汽車安全帶技術研究

王新華 吳海臣 李寧 李振興 李文中

吉利汽車研究院（寧波）有限公司 浙江省寧波市 315336

1 引言

在人們日常出行選擇的交通工具中，汽車是最常用、最方便的出行工具。經濟飛速發展的今天，私家車越來越普及，已經成為大多數家庭日常出行不可缺少的工具，家用汽車在中國普通家庭的普及率也越來越高，有的家庭甚至有了第二輛車、第三輛車。

但是隨著汽車保有量的不斷攀升，也帶來了其它問題，如汽車尾氣排放導致環境污染、道路擁堵嚴重、停車難等等問題。當然，最重要的是交通事故發生的頻率也隨之攀升。在所有的交通事故中，汽車交通事故產生的傷害是最嚴重的。世界各國政府現在已將治理汽車交通事故傷害問題列為重要內容。根據統計，大約有120 萬人每年死于交通事故會，4000 萬以上在事故中受傷或致殘。這不僅給家庭帶來了情感傷害和財產嚴重損失，同時也給國民生產總值帶來了不小的損失。

隨著人們安全意識的提升，用戶在選購家用汽車時，不僅對外觀、空間、節能等方面進行考慮，同時對汽車安全性的考查已經成為選購車型的重要參考依據。

安全帶是保護駕駛員及乘員出行安全的最簡單、最有效的被動安全系統。隨著汽車技術的發展，安全系統將越來越完善、智能化，安全帶新技術將成為提升汽車安全性的有力支撐。

2 汽車安全法規

全球汽車法規體系包括美國的FMVSS，歐盟EEC、ECE，日本TRIAS。我國汽車安全法規來源于歐盟法規體系。

圖1 汽車安全法規體系

我國現有的安全法規主要包括：正面碰撞的乘員保護、側面碰撞乘員保護、后碰燃油系統安全要求。同時在安全氣囊模塊、行人保護等方面也有相關的法律法規。隨著法規的不斷完善，汽車安全技術也在法規的推動下隨之不斷發展、完善和提升。

3 安全帶發展歷史

關于安全帶的起源，有多種不同的說法。被人們較為普遍認可的是在1885 年的馬車上首次使用安全帶。1902 年在美國紐約舉行的汽車競技賽上，首次出現了安全帶裝置。上世紀50 年代，別克汽車第一次將安全帶作為標配使用在車身上。隨后美國推出強制性法規，強制在汽車上使用安全帶，這大大促進了安全帶的普及，也為人們使用汽車增加了更高的安全系數。

4 安全帶用途

汽車安全系統分為主動安全系統和被動安全系統。

主動安全系統能夠有效防止車輛在行使中發生意外，包括主動剎車系統、車道偏離提醒系統、ACC 自適應巡航系統等。

當車輛發生碰撞時，被動安全系統能夠有效降低乘員因車內物體的碰撞帶來的傷害。被動安全系統包括安全帶、安全氣囊等裝置，在內飾零件上還會采用吸能的材料，在發生碰撞時乘員與內飾發生的二次碰撞的傷害減到最小。安全氣囊會在碰撞時彈出以避免乘員與車內物體發生二次碰撞。

被動安全系統在碰撞中與乘員產生作用，直接影響到乘員受到傷害的程度，是提高汽車被動安全性能的關鍵所在。

圖2 安全氣囊

圖3 安全帶和氣囊對乘員的保護

5 安全帶的基本工作原理

當車輛發生碰撞時，安全帶中的加速度傳感器會探測到織帶快速拉出，人體在慣性的作用下會向前沖出。此時，安全帶感應到加速度會立即觸發鎖止機構，從而讓織帶無法繼續拉出，起到防止乘員繼續向前沖出而發生車內二次碰撞的情況發生。

當車輛發生側翻，車體傾斜角度達到27°時，安全帶必須鎖止，此時也能有效保護乘員的安全。

6 安全帶的結構

安全帶一般來說包括預緊器、織帶、高度調節器、PLP 預緊裝置、卷收器、鎖扣、高度調節器等。下面就主要結構做簡要介紹：

6.1 高度調節器

安全帶高度調節器是為滿足不同身高、體重的顧客乘坐的需要，調整安全帶上安裝點的高度，這樣乘客使用安全帶能更加舒適。更重要的是，高度調節器可避免安全帶系不到位造成脫落，如脫落則無法起到保護乘員的作用。

圖4 安全帶佩戴的正確位置

6.2 鎖扣

當鎖舌插入時，鎖扣將其鎖住，形成固定點。現在很多車上都有安全帶提醒裝置，其功能一部分來自座墊下的重量傳感器，一部分來自鎖舌。當乘客坐到座椅上時，身體的重量會傳輸到重量傳感器上，傳感器會感知有乘客坐在座位上。同時，鎖舌如果沒有扣入鎖扣，其電路沒有形成通路，信號就會傳遞給行車電腦，提醒裝置發出聲音提醒顧客系好安全帶。

