1 安全帶卡滯問題產生機理

1.1 安全帶預張緊和限力裝置結構介紹

安全帶預張緊裝置的作用是當汽車發(fā)生碰撞的瞬間，在乘員慣性產生前通過迅速回收織帶來消除安全帶和人體之間的間隙，目前市場主流采用塑料蛇形管式，通過塑料管咬合驅動輪葉片推動，后通過塑料管自身特定位置易變形折斷碾碎等設計卸除卷收器回轉阻力，如圖1.1所示。

安全帶限力裝置的作用是在乘員慣性產生后，當安全帶約束力達到一定數(shù)值時得到釋放，緩解對乘員胸部的壓力。目前市場主流采用如圖1.2所示結構。

當碰撞發(fā)生時，安全帶鎖止系統(tǒng)會鎖定轉軸頭部，安全帶約束力不斷上升達到限力芯棒額定值后芯棒開始扭轉，轉軸主體和轉軸頭部產生相對運動釋放位移并將約束力值維持在限力芯棒額定值的水平，從而實現(xiàn)限力功能

。

1.2 卡滯問題產生的工況

安全帶預張緊裝置作用在轉輪上的力和乘員慣性作用在轉軸上的力是轉向相反的兩個力。由于轉軸與轉輪是剛性鏈接，如兩者的作用時間有重疊則會形成相互抗衡的關系。例如在側碰、偏置碰、鉆卡等碰撞工況中傳感器檢測到碰撞信號滯后從而導致預張緊系統(tǒng)啟動較慢

的情況。那么預張緊傳動裝置在預張緊結束后無法與轉輪轉軸實現(xiàn)分離，則進入限力階段之后轉軸需要同時克服限力桿及該阻滯力，從而增加乘員胸部傷害。具體失效情形如圖1.3所示。

“對！因為你走到下一條路，下個路口，只有下個山頭，你才知道它下面的選擇是怎么樣，這里的風景跟前面不一樣。有些機會是你以前想象不到的，但時間沒有變，工作還是沒有變。”緊湊的語速和敏捷的思維背后，我能感受到他的一絲疲憊。

由此引入靜態(tài)點爆實驗方式進行評估，試驗設置如圖3.2所示。

2 解耦結構方案的提出和選型

2.1 解耦概念的提出和潛在失效模式

根據上一章節(jié)的分析，優(yōu)化目標是在出現(xiàn)卡滯問題的工況時，避免預張緊傳動裝置與轉軸的干涉。則需要將轉輪和轉軸間的剛性鏈接結構變成解耦結構，即在合適時間切斷鏈接，使得任何來自預張緊裝置的狀況都無法影響到安全帶進入限力之后的限力表現(xiàn)。如圖2.1所示，預張緊階段約束力傳遞為路徑1，進入限力階段后傳遞為路徑2。解耦結構應在預張緊階段結束后，進入限力階段前起效。

接著來明確解耦結構的潛在失效模式，利用LS-Dyna和Abaqus仿真工具選用兩款歐洲著名主機廠的主流車型，采用US-NCAP和E-NACAP碰撞標準設定解耦過早和解耦失敗的失效情形

，對前后排假人胸部傷害進行評估。仿真結果總結為表2.1。

根據仿真結果進行總結：如解耦起效過早，就會造成預張緊效果達不到理想狀態(tài)即預張緊回拉位移過小和預張緊力值不夠。那么一方面會造成沒法在人體相對移動產生前理想地束縛軀體；另一方面則是由于預張緊力不足損失了前期的約束能量，造成碰撞后期階段人體接觸到氣囊時受到更大的相互作用力

。如解耦起效過晚或失效，那么就是整個優(yōu)化方案失效。異常卡滯的問題繼續(xù)存在，影響胸部性能指標。

"數(shù)據的數(shù)量、速度、種類在改變，計算機技術也在改變，而這正是讓數(shù)以萬計的商業(yè)應用成為可能的技術平臺。"

2.2 解耦結構方案的提出和選型

方案一：扭斷結構如圖2.2所示，轉輪底部做圓周均布柱狀特征，轉軸主體上做相應凹槽特征。裝配時兩者類似孔軸配合，軸向則新增使用星形卡環(huán)或者過盈插銷來實現(xiàn)軸向固定。當轉輪和轉軸主體間相對扭矩達到克服扭斷柱狀特征所需扭矩時，該結構實現(xiàn)解耦。通過調節(jié)柱狀特征，包括材料，扭斷面特征，截面積大小(圓柱直徑,圓柱個數(shù))等參數(shù)實現(xiàn)扭斷所需力矩的可調節(jié)性。

馬國平湊到汪隊長跟前，近乎低聲下氣：“我說老鄉(xiāng)……巾幗英雄別樣紅，英姿颯爽是女兵！”馬國平訕笑著，“老鄉(xiāng)的福地，我還真舍不得走。”

