汽車安全帶佩戴狀態下拉出回卷力調查研究

蔣智鵬 盧文明

中汽研汽車檢驗中心（天津）有限公司 天津市 300000

1 引言

隨著消費者對汽車乘坐舒適性要求的不斷提高，汽車安全帶的拉出回卷力開始引起各整車企業以及安全帶生產企業的重視。安全帶的卷收力通過織帶作用在人體胸部及肩部，過大的卷收力使得乘員在長時間佩戴安全帶后感到不適，而足夠的卷收力才能使乘員佩戴安全帶后能夠自動收緊以減少松弛，減少事故中乘員的移動，并能夠在解鎖后自主而快速的復位，確定合適的安全帶拉出回卷力是目前行業研究的方向之一，而這方面的研究離不開對佩戴狀態下安全帶拉出回卷力的準確測量。

2 安全帶拉出回卷力的測量方法

2.1 臺架安裝的測量方法

臺架安裝的測量方法需將安全帶卷收器按照指定的角度及相對位置安裝到一臺架上，安全帶另外一端被牽引使織帶從卷收器中拉出或回卷，牽引端布置有力傳感器，可以采集織帶拉出回卷過程中的張力，如圖1所示。

圖1 臺架安裝測量安全帶拉出回卷力

測量的具體步驟如下：

（1）確認卷收器安裝狀態，包括安裝角度、織帶有效長度、導向件安裝點與卷收器安裝點的距離等信息；

（2）根據產品信息設置設備相關參數及調整臺架懸臂，設置織帶拉出及回卷長度、速度以及測量的限值，將力傳感器讀數清零；

（3）安裝安全帶產品，保證卷收器安裝角度以及導向件安裝點與卷收器安裝點的距離，復位臺架懸臂；

（4）啟動牽引端，使其按照規定的速度將織帶拉出或回卷；

（5）根據力傳感器采集的數據，判定指定織帶包卷量下的拉出及回卷力。

2.2 手動拉出的測量方法

手動拉出測量即試驗人員手持測力計，通過測力計手動將安全帶織帶拉出或放回，測力計的測量端通過銷針與織帶連接，如圖2所示。

圖2 手動拉出測量安全帶拉出回卷力

測量的具體步驟如下：

（1）將安全帶總成按照裝車狀態安裝到動態試驗臺架或實車上，拉出安全帶使其正確佩戴在人體上；

（2）在織帶上作標記，假人佩戴安全帶后讓織帶回卷到底，在織帶與吊環接觸處做標記A，靠近卷收器與標記A距離10mm處做標記B；

（3）在假人肩部的織帶處插上銷釘，用于連接測力計；

（4）拉出織帶，通過測力計使織帶按照規定的速度回卷，當標記B接觸吊環后記錄測力計讀數。

2.3 佩戴狀態的測量方法

將織帶依次繞測量裝置的作用輪，通過壓緊輪將織帶與主動輪緊壓在一起，步進電機帶動主動輪轉動從而使織帶以規定的速度拉出或回卷，如圖3所示。

圖3 佩戴狀態測量安全帶拉出回卷力

測量的具體步驟如下：

（1）測量安全帶在使用過程中的織帶拉出量，并使安全帶正常佩戴于人體上；

（2）使測量裝置導向輪、主動輪的中心連線與規定位置的織帶平齊，將裝置讀書清零；

（3）將織帶繞過測量裝置，擰緊壓緊輪使織帶與主動輪緊壓在一起；

（4）解鎖安全帶鎖扣，啟動裝置使織帶以規定的速度回卷至步驟（1）所測得的織帶拉出量，再拉出相同長度的織帶；

在步驟（4）的整個過程中裝置所記錄的力便是安全帶在佩戴過程中的織帶回卷及拉出力。

3 安全帶拉出回卷力的比對測量

選取某車型前排左側安全帶進行織帶拉出回卷力比對測量，測量佩戴過程中織帶拉出最后80cm過程中的拉出及回卷力。測量過程織帶拉出回卷速度為10mm/s。

3.1 佩戴狀態測量與臺架安裝測量的比對結果及分析

比對測量結果見圖4。與出帶口的測量結果作比較，臺架安裝測量和佩戴狀態測量的織帶拉出力明顯變大、回卷力明顯變小，說明織帶經在過卷收器出帶口后的路徑上存在較大阻力。而佩戴狀態測量與臺架安裝測量的結果存在差異，說明臺架安裝測量的過程中不能完全復制織帶在路徑改變處的狀態。

圖4 佩戴狀態測量與臺架安裝測量的比對結果

3.2 佩戴狀態測量與手動拉出測量的比對結果及分析

抽取30名試驗人員在假人佩戴狀態下，采用手動拉出測量的方法測量安全帶的卷收力，記錄測試結果見表1。

采用佩戴狀態測量的方法，對相同狀態安全帶產品進行卷收力測量。重復測量30次記錄測試結果見表2。

根據表1、表2的測試結果計算平均值與標準差見表3。

表1 手動拉出測量方法的測試結果

表2 測試結果統計比對

根據表3可知，佩戴狀態測量結果的一致性遠好于手動拉出測量，且佩戴狀態測量結果的均值大于手動拉出測量。分析原因為手動拉出測量的過程中，試驗人員不能保持恒定的織帶受力狀態，加上每次回卷時織帶自由端經過人體會存在不同的摩擦，造成手動測量結果離散型比較大。而佩戴狀態測量能夠很好的保持織帶的拉出角度和速度，通過測量裝置壓緊輪與主動輪的隔離，織帶自由端經過人體會的摩擦不會傳遞到力感應裝置上，故其測量結果一致性較好。

表3 佩戴狀態測量方法的測試結果

4 影響測量結果的因素分析

通過比較三種測量方式的實施過程，發現在測量過程中變化的因素有織帶拉出角度和織帶拉出速度。

4.1 織帶拉出角度的影響

選取某型號織帶，過導向件前施加恒定的大小為10N的力，拉出角度（織帶與水平面的夾角）α分別取0°、30°、50°，拉動距離為200mm，測量過導向件后的織帶拉力Fs如圖5所示。可見隨著拉出角度α的增大，拉出過Fs增大、回卷過Fs減小。

圖5 拉出角度對測試結果的影響

4.2 織帶拉卷速度的影響

固定織帶拉出角度α=30°，改變織帶拉卷速度。分別測量拉卷速度為500mm/min和2000mm/min下的織帶拉力Fs如圖6所示。可見隨著織帶拉出回卷速度的增加，拉出力變大、回卷力變小。

圖6 不同拉卷速度的測試結果

5 結語

對佩戴狀態測量、臺架安裝測量和手動拉出測量三種測量方式的結果進行了比對分析，發現臺架安裝測量的方法因不能完全復制安全帶實際使用時與車內部件的接觸以及織帶路徑的變化，不能直觀反映出乘員在佩戴過程中受到織帶的束縛；手動拉出測量的方法由于不能保持恒定的織帶運動狀態，其測量結果一致性較差。進一步對影響測量結果的因素進行了分析，發現織帶拉出力會隨著拉出角度的變大、拉出速度的增加而增大，織帶回卷力會隨著拉出角度的變大、回卷速度的增加而減小。