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            汽車安全帶系統的新近進展

            文檔作者: 李婭楠 毛秀娟 周細應 喬宇        文檔來源: 上海工程技術大學材料工程學院
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            更新時間: 2021年05月27日
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            汽車安全帶系統的新近進展 李婭楠,毛秀娟,周細應,喬宇 (上海工程技術大學材料工程學院,上海201620) 摘要:安全帶系統是保證乘員安全的重要裝置。主要分析安全帶的保護機理,對目前安全帶的種類及其性能進行了分析對比。 最后對未來安全帶系統的發展趨勢作了展望。 關鍵詞:安全帶系統;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構,可在汽車發 在汽車碰撞事故中,安全帶系統是最重要的成員保護裝生碰撞時停止卷軸的旋轉?,F有兩種常用的鎖定系統:由汽車 置。汽車安全帶是將乘員約束在座椅上的安全裝置,當事故運動觸發的系統和由安全帶運動觸發的系統,如圖1、2所示 發生時,限制乘員的位置,避免乘員與車體其他部位發生碰撞 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、預張緊限力式安全帶、預卷式預張緊限力式安全 市 帶。隨著汽車安全碰撞性能的不斷提高,安全帶技術獲得飛 速的發展。安全帶系統的技術已日趨于成熟,在滿足安全性能 的同時,人們對安全帶系統的舒適性要求也越來越高。因而主 被動安全系統的結合,智能化系統的運用成為未來安全帶系統 個發展 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機理 安全帶的主要作用在于事故發生時,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 部,一個彈簧為卷軸提供旋轉作用力(或扭矩)。它會旋轉卷 軸,以便卷起任何松弛的安全帶。當拉出安全帶時,卷軸將逆 時針旋轉,并使相連的彈簧也沿相同方向旋轉。這樣,旋轉的 卷軸就反扭了彈簧。因為彈簧想要恢復到原狀,因此它會抗拒 這一扭轉運動。若松開安全帶,彈簧將收緊,并順時針旋轉卷 基金項目:上海市教委科技發展基金(11CXY57);上海市重點學 圖2系統在猛拉安全帶時鎖定卷軸 科建設項目(J51402);上海工程技術研究生創新項目 (2012yjs19);上海市教委大學生創新實踐計劃項目(es105012) 目前安全帶多配有預緊器系統來收緊安全帶,在發生碰撞 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使用負載 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 2安全帶種類及其性能 力器模型對乘員的保護效果。表明,帶有限力器的安全帶可以 安全帶系統一般是由卷收器、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,使乘員繼續向 主要靠織帶的拉伸變形吸收能量,減緩二次碰撞的強度。安全前運動,維持胸部載荷在限定的水平充分發揮安全氣囊的保 帶的區別主要在于卷收器,按卷收器的類型,可分為無鎖式、護效果,并使頭部的傷害值減小,如圖4所示 自鎖式、緊急鎖止式、預緊式和限力式等幾種。目前市場上 使用較多的安全帶系統為普通安全帶、限力式安全帶、預緊限 力式安全帶、預卷式預緊限力式安全帶。 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效果有限,目前只在一些低價位乘用車 和商用車當中使用。安全帶在預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 中安全帶的防護能力和致傷效應。研究表明,當碰撞車速達到 時間/ms 44km/h時,安全帶本身即可導致嚴重的臟器損傷。隨著碰撞 圖4安全帶肩帶受力曲線 車速的提高,安全帶的致傷效應會更加突出,應配合其他防護 裝置共同使用,進一步提高安全帶的防護性能。 Gerhard等發明了一種二級式限力式安全帶。汽車發生 碰撞時,限力器的扭桿扭轉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達到最大值,持續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,可以降低胸部加速度和胸部位移量TRW2.3預緊限力式安全帶 公司推出了多款限力桿:卷收器恒力限力桿(CLL)、卷收器 預張緊限力式安全帶就是在限力式安全帶上增加預緊器, 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發出一個預緊點火信號,預緊器內的火藥 式(可轉換型)限力桿(SLL)、帶扣鎖限力桿、固定片限燃燒產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。根據預緊器所在的位置 桿制成的伸縮軸構成,當安全帶承受的力超過一定的值后,該 不同可分為:卷收器預緊器、帶扣預緊器和帶扣雙預緊的雙級 預緊器。研究表明,雙級預緊器的非約束系統效率最高,能 軸開始扭轉,達到一定的扭力后,系統將釋放一定的安全 帶1,該限力器系統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行預緊 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運動,預緊器失去 80 了作用),預緊力控制在1.4kN左右,預緊力維持持續時間 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 失去了限力的作用。 