汽車安全帶舒適性研究

摘要：結合大量國外文獻、各國法規以及作者的工作經驗，總結了安全帶舒適性的研究內容，并針對乘客安全帶佩戴前、佩戴時和佩戴后的具體內容，分別研究和討論了安全帶的佩戴位置、卷收器噪音、安全帶拉出和回收力等相關舒適性設計要求。

關鍵詞：安全帶；舒適性；佩戴；卷收器；鎖扣

中圖分類號：491.6+1 文獻標志碼：A 文章編號：1005-2550（2011）04-0033-05

Comfort of Automotive Seatbelt

HUA Wei

（Pan Asia Technical Automotive Center，Shanghai 201201，China）

Abstract： This paper has summarized comfort design requirement based on engineering experience and international papers and regulation. Seatbelt routing，retractor noise，retraction and extraction effort. was discussed in the paper.

Key words：seatbelt；comfort；fastening；retractor；buckle

在2004年5月，國家道路交通安全法規已經強制要求駕駛員和前排乘客必須佩戴安全帶，這就以法規的形式強調了佩戴安全帶的重要性。隨著安全帶技術的發展和相關國家法規的不斷完善，安全帶在安全性方面已經比較成熟，能夠在碰撞中對乘員提供可靠的保護。

隨著汽車安全知識的普及，使用安全帶的重要性已經為人們熟知，但是實際使用的比例不高。2009年安全巡展的調查結果顯示，只有21.2%的人上車始終會佩戴安全帶［1］。美國國家高速公路交通管理局曾對不佩戴安全帶的原因做過調查，結果顯示超過1/3的駕駛員由于不舒適等原因討厭佩戴，而女性駕駛員討厭佩戴安全帶的比例超過40%［2］。美國人對舒適性的追求也是美國沒有強制要求佩戴安全帶的原因。有研究表明安全帶舒適性的改進會提高配戴率，從而挽救生命［3］。

對于汽車工程師而言，汽車安全帶作為乘員約束系統中最重要的組成部件，其安全性能一直是關注的主要方面；但是車上乘員則更加關心佩戴汽車安全帶的舒適性，而對于在汽車發生碰撞時才表現出來的安全性能則無法體會到，當然誰也不希望去體會。需要注意的是，在JDPower的客戶調查問題中，安全帶的使用舒適性就被作為一項主要內容，而隨著人們對汽車的深入了解，安全帶的舒適性將可能影響到汽車的品牌形象。所以如何提高安全帶的舒適性是汽車工程師們，尤其是國內自主研發工程師的重要課題。

1 安全帶舒適性的概念和主要內容

目前國內外文獻中還沒有系統介紹安全帶舒適性的定義。作者認為安全帶的舒適性是指乘員在佩戴時和使用過程中對安全帶的主觀感受。Delphi公司的Rana Balci等人在美國對安全帶的使用進行了調查，結果顯示：最大的抱怨是安全帶回收時被門卡??；其次是冬天穿著太多，伸手拿安全帶不方便；很多人抱怨鎖舌太靠后；回收時織帶扭曲；鎖扣難找到；拉出織帶時卷收器鎖止；鎖舌夠不到，拉出織帶費力等［4］。結合作者的工作經驗，即乘客在使用安全帶的整個過程中可能出現的不舒適問題，表1列出了安全帶舒適性的主要研究內容。

佩戴前是在乘客上車后找到安全帶并將鎖舌插入鎖扣的過程，這時主要關注乘客能否容易找到鎖舌和鎖扣，能否容易將安全帶拉出并且順利將鎖舌插入鎖扣。佩戴時需要考慮乘客和駕駛員在車輛行駛過程中所感受到的安全帶織帶位置是否合適，織帶對人胸口的壓力，鎖扣對臀部的壓力、產生的噪音以及不同百分位人體都能使用等方面的問題。當乘客將要下車時，需要考慮安全帶佩戴后的舒適性，一般需要考慮安全帶容易打開并且順利回收到原位而不能影響乘客下車。

2 安全帶舒適性研究

2.1 安全帶鎖舌和鎖扣的接近性

鎖舌是乘客在使用安全帶時首先接觸的安全帶零件，鎖舌型式和在安全帶收回的狀態下的停留位置直接影響到鎖舌的接近性。北美FMVSS208法規的7.4.4條中，對鎖舌的位置要求是在座椅最前位置上的50百分位人體的手臂能夠接觸到的區域內。法規中分別定義了模擬人內側和外側手臂的繩子定位和長度?？紤]到中國人體尺寸的區別，鎖舌位置應盡可能靠近乘客。同時在FMVSS208法規中也要求座椅和內飾板的間隙能夠讓模擬人手臂的試驗塊無阻礙地進出［5］。一般來講可以將鎖舌位置放在車門扶手的高度，不要高于車窗。

