王杰， 林濤， 謝文風(fēng)， 劉宗華

(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州 511434)

0 引言

安全帶被稱為“生命帶”，是用戶日常駕乘使用中頻繁接觸的被動(dòng)安全件之一。在車輛發(fā)生事故時(shí)，安全帶對(duì)乘員起著十分重要的保護(hù)作用,正確使用汽車安全帶可以大大減少交通事故帶來(lái)的損害。越來(lái)越多城市立法，乘坐交通車輛需系安全帶，消費(fèi)者對(duì)安全帶的作用也越來(lái)越重視。安全帶使用舒適性也逐漸會(huì)被客戶所感知，作為主機(jī)廠，不僅關(guān)注消費(fèi)者佩戴安全帶約束系統(tǒng)安全性能，同步安全帶佩戴和使用舒適性是乘用車安全帶項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中需著重關(guān)注的指標(biāo)，提升消費(fèi)者佩戴安全帶的舒適度和滿意度。

1 安全帶自身結(jié)構(gòu)因素舒適性分析

文中通過(guò)對(duì)多款車型的安全帶舒適性進(jìn)行了對(duì)比，并對(duì)影響安全帶拉出和回卷自身結(jié)構(gòu)因素進(jìn)行系統(tǒng)分析。安全帶產(chǎn)品自身結(jié)構(gòu)因素如圖1所示，其結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖1 安全帶產(chǎn)品自身結(jié)構(gòu)因素

圖2 安全帶結(jié)構(gòu)示意

總結(jié)影響安全帶拉出及回卷自身結(jié)構(gòu)因素,主要由導(dǎo)向環(huán)、織帶、卷簧及鎖舌組成，其中鎖舌作為固定選型件。對(duì)導(dǎo)向環(huán)、織帶、卷簧這3個(gè)可調(diào)參數(shù)進(jìn)行單一因素和多因素組合試驗(yàn)研究。然后基于單一因素和多因素組合分析結(jié)果進(jìn)行實(shí)車搭載評(píng)價(jià)，得到一系列性能梯度方案，通過(guò)消費(fèi)者主觀評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)優(yōu)化乘員佩戴安全帶舒適性使用品質(zhì)。最后總結(jié)安全帶整車舒適性匹配參考建議，以平衡消費(fèi)者對(duì)安全帶拉出與回卷使用舒適性期望。整車環(huán)境參數(shù)：環(huán)境溫度25 ℃及環(huán)境濕度65%RH，前后排安全帶匹配車身點(diǎn)位及織帶長(zhǎng)度為固定不變，前排安全帶為柱安裝，后排為側(cè)圍起支架水平安裝。

2 安全帶自身結(jié)構(gòu)單一因素分析

通過(guò)調(diào)整導(dǎo)向環(huán)、織帶、卷簧3個(gè)可調(diào)參數(shù)，單一變量研究安全帶產(chǎn)品自身結(jié)構(gòu)因素對(duì)安全帶拉出及回卷摩擦力和回卷動(dòng)力的影響。卷簧在安全帶拉出過(guò)程中提供阻力，回卷時(shí)提供動(dòng)力，織帶與導(dǎo)向環(huán)摩擦在安全帶拉出及回卷過(guò)程中，提供摩擦阻力。

2.1 導(dǎo)向環(huán)接觸材料及接觸形式試驗(yàn)研究

利用國(guó)標(biāo)7條紋織帶，在相同卷收器卷簧條件下，與供應(yīng)商A導(dǎo)向環(huán)產(chǎn)品(表1)進(jìn)行適配摩擦試驗(yàn)研究分析。

表1 供應(yīng)商A導(dǎo)向環(huán)產(chǎn)品(7條紋織帶)

不同導(dǎo)向環(huán)的摩擦力試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖可以得出：在導(dǎo)向環(huán)接觸面形狀及形式大致相同的情況下，接觸面材料對(duì)摩擦力的影響程度由小到大為全金屬、金屬嵌件、POM、PA6、PA66。相同POM材料，通過(guò)對(duì)比接觸面形狀和形式，導(dǎo)向環(huán)接觸面越光滑，織帶與導(dǎo)向環(huán)的摩擦力越小。

圖3 不同導(dǎo)向環(huán)的摩擦力試驗(yàn)結(jié)果

2.2 織帶編制方式和涂層影響分析

控制對(duì)配件導(dǎo)向環(huán)不變，試驗(yàn)研究供應(yīng)商A織帶產(chǎn)品的涂層和編制方式不同對(duì)安全帶摩擦力的影響，織帶產(chǎn)品信息見(jiàn)表2。

表2 供應(yīng)商A織帶產(chǎn)品信息

織帶編制方式和涂層的試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖可以得出，安全帶織帶摩擦力受織帶編制方式的影響較大。其主要原因?yàn)椋?/p>

圖4 織帶編制方式和涂層的試驗(yàn)結(jié)果

(1)雙投緯較單投緯編制方式增加單絲緯線，通過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化鎖邊及調(diào)整織帶中央距，使織帶變得柔軟，易于彎曲，從而減小拉出及回卷阻力;

(2)在相同編制方式下，安全帶織帶紋理上差異對(duì)織帶的摩擦力影響較小;

(3)織帶有無(wú)涂層對(duì)安全帶的摩擦力影響較大，耐久后會(huì)影響安全帶織帶表面涂層量。

2.3 卷簧因素分析

安全帶所用卷簧為接觸型平面渦卷彈簧。文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[5]介紹了安全帶卷簧建模方法和建模公式;文獻(xiàn)[5]試驗(yàn)研究和理論計(jì)算了在轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)≥8時(shí)，卷簧輸出力矩與圈數(shù)呈正比關(guān)系，安全帶織帶對(duì)胸部壓縮力與織帶出口的回卷力大小呈正相關(guān)。文中選取供應(yīng)商A推薦的3種規(guī)格產(chǎn)品，以覆蓋不同車型對(duì)安全帶拉出與回卷舒適性要求，卷簧參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 卷簧參數(shù)

