張世凱

長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心 河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心 河北 保定 071000

前言

為解決嚴(yán)重的交通事故問(wèn)題，以推進(jìn)車(chē)輛安全性能技術(shù)提升為前提，許多國(guó)家，如美國(guó)、日本、歐盟以及中國(guó)，都制定了嚴(yán)格的安全法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，以及NCAP新車(chē)評(píng)價(jià)體系。目前，車(chē)輛的安全性研究主要有主動(dòng)安全和被動(dòng)安全兩方面。主動(dòng)安全研究的方向?yàn)橥ㄟ^(guò)提醒以及智能等手段，防止事故的發(fā)生；被動(dòng)安全性是指當(dāng)車(chē)輛不可避免的發(fā)生碰撞后，通過(guò)一定的控制邏輯使安全氣囊、安全帶等約束系統(tǒng)對(duì)車(chē)內(nèi)乘員進(jìn)行保護(hù)，將傷害降至最低。

安全帶作為約束系統(tǒng)的基本保障設(shè)備，其作用在于，當(dāng)汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，能夠瞬間鎖止，以達(dá)到約束車(chē)內(nèi)乘員快速向前運(yùn)動(dòng)，避免與車(chē)內(nèi)飾件發(fā)生劇烈的二次碰撞，并配合安全氣囊給乘員良好的保護(hù)作用。

1 安全帶約束系統(tǒng)功能對(duì)比

安全帶一般由卷收器、織帶和鎖扣等組成。按照卷收器功能的不同，安全帶可劃分出緊急鎖止式和預(yù)緊加限力式。兩種安全帶均被廣泛應(yīng)用于車(chē)輛上，其構(gòu)造及核心功能如下：

圖1 預(yù)緊裝置的效果圖

1.1 緊急鎖止式安全帶

卷收器中裝有慣性敏感元件、回位彈簧、棘輪棘爪機(jī)構(gòu)等鎖止機(jī)構(gòu)，安全帶織帶纏繞在中心卷軸上。當(dāng)車(chē)輛處于正常行駛狀態(tài)時(shí)，卷收器借助回位卷簧的作用，使織帶被抽出后保持一定的回收力，這樣即可以實(shí)現(xiàn)織帶隨佩戴者身體的移動(dòng)而自由伸縮，又不會(huì)使織帶松弛。當(dāng)車(chē)輛發(fā)生碰撞或緊急制動(dòng)，致使車(chē)速急劇降低時(shí)，卷收器內(nèi)的敏感元件將驅(qū)動(dòng)鎖止機(jī)構(gòu)鎖住卷軸，使之固定在某一位置，從而約束并限制車(chē)內(nèi)乘員慣性向前移動(dòng)。

1.2 預(yù)緊加限力式安全帶

具備緊急鎖止式安全帶的所有功能，且具有預(yù)緊裝置和限力裝置。當(dāng)車(chē)輛正面碰撞不可避免發(fā)生后，安全帶卷收器接收到控制單元指令，預(yù)緊裝置迅速收緊安全帶，將乘員提前固定在座椅上，以提高對(duì)乘員身體的束縛效果（見(jiàn)圖1）；限力裝置可以將作用于安全帶的力限制在一定程度內(nèi)，以緩解給乘員胸部、肩部等帶來(lái)較大的沖擊（見(jiàn)圖2）。在安全帶預(yù)緊裝置和安全帶拉力限制器的共同作用下，安全帶的保護(hù)能力幾乎達(dá)到了理想狀態(tài) 。

圖2 限力裝置的效果圖

2 安全帶對(duì)乘員保護(hù)的分析

為研究分析不同配置的安全帶約束系統(tǒng)對(duì)乘員保護(hù)的差異，開(kāi)展了以同款車(chē)輛分別匹配緊急鎖止式和預(yù)緊加限力式兩種類(lèi)型的安全帶，并以相同的碰撞試驗(yàn)型式進(jìn)行實(shí)車(chē)碰撞試驗(yàn)并采集數(shù)據(jù)。根據(jù)安全帶的佩戴特征，選定肩帶力、假人的頭部傷害指數(shù)HIC36、胸部加速度和壓縮量等方面進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 數(shù)據(jù)對(duì)比

表1 各評(píng)價(jià)項(xiàng)目數(shù)據(jù)對(duì)比表

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)

通過(guò)對(duì)安全帶肩帶力及直接其影響的頭部傷害指數(shù)、胸部壓縮量等數(shù)據(jù)對(duì)比，可得出以下結(jié)論：

（1）預(yù)緊加限力式安全帶在預(yù)緊和限力功能的作用下，使安全帶作用時(shí)間提前，且將限力值基本穩(wěn)定在5kN～6kN的范圍內(nèi)。經(jīng)核算，作用于乘員胸部的力相對(duì)降低30%以上，利于乘員傷害的改善。

（2）安裝預(yù)緊加限力式安全帶的試驗(yàn)車(chē)輛，頭部加速度相對(duì)較低，而且頭部傷害指標(biāo)HIC36值明顯降低，更利于對(duì)假人頭部的保護(hù)。

（3）安裝預(yù)緊加限力式安全帶的試驗(yàn)車(chē)輛，駕駛員和乘員的胸部壓縮量分別降低7.65mm和18.81mm，對(duì)胸部的保護(hù)效果明顯。由于安全帶限力裝置的作用，安全帶的肩帶力達(dá)到一定值后，限力桿開(kāi)始起作用，會(huì)適當(dāng)?shù)姆潘砂踩珟?，使肩帶力維持在一個(gè)固定范圍內(nèi)，為胸部帶來(lái)很好的緩沖作用。

綜上所述，安裝預(yù)緊加限力式安全帶的試驗(yàn)車(chē)輛，安全帶肩帶力降低明顯，對(duì)乘員的頭部、胸部等部位的保護(hù)效果明顯優(yōu)于安裝緊急鎖止式安全帶的試驗(yàn)車(chē)輛。同時(shí)，車(chē)輛在安全性和評(píng)價(jià)等級(jí)方面也相應(yīng)的有所提高。

3 結(jié)語(yǔ)

本文驗(yàn)證了車(chē)輛安全帶由普通緊急鎖止式提升為預(yù)緊加限力式后，可有效降低乘員頭部、胸部等部位的傷害，說(shuō)明通過(guò)單項(xiàng)的約束系統(tǒng)優(yōu)化可以在一定程度上提高車(chē)輛安全性和評(píng)價(jià)等級(jí)。同時(shí)，就車(chē)輛系統(tǒng)安全性開(kāi)發(fā)方面，還應(yīng)綜合考慮安全的車(chē)身架構(gòu)、約束系統(tǒng)的合理匹配（如安全帶、安全氣囊、座椅、轉(zhuǎn)向管柱等），同時(shí)加持主要預(yù)防性的主動(dòng)安全技術(shù)。

最后，呼吁人們?yōu)榱税踩?qǐng)自覺(jué)佩帶安全帶。