2.2 安全帶拉出性能

安全帶拉出性能是指拉出是否順暢或者是拉出力的大小。作者對一些市場熱銷車型后排安全帶的拉出性能做了主觀調查和試驗研究。結果顯示，被調查對象對于當安全帶拉出400 mm和800 mm時抱怨較多。而拉出力在400 mm處小于9 N，在800 mm處小于12 N時，滿意度會在90%以上。不同車型之間的差異原因主要是卷收器本身的拉出力、安全帶走向及系統摩擦力，而減小系統摩擦力是減小拉出力最有效的方法。

2.3 鎖扣的接近性和插入力

鎖舌需要插入鎖扣內，所以鎖扣同樣要考慮接近性。接近性好的鎖扣需要有一定剛性支撐和相對坐墊的合適角度，見圖1。這種鎖扣在受力條件下不容易彎曲，在人插入鎖舌時提供好的支撐，從而便于插入。鎖扣同樣要留出與周邊零件足夠的間隙，有較大鎖舌導向角度的鎖扣更容易插入，這種設計可以把導向角度從傳統的10°以下提高到40°以上，見圖2。同時還要考慮鎖扣的位置，這也影響到乘坐時的舒適性，這一點在后面會詳細解釋。

鎖扣的插入力在各國的標準和法規中并沒有規定，主要整車企業對鎖舌插入鎖扣的力一般有5～25 N的要求。

2.4 安全帶經過人體的位置

對于三點式安全帶，織帶經過人體的位置由安全帶固定點的位置決定。在各國法規中對安全帶固定點的位置都有標準，滿足法規可以提供一定的舒適性，但是法規規定的區域比較寬泛。加拿大交通部在二十世紀七十年代到九十年代研究表明：不恰當的安全帶佩戴可以導致身體傷害，從而發起并開發了安全帶佩戴檢查裝置（Beltfit Test Device）。能夠通過BTD檢查的安全帶佩戴位置可以減少安全帶造成軟組織和器官嚴重受傷的風險。檢查的標準是安全帶相對鎖骨，胸骨和腰部的接觸和位置。RAMSIS公司開發的eBTD軟件可以進行計算機模擬檢查［6，7］。

肩帶經過人體的位置對舒適性影響最大，一般的抱怨為卡脖子。但是肩帶又不能離脖子太遠，會導致從肩部滑脫的安全風險。如圖3所示，安全帶肩帶在脖子、鎖骨和肩峰圍成的三角區域內會有好的舒適性。如果結合主觀評估的結果，eBTD軟件也可以評估安全帶的位置對舒適性的影響。類似的軟件還有MIRA公司開發的BELTFIT。

有研究表明，上固定點在高度方向上的位置對舒適性影響明顯。一般個子矮的人會經常抱怨安全帶卡脖子，就是因為上固定點在高度方向上的位置偏高。要同時滿足不同百分位的人體需求是不容易的，一般上固定點在考慮50百分位人體的前提下，盡量向下布置［8］。

2.5 安全帶織帶對人的壓迫力

乘員在佩戴安全帶時，由于卷收器的回收力通過織帶作用在胸口而產生壓迫導致不舒適。雖然ECE R16和GB14166法規規定了卷收器的最大卷收力小于7 N，但這不能直接反映出乘客佩戴所感到的壓迫力［9］。FMVSS208對安全帶對胸部的壓迫力則給出了小于3.1 N的要求和具體的測量方法［5］。

除了卷收器的回收力外，上固定點位置和座椅角度等也影響壓迫力。針對安全帶胸部壓力做的客觀試驗研究和佩戴舒適性主觀評價研究表明，上固定點在前后、左右方向上的位置對胸部壓力影響很大。上固定點向前越靠近人壓力越小，而左右方向上居中位置壓力最小，高度方向沒有影響［8］。

為減少乘客對胸部壓迫的抱怨，安全帶供應商通過卷收器卷簧系統的設計可以按照需求切換回收力大小：當乘客佩戴安全帶時單個卷簧起作用，回收力小；當乘客打開鎖扣時雙卷簧開始起作用，這時回收力大，保證鎖舌織帶快速回收。

對于腰帶，幾種降低安全帶力的產品如彈簧連接件（Spring loaded connector），彈簧安全帶（spring loaded- belt）和防束緊卷收器（anti cinch retractor）都在腰帶處可以提供一定的松持量，提高佩戴舒適性［10］。但在碰撞中則增加了人的前移量，需要綜合安全性來考慮使用。

2.6 鎖扣對人的壓迫

鎖扣位置與人臀部接近對人會有壓迫，引起抱怨。ECE R14、GB14167和FMVSS209法規對左右兩個下固定點的距離有大于350 mm的要求［11］。一般后排中間座椅位置兩邊下固定點距離較小，法規也允許小于350 mm但大于240 mm，很多小型車都通過外側固定點的交叉來滿足要求。對于50百分位的人來說，鎖扣和人的中心距離大于150 mm不會引起抱怨。