方案三：發(fā)條分離機構

如圖2.4所示，轉軸主體上設計凹槽特征安放發(fā)條，發(fā)條沿著轉輪內部纏繞，通過線束抗變形產生的作用在轉輪內部的張力實現(xiàn)轉輪和轉軸主體的鏈接?？棊д＠龊突鼐韼愚D軸運動時，兩者間形成的慣性矩差異不足以產生克服此張力即無法擰動發(fā)條從而轉輪和轉軸主體可以同步旋轉。而當預張緊裝置啟動后，轉輪和轉軸主體之間產生了足夠慣性矩擰動發(fā)條產生相對運動并使得發(fā)條邊緣線束折彎變形從而實現(xiàn)分離。

方案二：螺旋楔形面分離結構

如圖2.3所示，轉輪內圈和轉軸主體外圈分布做螺旋楔形面特征，裝配時兩者楔形面貼合，軸向則使用壓簧片做限位機構。當轉輪和轉軸主體間產生相對扭矩到足以克服壓簧片軸向力時發(fā)生相對運動，轉輪按楔形面所決定的運動軌跡產生軸向位移，在軸向上和推動機構產生錯位實現(xiàn)分離。通過調整壓簧片結構的設計來達到系統(tǒng)所需的壓潰力值，調節(jié)生產工藝相對簡單和穩(wěn)定的壓簧片來實現(xiàn)可調節(jié)性。

方案四：離合機構如圖2.5所示，轉輪上安裝一個棘爪部件，轉軸主體上設計齒形特征，織帶正常拉出和回卷帶動轉軸運動時，棘爪產生的離心力不足以使其甩出從而轉輪和轉軸主體沒有產生連接。而當預張緊裝置啟動時，傳動件高速推動轉輪產生瞬時加速度，棘爪迅速甩出并與轉軸上的齒形形成嚙合實現(xiàn)預張緊效果，而預張緊結束后瞬時加速度減小，棘爪解鎖使得轉輪和轉軸重新分離。通過調整棘爪的轉動點和重心位置實現(xiàn)可調節(jié)性。

對上述方案結構進行評估，首先從產品的功能性上采用減分評價系統(tǒng)來進行評估。第一步列出解耦結構起效所受到的限制和可能出現(xiàn)的缺陷項：解耦力矩，解耦時間，解耦距離和解耦唯一性。第二步采用成對比較評估方法

對上述項目進行權重分配。分配結果如下表3.2所示。

第三步列出潛在的失分項，如下表3.3所示。潛在失分項目為解耦結構是否可調，解耦結構是否可以不受碰撞時乘員加速度大小的影響，是否可以不受解耦角度的限制，解耦力值是否可調，解耦速度是否可調以及解耦的精確性是否可以得到保證，以及在不同工況下解耦結構設計的精確性可否保證。如若滿足該項，則不計入扣分，如果無法滿足所列項目，則結構方案將按每項的權重乘以該方案的加權因子形成扣分。

最終得到每個結構方案的失分情況如下表3.4所示。并由此選擇方案一作為解耦結構方案，進行相關研究和應用。

3 解耦結構的應用

基礎上述理論分析，第一步需要明確現(xiàn)有預張緊限力式安全帶系統(tǒng)所對應的扭矩1及扭矩2。即評估安全帶系統(tǒng)在沒有受到乘員慣性力矩的作用，全部由點爆預張緊回拉收緊形成的扭矩1。以及有一定乘員慣性作用力形成的預載荷扭矩和預張緊形成扭矩同時作用所形成的將將出現(xiàn)卡滯問題的扭矩2。

舌癌是口腔癌中最常見的惡性腫瘤，80%以上的舌癌病理類型是舌鱗狀細胞癌(Tongue squamous cell carcinoma，TSCC)。TSCC容易局部復發(fā)和發(fā)生淋巴結轉移[1]，預后較差，因此，研究TSCC的發(fā)生及轉移機制對于TSCC的預防和治療具有重要意義。

李庚先生自幼喜愛中國古典文學藝術，對繪畫更加癡迷，秉承其父李可染訓教，鉆研水墨，取得了豐碩成果，在國際上聲譽日隆。清華大學教授、李可染畫院副院長王魯湘贊其“血液中流淌著父親李可染先生對神秘崇高的宇宙精神悠然神往的可貴品質。他對自然神性有一種發(fā)自靈府的會意……山水風云的無言大美，水墨語言的玄化鴻蒙，在他看來都是道通天地的律動，他所做的就是‘從而和之’，讓氣韻發(fā)自筆端。李庚的水墨畫把父親早年的墨戲和晚年的抽象推到了一個風神飄舉的境界，其繪畫作品玄韻淡泊，情思淹濟，風氣韻度似父親而更恣縱邁達”。