圖5為卷簧扭矩與卷簧圈數(shù)的關(guān)系，圖6為整車回卷力測(cè)量結(jié)果。由圖可以得出：在卷簧選型設(shè)計(jì)中，安全帶實(shí)車匹配使用設(shè)計(jì)盡可能運(yùn)用卷簧的工作區(qū)域，以使卷簧的扭矩與卷簧圈數(shù)呈正比關(guān)系，從而使安全帶拉出和回卷的使用平順性;同時(shí)盡可能選用卷簧規(guī)格較低產(chǎn)品，降低安全帶拉出力和胸壓力，提升佩戴舒適性;確保安全帶回卷速度適中，避免鎖舌回卷快速撞擊異響等問(wèn)題發(fā)生。

圖5 卷簧扭矩與卷簧圈數(shù)的關(guān)系

圖6 整車回卷力測(cè)量結(jié)果

綜上分析可知，以供應(yīng)商A產(chǎn)品序列為例，可通過(guò)調(diào)整導(dǎo)向環(huán)接觸面材料、導(dǎo)向環(huán)接觸形式、織帶編制方式、卷簧產(chǎn)品規(guī)格序列等安全帶產(chǎn)品自身結(jié)構(gòu)因素來(lái)實(shí)現(xiàn)安全帶舒適性調(diào)整。

3 安全帶自身結(jié)構(gòu)多因素正交試驗(yàn)研究

安全帶拉出及回卷舒適性是產(chǎn)品自身結(jié)構(gòu)因素綜合的結(jié)果。基于導(dǎo)向環(huán)接觸面材質(zhì)、織帶類型、卷簧規(guī)格3個(gè)可調(diào)參數(shù)為基礎(chǔ)，制定正交試驗(yàn)方案，其中織帶選用無(wú)涂層7條紋(單投緯)和無(wú)涂層無(wú)條紋織帶(雙投緯加單絲緯線)。前后排安全帶正交試驗(yàn)方案見(jiàn)表4和表5。

表4 前排供應(yīng)商A安全帶正交試驗(yàn)方案

表5 后排供應(yīng)商B安全帶正交試驗(yàn)方案

安全帶在消費(fèi)者使用過(guò)程中，考慮初始使用和佩戴使用，在整車點(diǎn)位下，織帶拉出500 mm和1 000 mm進(jìn)行拉出力測(cè)量研究。圖7為前后排正交試驗(yàn)極差分析結(jié)果。由圖可知，前排安全帶拉出舒適性的最優(yōu)解是，后排拉出舒適性最優(yōu)解。

圖7 前后排正交試驗(yàn)極差分析結(jié)果

前排供應(yīng)商A和后排供應(yīng)商B安全帶織帶拉出1 000 mm，利用Spass軟件對(duì)前后排安全帶拉出力進(jìn)行方差分析，方差分析結(jié)果見(jiàn)表6和表7。對(duì)于前排有導(dǎo)向環(huán)的安全帶，方差分析顯著性值，卷簧和織帶顯著性<0.05，說(shuō)明對(duì)于前排安全帶織帶和卷簧兩組因素選用存在明顯差異，在前排安全帶舒適性匹配設(shè)計(jì)中，織帶值更小，所以前排改善舒適性調(diào)整織帶較好。導(dǎo)向環(huán)>005，前排導(dǎo)向環(huán)因素內(nèi)差異較小。對(duì)于后排安全帶無(wú)導(dǎo)向環(huán)布置形式，方差分析值，卷簧值大于織帶值，故后排調(diào)整卷簧規(guī)格要優(yōu)于調(diào)整織帶。原因是取消導(dǎo)向環(huán)，織帶與導(dǎo)向環(huán)摩擦力取消，織帶摩擦力影響相對(duì)減弱。

表6 前排安全帶拉力1 000 mm方差分析結(jié)果

表7 后排安全帶拉出1 000 mm方差分析結(jié)果

4 正交試驗(yàn)梯度方案整車主觀評(píng)價(jià)驗(yàn)證

基于正交試驗(yàn)分析結(jié)果，在整車條件下綜合成本，選出一系列梯度舒適性解決方案以滿足消費(fèi)者需求進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)驗(yàn)證。數(shù)據(jù)樣本：男性34人，女性6人;人群體型覆蓋：5分位至95分位人體。前排安全帶進(jìn)行8種梯度技術(shù)方案搭載，后排安全帶進(jìn)行6種梯度技術(shù)方案搭載。前后排梯度方案整車搭載試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。由圖可知，正交試驗(yàn)極差分析的最優(yōu)解決方案與整車主觀評(píng)價(jià)最優(yōu)解決方案結(jié)論一致。

圖8 前后排梯度方案整車搭載試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

文中基于供應(yīng)商安全帶產(chǎn)品序列，首先探討安全帶自身結(jié)構(gòu)各單一因素對(duì)拉出及回卷的影響?；诋a(chǎn)品自身結(jié)構(gòu)可調(diào)參數(shù)，進(jìn)行多因素正交試驗(yàn)研究?；谡辉囼?yàn)梯度性能方案的采集，綜合車型定位的需求，選擇滿足要求的安全帶舒適性解決方案。對(duì)于前排安全帶帶有導(dǎo)向環(huán)的布置，建議調(diào)整織帶類型來(lái)提升安全帶舒適性品質(zhì);后排安全帶無(wú)導(dǎo)向環(huán)的布置，建議通過(guò)調(diào)整卷簧參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)舒適性品質(zhì)提升。