帶舒適性研究[J]設(shè)計研究21()33-35.
近推出一款氣囊式安全帶,它的氣囊能在碰撞發(fā)生的40ms【0】 MeCarthy An Analysis of the Safety Related Impact ofCom-
內(nèi)在乘客的軀干和肩膀處展開。其舒適性等同于傳統(tǒng)的安全
 fort Feature"Introduction in GM Vehicles[]. SAE Papers, 1989-
帶,從而提高了后排安全帶的使用率。汽車安全系統(tǒng)輔以“智
12-0021
能”的調(diào)節(jié)系統(tǒng)為汽車的整車安全性的提高提供了潛能。汽車【】王蒙,福特最新氣囊式汽車安全帶[J]汽車維修,2010(3):4-
安全系統(tǒng)的智能化,主被動安全技術(shù)的結(jié)合是未來發(fā)展的一個
5
趨勢。通過碰撞傳感技術(shù),根據(jù)不同成員的體型及坐姿自動調(diào)【12】 Aloke Prased, Allison Louden, Ron Pack Evalu
節(jié)座椅的位置-1,這項技術(shù)目前還處在起步階段。安全帶
 tal air Bag Performance[ C]. 19" Enhance Safety of Vehicles: P
系統(tǒng)的各項參數(shù)的相互匹配以及提高安全帶佩戴舒適的要求是
 pe
 r Number 05-0395
安全帶研發(fā)與制備工作者需要探討的內(nèi)容。
【3】 Aloke Prasad, Matthew Maltese,li
 Advanced Air Bags in Frontal Stat
參考文獻(xiàn):
 18"Enhanced Safety of Vehicle
 [1] Wood D P. Simms C K. Wash D. Vehicle-Pedestrian Collision: [14] Tokoro S, Kuroda K. Pre-erash S
 Validated Models for Pedestrian It
 Projection[jPro-
 The 18Enhanced Safety of Vehicles: Paper Number 03-0545
an: Joumal of Au-【15】張學(xué)榮,劉學(xué)軍蘇清祖正面碰撞不同身材乘員保護(hù)約束系
 tomobile Engineer, 2005.219: 183-195
統(tǒng)的設(shè)計]汽車工程,2007,8(29):669-672.
(上接第80頁)
動機(jī)萬有特性曲線與設(shè)計目標(biāo)得到基本的動力性和經(jīng)濟(jì)性升擋
修改后的鎖止和解鎖規(guī)律與HPT初版升擋MAP對比如圖規(guī)
律,結(jié)合理論分析和實際經(jīng)驗修改,得到了包括變矩器鎖止
10所示,黑色線條為HPT的升擋MAP。二者比較接近,可在
和解鎖規(guī)律在內(nèi)的常規(guī)模式下?lián)Q擋規(guī)律。該換擋規(guī)律與HPT給
此基礎(chǔ)上修改MAP,后續(xù)標(biāo)定工作只需根據(jù)經(jīng)驗和實際駕駛感出的常規(guī)模式下MAP很接近后續(xù)工作只需在此基礎(chǔ)上依據(jù)
覺繼續(xù)微調(diào)即可。
駕駛感覺,繼續(xù)完善即可。非常規(guī)模式下的換擋規(guī)律,基本升
擋規(guī)律計算方法與常規(guī)模式相同,部分參數(shù)(如坡度、滾動阻
100.0
HPT5擋解鎖
一5擋解鎖
力等)需要相應(yīng)變動,結(jié)合理論分析和實際經(jīng)驗修改,可得到
HPT5擋鎖
非常規(guī)模式的升擋規(guī)律,并據(jù)此得到非常規(guī)模式的換擋規(guī)律。
文中的換擋規(guī)律研究不僅給出了某AT轎車換擋MAP制定
HPT4擋解鎖
的過程,也可用來指導(dǎo)其他自動變速車輛(如AMT,DCT等)
50.0
HPT4擋鎖
的換擋MAP標(biāo)定工作(具體計算時需要對傳動系效率等參數(shù)
40
30.0
3
進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整),具有一定的通用價值和借鑒意義。
HPT3擋鎖
10.0
3擋鎖
HPT3解鎖
參考文獻(xiàn):
0.000.0200.300.0003解鎖
【】葛安林車輛自動變速理論與設(shè)計[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版
車速v(kmh
社,1993.
圖10鎖止和解鎖規(guī)律與HPT的降擋MAP對比
【2】中國汽車技術(shù)研究中心標(biāo)準(zhǔn)化研究所,中國質(zhì)檢出版社第三編
輯室,汽車標(biāo)準(zhǔn)匯編2010[M],北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.
5結(jié)論
【3】曉明,利用T- -DRIVE進(jìn)行整車動力性經(jīng)濟(jì)性仿真分析
文中在動力學(xué)分析的基礎(chǔ)上建立整車的數(shù)學(xué)模型,根據(jù)發(fā)
[C]CDAJ公司2008中國區(qū)用戶年會論文集,2008
 2012.10 Automobile Parts
083
研究與開發(fā)

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