圖5 鎖扣

6.3 卷收器和PLP 預緊裝置

卷收器一般包括框架、織帶、角度感應器、加速度感應器、鎖止機構等。

卷收器基本功能是鎖止。當發生碰撞時，人體會快速往前沖，同時織帶也會快速拉出，此時，織帶受到一個加速度會立即鎖止，從而避免人體繼續前沖。

圖6 卷收器

在卷收器中，可以增加預鎖緊裝置。碰撞時，預緊器點爆，通過安全帶里面的機構將織帶回卷，把人的胸部拉回座椅，降低碰撞帶來的傷害。

卷收器中還可增加扭力桿，在織帶勒緊人體的時候，起到緩沖作用，從而使人會舒適一些。車輛發生碰撞時，織帶開始鎖止，扭力桿其中一端固定不動，另外一端將會塑性旋轉，從而吸收掉一部分人承受來自織帶的壓力，形成一段緩沖，人就會感覺舒適一些。還有的安全帶安裝兩個扭力桿，人體感受就更舒適一些。

圖7 預鎖緊裝置

圖8 扭力桿

PLP 是腿部預緊裝置。發生碰撞時，通過點火引爆，產生高壓氣體推動管里的活塞，拉動鋼絲繩，把連接織帶的機構收緊，將乘員的臀部和腿部拉回座椅。

圖9 PLP 裝置

6.4 PPMI

主動預緊式安全帶。帶有ECU 的電機連接安全帶內部，根據各種工況控制織帶的拉出、回收。帶有PPMI 的安全帶由于有ECU，需要參與整車的標定和調教，成本較高。這種安全帶會根據乘客的身型自動收緊，在車輛行使過程中，安全帶會隨著制動踏板收緊將乘客拉回座位。這種安全帶由于受到成本限制，一般會用在豪華車型上。

7 安全帶分類

按固定方式分類，可分為如下四種：

①腰帶式

又叫兩點式安全帶。此種安全帶可以防止乘員被甩出車外，但軀干上部有可能與車內物體產生二次碰撞。目前兩點式安全帶在飛機上廣泛使用。

②肩帶式

與腰帶式不同，此種安全帶在汽車發生碰撞時，容易使乘員下半身向前方沖出，因而對人體的保護還不是特別理想。

③三點式

在汽車上應用廣泛。由腰帶和肩帶組成，可以有效保護乘員防止其沖出座位。其中第一點卷首器安裝在B 柱內板與側圍外板之間的下端腔體里，第二點安裝在B柱內板上端，第三點為鎖扣，使用時鎖舌扣合到鎖扣處扣好。

④全背式

由兩條肩帶和一條腰帶組成，此種安全帶保護乘員性能良好，但由于對人體的約束較多，會給乘坐者帶來過于緊繃的不舒服的體驗。一般在賽車上使用，可以更好地保護賽車手的安全。

圖10

按功能分類，可分為普通式、限力式、預鎖緊式。

①普通式

由于結構限制，對人體的保護效果非常有限，一些價格比較低的小汽車和商務車會采用此種安全帶。

②限力式

在普通式基礎上，在卷收器中增加了限力桿，當車輛收到外界沖擊，安全帶承受的力超過某一值時，限力桿會產生扭曲變形限制織帶的拉長，它將作用在安全帶上的力，限制在設定的某一定范圍內，降低胸部加速度和胸部位移量，從而可以緩解安全帶給乘員胸部帶來的沖擊。中低端乘用車會采用此種安全帶。

使用安全帶限力器可降低頭部的一半傷害。

表1 胸部減速曲線

③預鎖緊式

此種安全帶，相對限力式又有了升級，增加了預鎖緊裝置。車輛發生碰撞時，安全氣囊ECU 會發出點火信號，預緊器內的火藥燃燒產生高壓氣體作為織帶收緊動力，減少織帶的松弛量，消除織帶與人體間隙。預鎖緊裝置會收緊織帶，從而使乘員盡量靠近座椅靠背，降低人體頭部和胸部的加速度，達到保護人體的目的。中高檔轎車中目前廣泛采用此種安全帶。奧托立夫的自適應安全帶限力器，控制時間短，在碰撞時，可根據事故的嚴重程度調整限力器拉緊力。

④預卷+自適應限力式

在預鎖緊式基礎上增加了預卷電機系統。通過車輛的雷達系統感知車輛與前車間距，當這個距離小于預先設定的范圍時，安全帶ECU 發出信號控制電機運動，消除織帶與乘員間的間隙，并且，提醒裝置會提醒駕駛員緊急制動來保證乘員安全。

8 結論

為最大限度地降低交通事故帶來的損失，我國近些年來通過不斷完善、提升安全相關的法規、標準來盡可能地避免交通事故的發生。各大車企也紛紛加大安全性能的研發投入，確保汽車的安全性能。

安全帶是保證汽車安全的最重要的裝置之一。相信未來汽車安全帶會有更加安全、有效、智能、舒適的技術推出，為保護乘客的安全發揮更大更強的作用。