40 預緊限力式安全帶,由于消除了安全帶與人體之間的間 畫 隙,預緊器的效果非常好,預緊器的預緊力為1.4kN,持續時 °20 間為20ms。限力器的作用長度較短,僅為80mm,需要作進 一步的改進,將限力器的作用距離提高到100-110mm 20406080100120 時間/ms 2.4預卷式預緊限力式安全帶 圖3胸部減速曲線 預卷式預緊限力式安全帶是在預張緊限力式安全帶上增加 了預卷電機系統,其工作原理是通過雷達裝置感應車輛與前車 張學榮等,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定值,其ECU發出信號控制電機 研究與開發 Automobile Parts 2012.10 082 運動,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之車安全帶[J]管理觀察,2010 動或者應急處理。該款安全帶系統是未來安全帶系統的發展趨 (7):213-214 勢,其融合了主動安全和被動安全技術??赏ㄟ^預卷器的定時【3】唐波汽車安全帶的性能研究以及相關討論[J]汽車與配件, 收放安全帶來提醒駕乘人員,其提醒效果遠遠高于聲音控制及 果應 高全 2011(14):32-35. 其他的提醒裝置 Autoliv公司的自適應式安全帶限力器優點 【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,且在撞車時系統仍然能夠依據事故的嚴 2003(3):25-26 重程度作出調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及致傷 效應研究[J]中華創傷雜志,2001,17(7):420-422 3汽車安全帶系統的展望 【6】劉學軍,陳曉東,蘇清祖正面碰撞安全帶約束系統開發與試驗 汽車產業的發展促進安全性能的提高。其中安全帶系統是 驗證[]汽車工程207,29)11 保證汽車安全的最重要的裝置之一。當前汽車安全系統的設計 [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計也是不同的福特最【9】華偉汽車安全帶舒適性研究[J]設計研究21()33-35. 近推出一款氣囊式安全帶,它的氣囊能在碰撞發生的40ms【0】 MeCarthy An Analysis of the Safety Related Impact ofCom- 內在乘客的軀干和肩膀處展開。其舒適性等同于傳統的安全 fort Feature"Introduction in GM Vehicles[]. SAE Papers, 1989- 帶,從而提高了后排安全帶的使用率。汽車安全系統輔以“智 12-0021 能”的調節系統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- 安全系統的智能化,主被動安全技術的結合是未來發展的一個 5 趨勢。通過碰撞傳感技術,根據不同成員的體型及坐姿自動調【12】 Aloke Prased, Allison Louden, Ron Pack Evalu 節座椅的位置-1,這項技術目前還處在起步階段。安全帶 tal air Bag Performance[ C]. 19" Enhance Safety of Vehicles: P 系統的各項參數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 安全帶研發與制備工作者需要探討的內容。 【3】 Aloke Prasad, Matthew Maltese,li Advanced Air Bags in Frontal Stat 參考文獻: 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】張學榮,劉學軍蘇清祖正面碰撞不同身材乘員保護約束系 tomobile Engineer, 2005.219: 183-195 統的設計]汽車工程,2007,8(29):669-672. (上接第80頁) 動機萬有特性曲線與設計目標得到基本的動力性和經濟性升擋 修改后的鎖止和解鎖規律與HPT初版升擋MAP對比如圖規 律,結合理論分析和實際經驗修改,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 和解鎖規律在內的常規模式下換擋規律。該換擋規律與HPT給 此基礎上修改MAP,后續標定工作只需根據經驗和實際駕駛感出的常規模式下MAP很接近后續工作只需在此基礎上依據 覺繼續微調即可。 駕駛感覺,繼續完善即可。非常規模式下的換擋規律,基本升 擋規律計算方法與常規模式相同,部分參數(如坡度、滾動阻 100.0 HPT5擋解鎖 一5擋解鎖 力等)需要相應變動,結合理論分析和實際經驗修改,可得到 HPT5擋鎖 非常規模式的升擋規律,并據此得到非常規模式的換擋規律。 文中的換擋規律研究不僅給出了某AT轎車換擋MAP制定 HPT4擋解鎖 的過程,也可用來指導其他自動變速車輛(如AMT,DCT等) 50.0 HPT4擋鎖 的換擋MAP標定工作(具體計算時需要對傳動系效率等參數 40 30.0 3 進行相應調整),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: 0.000.0200.300.0003解鎖 【】葛安林車輛自動變速理論與設計[M].北京:機械工業出版 車速v(kmh 社,1993. 圖10鎖止和解鎖規律與HPT的降擋MAP對比 【2】中國汽車技術研究中心標準化研究所,中國質檢出版社第三編 輯室,汽車標準匯編2010[M],北京:中國標準出版社,2011. 5結論 【3】曉明,利用T- -DRIVE進行整車動力性經濟性仿真分析 文中在動力學分析的基礎上建立整車的數學模型,根據發 [C]CDAJ公司2008中國區用戶年會論文集,2008 2012.10 Automobile Parts 083 研究與開發
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