安全帶佩戴舒適性分析

王全

(1.同濟大學,上海 200092；2.延鋒百利得(上海)汽車安全系統有限公司，上海 201315)

安全帶佩戴舒適性分析

王全1,2

(1.同濟大學,上海 200092；2.延鋒百利得(上海)汽車安全系統有限公司，上海 201315)

當車輛發生碰撞時，安全帶對乘員安全具有重要的保護作用，但是，實際生活中安全帶的使用率仍然難以保證。其中很重要的一點原因在于安全帶佩戴后不夠舒適，最常見的就是勒脖子。通過研究安全帶固定點的位置并結合CAE分析軟件Beltfit，對設計前期安全帶的布置進行初步評價并提出改進方向，為后續實車安全帶佩戴舒適性的提高奠定基礎。

安全帶；舒適性；Beltfit軟件

0 引言

全世界的汽車都會配備的安全裝置就是安全帶，而汽車的安全帶發明至今已有60多年的歷史。自發明以來，以其簡單實用的安全功能挽救了許許多多人的生命。時至今日，駕車時系好安全帶已經成為各國保障汽車駕乘人員生命安全的強制措施。但是，在日常生活中，還是能看到很多不系安全帶的人，也有很多人為此付出慘痛的代價。

實際生活中仍有很多駕駛員認為在車速較慢的情況下沒有必要系上安全帶，還有些人認為安全氣囊就可以保護自己的安全，就不用再系安全帶了。其實這些想法都是錯誤的。沒有安全帶的保護，安全氣囊根本無法發揮作用，甚至會帶來更大的傷害。同時，即使在日常城市行駛速度下，一次突發的迎面碰撞就可能給未系安全帶的乘客帶來致命的傷害。

安全帶的重要性可見一斑，為了使人們更愿意佩戴安全帶，如何提高安全帶的佩戴舒適性已成為一個重要的研究方向。

1 安全帶佩戴理想情況和有效固定點概念

理想的情況下安全帶佩戴時不應存在勒脖子和滑肩情況。

以下3種情況一般作為考核狀態：座椅調節到最前面時，5%th 女性假人(Hybrid Ⅲ)佩戴安全帶狀態；座椅調整到SRP點時，95%th男性假人(Hybrid Ⅲ)佩戴安全帶狀態；座椅調整到SRP點時，50%th男性假人(Hybrid Ⅲ)佩戴安全帶狀態。當然為了進一步提高分析的涵蓋面，還可以選擇5%th、50%th、95%th人體設計駕駛位置和座椅調節到最前、最后的極限位置進行檢查。

特別需要說明的是：在進行后排安全帶的佩戴舒適性檢查時，后排中間座椅95%th男性假人可豁免以上規則。因為整車結構和布置關系，后中座椅歷來空間較小，大體格男性很難感到舒適，故此位置一般認為是短途使用，長途旅行不推薦使用。

文中將采用MIRA Beltfit軟件進行分析，在正式開始前有以下2個重要概念需要明確：

(1)SRP點即乘坐基準點，也稱為R點或設計H點，并且該點是用于建立乘員調節工具和尺寸的基本基準點。模擬人體軀干和大腿鉸接中心的位置。具有相對于所設計車輛的結構建立的坐標并建立了每個指定乘坐位置的最靠后的正常駕駛或乘坐的H點位置，它考慮了座椅所有的調節狀態，包括水平、垂直和傾斜，但不包括非正常駕駛和乘坐目的的座椅移動。

(2)安全帶實際固定點和安全帶有效固定點概念。安全帶實際固定點是指在車身、座椅或車輛其他部分的構件上用于安裝、固定安全帶總成的零部件。安全帶有效固定點是指將織帶系于該點可以獲得與預期設計相同的安全帶佩戴狀態。它可以是也可以不是安全帶實際固定點，主要取決于與固定點相連接的安全帶金屬接頭的形狀。如圖1所示，安全帶剛性構件與下固定點連接，對在座椅調節范圍內的所有位置，不論是固定式還是自由旋轉式，安全帶有效固定點為織帶與剛性構件的連接點。

如果在車身構架或座椅構架上設有織帶的導向件，則應將織帶朝向使用者一側的導向件中點作為安全帶有效固定點，如圖2所示。

如果安全帶經使用者直接通向卷收器而不帶導向件，則應以卷軸與通過織帶中心線卷收平面的交點作為安全帶有效固定點。插鎖有效固定點分4種情況：剛性旋轉，剛性不可旋轉，半剛性，織帶連接式。插鎖采用剛性的支架，若插鎖總成可以繞螺栓固定點在一定范圍內旋轉那么有效固定點即為實際固定點。若剛性支架不可旋轉則以鎖舌插入后織帶在鎖舌上的實際翻折點作為有效固定點。織帶連接式插鎖有效固定點情況同下固定點連接。半剛性式插鎖有效固定點為支架可以進行折彎的起點位置，如圖3所示。