2.7 安全帶噪音

隨著整車噪音品質的改善，安全帶振動噪音也越來越被重視。安全帶振動噪音主要在卷收器上，尤其當卷收器安裝在靠近人耳朵的位置。研究表明，通過振動噪音測量聲壓級的噪音客觀評價方法和乘客在車內感知的主觀評估有很大相關性。頻率在1 250～2 500 Hz之間的聲音，乘客最為敏感［12］。大眾汽車也將卷收器噪音規定為小于55分貝。通過近距離聲音全息分析方法Nearfield Acoustic Holography （NAH），低頻率下噪音主要來自卷帶筒區域，由卷帶筒和框架的撞擊產生。另一個噪音來源是車輛加速度敏感機構，主要是慣性塊和支座之間的撞擊產生［13］ 。

解決卷收器噪音問題首先是盡量將卷收器安裝在離人耳盡可能遠的地方，其次是對卷收器卷帶筒和敏感機構進行針對性的改進。目前，各個安全帶供應商都在這方面進行著深入研究。

2.8 安全帶卷收器的鎖止敏感度

安全帶卷收器必須能夠感知車體加速度和織帶加速度的大小然后鎖止織帶，不讓它繼續輸出位移。ECE和GB法規的要求是當車體加速度達到0.45 g或者織帶加速度達到1～2 g之間安全帶必須鎖止［9］。為了滿足法規要求，安全帶供應商在設計時一般把織帶拉出加速度設定在靠近下限即1.2~1.5 g之間，以確保鎖止敏感度高。這樣的設計容易發生乘客快速拉出安全帶時意外鎖止而無法拉出，導致乘客不舒適。同樣，當安全帶快速回收時也會發生卷收器意外鎖止從而無法拉出安全帶。這也是FMVSS法規沒有要求卷收器必須具備織帶加速度敏感機構的原因。還有一種情況是車感加速度設計在下限值時，當整車振動傳遞到卷收器安裝結構上的加速度達到鎖止加速度則會導致卷收器鎖止，這時佩戴安全帶的乘客會感覺不舒適。所以在滿足法規要求的前提下，進行適當的鎖止加速度設計可以提高安全帶佩戴舒適性。

2.9 安全帶回收性能

安全帶回收緩慢和回收太快都會引起客戶抱怨和問題?；厥站徛龝l生鎖舌停留在人身上的問題而引起抱怨，當用手幫助安全帶回收時，可能停留在車門立柱處從而在關門時會把鎖舌夾壞。而回收太快同樣會發生撞擊飾板和卷收器意外鎖止的問題。作者對一些市場熱銷車型后排安全帶的拉出性能做了主觀調查和試驗研究。結果顯示：安全帶在最后一段100 mm距離回收力很小而抱怨較多；當50 mm處回收力>0.5 N時，滿意度會在90%以上。雖然法規規定了卷收器回收力在1～7 N之間，但不同車型會選擇不同的回收力區段（見圖4）。同時，安全帶走向及系統摩擦力，對回收力影響更多。

降低摩擦力可以通過優化安全帶布置和使用低摩擦導向件和安全帶織帶實現。其中低摩擦織帶是一種容易拉出、佩帶舒適性更高的安全帶，它將織帶編織部分由標準編織改為優化了端部與中央織距的改進型海力蒙（Herringbone）編織法。使帶子變得柔軟、易于彎曲，將拉出安全帶時的阻力降低了約10%，佩帶時的壓迫感也減輕了約20% ［14］。

2.10 鎖扣的開啟力

鎖扣的開啟力是打開鎖扣時按壓按鈕所需要的力。開啟力小，乘客會感到操作舒適，但太小會導致意外開啟，產生安全性后果。ECE法規對開啟力規定了在10～60 N的范圍，而FMVSS則只規定了開啟力小于134 N［15］。一般來講，平衡舒適和安全性能，開啟力在10～25 N之間比較合適。

3 總結

國內在安全帶舒適性研究方面文獻很少，而伴隨著安全帶的發展和安全性的提高，國外針對安全帶舒適性一直在進行研究和改進。本文結合國外文獻，各國法規以及作者的工作經驗比較全面地對安全帶舒適性進行了研究。很多結果已經給出了具體的要求，可以供汽車工程師參考。

安全帶舒適性要結合乘客主觀感受來研究，需要做大量調查，所以基于國外人群的研究結果還需要我們做進一步驗證。我們相信，隨著安全帶舒適性的提高，可以有效提高乘客實際安全帶配戴比例從而挽救更多生命。

參考文獻：

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［13］ Christopher D. Morgan .Source Identification Using Nearfield Acoustic Holography Applied to a Seat Belt Retractor［J］ ，SAE Papers，2005-01-250.

［14］ 祝賀. 低摩擦安全帶：拉動阻力降10% 佩帶壓迫減輕20%［Z］. 新浪財經，2008. http：//finance.sina.com.cn/roll/20081208/06195602739.shtml

［15］ Daniel Davee，Christine Raasch，Marie Moralde. Seat Belt Buckle Release by Inadvertent Contact［J］. SAE Papers，2008-01-1236.