趙二峰 曾燕娜 楊鋒 李平 韋曉晶

摘要：汽車安全帶織帶在磨損狀態(tài)下，經碰撞或其它受力可能會導致安全帶功能失效。本文通過對織帶進行破壞性試驗，研究其磨損導致安全帶總成使用功能失效的臨界條件。以GB14166-2013、GB14167-2013法規(guī)中要求的織帶靜態(tài)強度試驗、安全帶固定點試驗標準為準則，對人為割裂破壞的織帶樣件和安全帶零件進行試驗研究。試驗結果顯示當割裂發(fā)生在織帶的非邊緣區(qū)域且橫向割裂小于7mm時，織帶承載力仍能滿足法規(guī)試驗的載荷要求，不會發(fā)生斷裂失效。割裂寬度大于7mm或邊緣割裂時，撕裂會持續(xù)惡化而無法通過法規(guī)要求的載荷試驗。

關鍵詞：汽車安全帶；織帶；損傷；橫向撕裂

中圖分類號：TB文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.22.099

1引言

在汽車被動安全系統(tǒng)中，安全帶對乘員的保護是最基礎的一個環(huán)節(jié)，所有的氣囊、氣簾、預緊器等都是在安全帶發(fā)揮正常保護作用維持乘員坐姿和緩沖的基礎上進行標定的，安全帶失去功能時，其它被動約束系統(tǒng)的保護作用將變的極其有限，甚至會因為近距離的氣囊起爆導致更嚴重的傷害。

通過對碰撞實例和安全帶固定點試驗失效案例的分析，發(fā)現(xiàn)織帶橫向撕裂導致的安全帶織帶拉斷在汽車安全帶的失效模式中占比較高，但目前并無織帶損傷程度導致安全帶功能失效的臨界參考值。

本文以織帶靜態(tài)拉力試驗和安全帶固定點試驗的形式對安全帶織帶強度進行驗證，驗證對象為已進行人為破壞的安全帶織帶。通過試驗，驗證不同割裂程度下，安全帶是否還能承滿足國標法規(guī)的載荷要求。并測試處不滿足法規(guī)載荷要求的割裂寬度臨界條件。

試驗主要參考標準： GB14167-2013織帶靜態(tài)試驗（按照15倍國標要求驗證：147kN）；GB14167安全帶固定點拉力試驗（135kN）。

2故障模式分析及臨界條件確定

汽車安全帶織帶走向往往與座椅外側護板、內飾板、座椅骨架車內堅硬部件等干涉存在運動，在使用拉出和回收的過程中，存在被割裂或磨損的安全隱患，織帶易受損傷。

由于織物特有的性能，安全帶織帶拉伸強度存在較大的各向異性，在經線方向（織帶長度方向）的拉伸強度可達25kN～28kN，在緯線方向（織帶寬度方向）強度較低，且易發(fā)生應力集中產生撕裂。

在正常的碰撞試驗中（64km/h正面碰撞），配置了限力軸的安全帶織帶受力一般在8kN以內，正常的普通安全帶織帶受力一般不會超過10kN，在GB14167-2013中，固定點試驗要求的受力極限為135kN，相較于汽車用安全帶織帶的拉伸強度25KN～28KN，有較大余量，一般不會發(fā)生織帶拉斷的狀況。

然而，在碰撞實例和固定點試驗中，當織帶的損傷達到臨界條件時，織帶拉斷導致的安全帶失效卻頻繁出現(xiàn)。通過人為割裂織帶模擬織帶損傷，通過對不同程度損傷的織帶進行靜態(tài)強度測試和固定點試驗驗證，試驗推測出織帶斷裂導致安全帶功能失效的臨界條件。

3試驗方案設定

3.1試驗1測試方法

按照GB14166-2013織帶的斷裂強度試驗（靜態(tài)試驗）的要求進行試驗，具體步驟如下：

（1）織帶預處理（光照處理、低溫處理、高溫處理、浸水處理、磨損處理）；

（2）使用美工刀在織帶上沿寬度方向裁切出6種不同長度的缺口；

（3）織帶兩端夾持在拉力試驗機夾具之間，加載速度大約為100mm/min，試驗開始時，自由長度應為200mm±40mm；

（4）當載荷達到98kN時，應在不停機的情況下測量織帶寬度。（滿足國標要求）

（5）繼續(xù)增加載荷值，直至織帶拉斷，記錄斷裂載荷值F（F參考值取15倍設計余量，將F>147kN的狀態(tài)進行如下第二階段試驗）。

3.2試驗2驗證方法

將試驗1中通過靜態(tài)強度測試（F>147kN拉斷）的樣品割裂寬度重現(xiàn)在安全帶總成零件上，在下固定點端織帶進行對應寬度的割裂，進行GB 14167-2013標準的固定點試驗驗證。