2 分析前相關數據收集

下面以某款車的前排安全帶進行說明，如圖4所示，共分以下6種狀態下的情況。

根據前述的安全帶有效固定點定義，在3D數模上采集完成有效點數據，見表1。

表1 有效安全帶固定點坐標 mm

座椅前后調節距離為253 mm，導軌水平角度為8.8°。

狀態一：座椅調節到最前端，采用5%th女性假人進行分析。

狀態二：座椅調節到SRP點向前160 mm處即5%th女性設計駕駛位置。

狀態三：座椅調節到SRP點向前80 mm處即50%th男性設計駕駛位置。

狀態四：座椅調節到SRP點向前64 mm處即50%th男性處于座椅調節距離的黃金分割點位置。同時考慮座椅導軌角度影響即前移64 mm，上升高度約10 mm。

狀態五：95%th男性處于SRP點。

狀態六：座椅調節到最后端，采用95%th進行分析。

需要說明的是座椅的導軌角度影響理論上在每種狀態下都應考慮，但從項目實踐經驗看對最終評判影響微乎其微，從效率出發故僅在狀態四進行考核。越來越多的座椅不僅可以進行前后方向的調節而且可以進行高度方向的調節，對于此類情況，調整時取SRP點平均高度，若有必要也可對上下極限位置單獨進行校核。實際項目中，當某些位置難以獲得時，可以僅分析狀態一、四、五以獲得初步的判斷。鑒于分析方法類似，文中僅對前排駕駛員側安全帶進行校核，其他位置安全帶佩戴舒適性分析請參考類比。

3 具體案例分析和軟件步驟

(1)啟動軟件；

(2)選擇模式；

(3)輸入有效固定點坐標；

(4)選擇假人；

(5)軟件模擬結果分析和評價。

3.1 結果分析(狀態五)

選擇95%th假人處于SRP點，將導向件調節到高調最高擋位，如圖5所示。

分析發現織帶雖未出現勒脖子的情況但是有2.8 mm寬織帶超出了紅色推薦區域。根據Beltfit原則，當限制于車身布置空間、結構等原因而無法再調整有效點的情況下，若僅有一處不符合項，負責工程師可根據其經驗判斷予以接受，待后續物理樣車出來后再進行實車評估，以判斷其最終狀態。

嘗試將導向件放到高度調節器中間擋位，如圖6所示。再次分析，結果完全滿足要求。以上情況下可以確認此位置的安全帶佩戴舒適性是滿足要求的，因為高調的存在就是為了滿足不同體格、不同位置時人們對安全帶佩戴舒適性的要求，是求并集而非交集，故只要高調上某一擋位就能滿足要求，即認為此位置滿足要求。目前常見的高調一般為3～5個擋位，如果高調擋位越多，選擇的余地也越多，越有利于安全帶佩戴的舒適性，這就是無級調節高調器(高調器行程過程中任何一處都可以進行鎖止即有無限擋位)開發的意義。

3.2 結果分析(狀態四)

選擇50%th假人，如圖7，將導向件調節到高調最低擋位，座椅沿水平方向向前移動64 mm，高度方向提高10 mm(相對于SRP點)，插鎖長度172 mm,結果滿足要求。

3.3 結果分析(狀態一)

如圖8所示，選擇5%th假人，將導向件調節到高調最低擋位，座椅沿水平方向向前移動220 mm，插鎖長度172 mm,結果滿足要求。此位置為座椅調節到最前端的極限情況，與前述座椅調整到最后端一樣，實際情況下即使是5%th的女性一般也不會在此位置駕駛，因為離方向盤實在太近，此位置若檢查合格則一般在設計駕駛位置(狀態二)也不會出現問題。

到目前為止，以上3個狀態分析都已完成，經高度調節器和調整插鎖長度后全部滿足要求，即安全帶佩戴舒適性校核合格，其他狀態的分析步驟同上，這里不再詳細列出。剩余部分工作需等待物理樣車完成后進行實際的裝車評價，如圖9所示，具體評價方法與上述軟件分析相類似，由有經驗的工程師主導完成評估。

4 結束語

安全帶佩戴舒適性的分析主要希望得到座椅不同調節位置、不同體格的假人佩戴安全帶時的評估結果。根據此分析結果優化相應的零件設計參數和安全帶固定點布置位置，在兼容車身結構、空間布置的情況下得到最大可接受度的安全帶佩戴舒適性。待后期獲得物理樣車時再進一步對前期分析數據進行檢查確認，最終獲得實車狀態下的最優化安全帶佩戴舒適特性。

【1】全國汽車標準化技術委員會.GB 14167-2013汽車安全帶安裝固定點、ISOFIX固定點系統及上拉帶固定點[S].北京:中國標準出版社,2014.

【2】SAE J4004-2005 Positioning the H-Point Design Tool-Seating Reference Point and Seat Track Length[S].

Seatbelt Fastened Comfort Analysis

>WANG Quan1,2

(1.Tongji University,Shanghai 200092,China;2.Yanfeng Key (Shanghai) Automotive Safety Systems Co.,Ltd.,Shanghai 201315,China)

When a vehicle has a crash, seatbelt has an important function to protect passengers,but it’s still difficult to guarantee all people willing to fasten seatbelt. One very important reason is that people feel uncomfortable after seatbelt fastened. The most common is neck strangled.Through the research of seatbelt anchor point position combined with CAE analysis software Beltfit, a better seatbelt layout design and improvement direction were provided.

Seatbelt；Comfort；Beltfit software

2015-08-27

王全，男，本科，工程師，從事安全帶開發工作。E-mail:thunderknight@126.com。