將鎖舌固定在一個上下滑塊上，滑動滑塊來調整鎖舌上下位置進而調節(jié)織帶松緊程度，在安全帶卷收器出口處放置一個張力型力值傳感器用來測量織帶上的張緊力即卷收器力F

。

安全帶表現(xiàn)和解耦結構起效扭矩的關系如圖3.1所示。從乘員慣性作用力角度分為三個階段：沒有乘員慣性作用力產生、有慣性作用力產生但不足以激活解耦結構、有足夠激活解耦機構的慣性作用力產生。對應的安全帶內部情形則分為兩種：一種為預張緊裝置傳動件能夠完全脫離或到達尾部區(qū)域；另一種為傳動件無法克服慣性作用力帶來的阻礙到達目標區(qū)域產生卡滯問題。將對應時刻的幾個臨界扭矩定義為扭矩1、扭矩2和扭矩3。

其中情形三：預張緊裝置點爆啟動時已有較大乘員慣性作用力產生，預張緊推動機構無法完全打出在轉動輪回轉時產生阻礙，進入限力階段后強行分離形成不可控的額外阻力，即產生卡滯的問題工況。

而解耦結構的起效扭矩應則滿足一定范圍，即最小扭矩應大于扭矩1，以確保在大多數(shù)工況下不會影響和造成預張緊功能的損失；而最大扭矩則理想情況下應小于扭矩2即一旦預張緊傳動件無法順利打出到尾部區(qū)域則解耦機構一定起效。

作業(yè)攤鋪每日規(guī)模為2 000 t，以堆高5 m為1層，每日作業(yè)面可以控制在400 m2，即40 m長、10 m寬的條狀堆體。上午完成40 m×10 m×2.5 m的作業(yè)，然后繼續(xù)完成兩側作業(yè)，以此類推構建整個污泥作業(yè)堆體，攤鋪效果如圖2所示。

那么織帶正常佩戴狀態(tài)無額外載荷情況下進行預張緊點爆，此時由預張緊回拉形成的卷收器力F

乘以其到轉軸中心的力臂就是扭矩1。而通過鎖舌位置調節(jié)施加模擬乘員慣性作用力的預載荷F

，不斷調節(jié)所施加F

直至探測出開始形成卡滯問題的工況，在此情況下進行預張緊點爆所形成的F

乘以其到轉軸中心的力臂就是所求扭矩2。

如《真想變成大大的荷葉》一文出現(xiàn)了較多形容詞描繪事物特征的短語，“透明的雨滴”“彎彎的新月”“清凌凌的小河”等，引導學生閱讀分辨，感受形容詞的準確運用，能將事物寫得更形象具體，鼓勵學生用不同的形容詞描寫事物特征。像“透明的雨滴”還可說“亮晶晶的雨滴”；“清凌凌的小河”可說成“清澈透明的小河”；“大大的荷葉”可說成“碧綠碧綠的荷葉”。

選用現(xiàn)有預張緊限力式安全帶系統(tǒng)，從100N開始以30N為一個梯度逐步增加到250N。得到F

測量曲線如圖3.3所示。

可以讀取到隨著乘員慣性作用力即預載荷的增加，預張緊過程的持續(xù)時間也會相應增加因為產生了預張緊傳動過程中的相持階段。力值的突然跌落則對應著預張緊傳動裝置仍然完成了所有行程并沒有發(fā)生卡滯，而力值沒有出現(xiàn)跌落則意味著在預張緊結束后織帶仍處于繃緊狀態(tài)，預張緊傳動裝置和轉輪發(fā)生了干涉形成了卡滯。通過這樣的實驗可以較為準確地得出現(xiàn)有預張緊限力式安全帶系統(tǒng)對應的產生卡滯的情形為預載荷達到180N(對應織帶卷容量為實驗設置的750mm)。即解耦機構必須同時滿足0N預載荷不啟動和180N預載荷必須啟動的條件，才能夠解決卡滯問題。

如圖3.4所示，是預張緊傳動過程中的力矩關系。其中F

為實驗測量所得，L

是指受力織帶到轉軸中心的距離，主要由織帶卷容量決定。將W.O.S.(織帶剩余量)750mm(實驗設置值)代入阿基米德螺旋線變形公式(3.1)中得到在該W.O.S. 情況下織帶纏繞在轉軸上的圈數(shù)，乘以織帶厚度T加上轉軸半徑R即可得到力臂L

, 本文研究案例中約為25mm。

(3

1)

根據實驗結果得知0N預載荷對應的F

峰值約為3.2kN;而臨界值預載荷180N對應的F

峰值約為3.7kN。采取簡易計算乘以力臂可以得到所選解耦結構應用的目標范圍：最小扭矩應大于80N·m，最大扭矩應小于92.5 N·m。

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