試驗以某SUV第二排左側安全帶固定點的坐標為基礎，制作工裝，按照GB14167-2013安全帶固定點試驗條件進行135kN載荷的固定點拉力試驗。

3.3試驗判定依據(jù)

試驗1中織帶拉斷力值F>147kN，再對安全帶總成進行試驗2的固定點試驗驗證，通過兩項試驗，判定樣品滿足使用功能。

未通過試驗，判定不滿足使用功能。

4試驗過程

4.1試驗1：織帶靜態(tài)強度測試

取樣方法：以某SUV后排安全帶的7條紋織帶為原料，經過預處理后，進行6種不同程度的認為破壞：

從外側第二條紋和第三條紋的交界處開始，第一批樣件破壞半個條紋寬度，第二批樣件破壞一個條紋寬度，逐級增加半條紋寬度的破壞，直至破壞3個條紋寬度，形成6批次樣件（見下示意圖），每批次取樣3件，合計18件試驗樣件。如圖1所示，對試驗樣件登記，編號為1-1、1-2、1-3、2-1、…、6-3，依據(jù)按照21試驗方法進行強度測試。對每個樣件試驗輸出時間-力曲線，對每個樣件試驗進行視頻錄像記錄，鏡頭正面對準破損位置，可全程全面觀察破壞過程。

按照31中試驗方法將試驗樣件夾持在如圖2所示的萬能拉力機上，進行織帶強度測試，實測值如表1所示。

4.2試驗2：安全帶固定點試驗

對3.1的試驗數(shù)據(jù)進行分析如圖3所示，判定第1組和第2組的樣品的承載力大于147kN的要求，通過實驗1，可以進行實驗2的驗證。

因第2組割裂程度大于第1組，因此選取第二組的狀態(tài)（割裂7mm）對安全帶總成零件進行人為破壞，在下固定點端織帶割裂出和第二組樣件一致的7mm的缺口。按照22中固定點試驗的方法對人為破壞后的安全帶進行固定點試驗，驗證結果如圖4：

按照GB 14167-2013的標準，該安全帶樣品滿足固定點試驗的要求。

5結果

試驗1和試驗2的結果顯示，第1組和第2組樣品滿足法規(guī)要求的織帶強度及安全帶性能要求；第3組到第6組樣品不滿足法規(guī)要求。即：當割裂缺口小于7mm時，可以通過實驗1和試驗2；當缺口長度大于7mm時，試驗失敗。

6結論

（1）安全帶織帶在磨損或割裂嚴重的情況下，橫向撕裂最終會導致安全帶失效。

（2）拉力試驗結果與理論推斷一致，并得出如下實際參考結論：

a）當織帶破損發(fā)生在邊緣區(qū)域時，拉力試驗中破損口會引起較大的應力集中，直接導致織帶橫向撕裂斷開失效。

b）當織帶破損發(fā)生在非邊緣區(qū)域，破損長度在7mm（包含7mm）以內時，可通過15倍的靜態(tài)強度試驗、安全帶固定點試驗，滿足法規(guī)試驗要求的載荷。

c）當織帶破損發(fā)生在非邊緣區(qū)域時，破損長度在7mm以上時，無法通過15倍的靜態(tài)強度試驗，會導致安全帶總成因撕裂而失去保護功能。

參考文獻

[1]王躍貞. 汽車安全帶織帶被割斷解決方案的研究[A]. 中國汽車會議網、上海雷尼會展服務有限公司.2011汽車車身內外飾產品及新材料應用國際研討會暨展覽會論文集[C].中國汽車會議網、上海雷尼會展服務有限公司， 2011：4.

[2]GB 14166-2013. 機動車乘員用安全帶、約束系統(tǒng)、兒童約束系統(tǒng)ISOFIX兒童約束系統(tǒng)[S]. 2013.

[3]GB 14167-2013. 汽車安全帶安裝固定點[S]. 2013.