主動式安全帶對AEB乘員離位的改善方案

劉昕耀 劉雪姣 韓嘯

摘要：自動緊急制動（AEB）作用時會產生乘員離位現象，乘員離位在碰撞中對乘員胸部傷害會產生不利影響。通過仿真驗證得出，主動式安全帶在預碰撞階段的預緊會改善乘員離位情況，并且加快預緊作用過程的反應速度和加大預緊力值均能提升對乘員的約束，而通過系統匹配，調整主動式安全帶在預碰撞階段預緊啟動時間，可實現對乘員更好的約束效果。

關鍵詞：AEB；乘員離位；主動式安全帶

中圖分類號：U463.9? 收稿日期：2023-11-09

DOI：1019999/jcnki1004-0226202401016

1 前言

近年來，自動緊急制動（AEB）在各種新車評價規程和法規中要求逐步細化完善，促使AEB已經成為新上市乘用車的標配。AEB系統對于提高道路交通安全性具有重要意義，但研究認為，AEB系統作用造成乘員偏離被動安全設計中的正常坐姿位置，與沒有配置AEB系統的同等強度碰撞事故相比，將使原約束系統匹配方案無法發揮最佳保護效果，導致車內乘員傷害程度增加[1]。

汽車安全的兩個方向即主動安全和被動安全正在不斷融合，隨著主動安全的快速發展，被動安全中安全帶也在配合主動安全的發展進行新品及功能的研究，主被動融合也是安全帶企業未來關注的內容。主動式安全帶技術結合主動安全和被動安全的技術，在碰撞發生前對佩戴者提前預緊，預碰撞時回收安全帶提前將乘員固定在座椅上，并在發生碰撞后實現傳統安全帶的基本功能。主動式安全帶是目前為主被動融合提供的重要的安全帶技術之一。2024版CNCAP路線圖中提到增加主動式安全帶的加分項，將大大推進主動式安全帶的發展。

2 AEB制動作用下假人離位

文獻[2]對提取得到的參數進行正態分布統計分析，得出在最大制動減速度的分布圖中，制動平均減速度為7.6 m/s2，并指出制動加速度越大，離位程度越大。通過整理查閱相關文獻，在一級制動減速條件下，設置制動減速度為8.0 m/s2，仿真通過設置加速度滑臺模型實現AEB功能的模擬，AEB時間為300 ms，隨后發生國標GB 14166-2013中T型波波形50km/h碰撞，模型搭建設置按照國標GB 14166-2013滑臺試驗進行模擬。

模型搭建嚴格參照國標GB 14166-2013滑臺試驗參數設置，如圖1所示，剛性座椅與標準一致，卷收器、D-ring、帶扣、端片固定點按照標準要求位置布置。

按照國標GB 14166-2013標準要求分析圖2所示位置，T點為軀干參考點，用以評估假人胸位前移量，P點為骨盆參考點，用以評估假人骨盆前移量。在仿真模型中測量假人的胸位前移量和骨盆前移量，判定假人運動情況。在仿真模型中測量假人的骨盆前移量和胸部前移量。

查看T軀干參考點和P骨盆參考點位置假人前移量情況，輸出曲線如圖3所示。帶有AEB作用時間300 ms內假人離位情況，假人在210 ms骨盆前移量最大，在220 ms胸部前移量最大。在發生碰撞開始時間即300 ms時刻，假人骨盆前移量為2.089 mm，變化不大，胸部前移量為66.088 mm，變化較大。

圖4所示為無AEB和有AEB兩個工況在碰撞前的狀態對比，有無AEB的工況對比結果可以看出碰撞前假人狀態相差較大。在添加AEB以后，骨盆位移變化小，胸部位移變化大，也就是前傾加重，假人產生離位現象明顯。

圖5所示為有無AEB工況假人發生碰撞后即模型中300 ms以后胸壓對比，通過仿真動畫可以看到370 ms以后假人胸部撞擊假人腿部，胸壓無論在撞腿前后均增加，且最高的時間點提前。

如圖6所示，通過查看安全帶力值情況，卷收器出口力B1，最大值出現在220 ms，力值為316 N。肩帶力值B3，最大值出現在206 ms，力值為363 N。因此，我們設計主動式安全帶的目標，安全帶最大力值實現時刻大于此數據中顯示的力值，或者提前預緊需要在220 ms以前作用，才能實現主動式安全帶對假人的約束作用［3］。

3 主動式安全帶對于假人離位改善方案

根據目前主動式安全帶的數據收集，選擇主動預緊啟動時間為0，反應時間為40 ms，即在觸發后40 ms開始預緊，預緊作用時間持續60 ms即在100 ms左右到達肩帶力值最大值350 N。參照傳統預緊的影響參數，提出主動預緊改善方案包括預緊速度提升、預緊力值增大、預緊開始時間提前等方案［4］。設置6種工況對比：

a.AEB基本工況，簡稱AEB。

b.帶主動式安全帶的AEB工況，AEB啟動后40 ms預緊開始，簡稱AEB+PP+40 ms。

c.主動預緊速度提升，將主動預緊力值上升時間由60 ms提速到20 ms，簡稱AEB+PP+fast。

d.主動預緊力值增大，將主動預緊肩帶力值350 N提升到750 N，簡稱AEB+PP+high force。

e.主動預緊開始時間與AEB啟動同時，預緊開始時間為0，簡稱AEB+PP+0 ms。

f.AEB啟動前40 ms主動預緊開始，主動預緊開始時間為-40 ms，簡稱AEB+PP-40 ms。

以上6種工況，進行仿真模型的搭建，設置相應的參數。運算以上6個工況，查看假人運動趨勢，對比查看假人的胸位前移量和骨盆前移量，列出仿真結果如表1所示。

通過對比胸位前移量和骨盆前移量發現，骨盆前移量變化不大，證明假人臀部運動幅度較小，胸位前移量變化較大，所以主要關注胸位前移量的對比數據，來體現假人運動趨勢的差異。

工況1和工況2對比，工況1普通安全帶胸位前移量為66.1 mm，工況2帶有主動式安全帶胸位前移量為54.9 mm。由此看出，在碰撞前的主動預緊功能對假人起到一定的約束作用。

參照普通預緊安全帶的設計思路，主動式安全帶的預緊表現作用應該與傳統的預緊限力安全帶一致。增加普通預緊安全帶的預緊的反應速度，會提升對假人的約束。而增大普通預緊安全帶的火藥量，加大其反應力值，也是提升假人約束效果的有效方法［5］。因此參照此思路，將主動式預緊安全帶的預緊參數作出相應的調整，設計工況3和工況4進行驗證。

工況2和工況3對比，工況2帶有主動式安全帶胸位前移量為54.9 mm，工況3加快主動預緊反應速度的模型假人胸位前移量為41.6 mm。由此可以得出，加快主動預緊作用時的反應速度，可以提高約束效果。

工況2和工況4對比，工況4提高主動預緊力值假人胸位前移量為6.2 mm。因此得出提高主動預緊力值可以增加約束效果，改善明顯，通過匹配優化，甚至可以達到消除假人離位的效果。

在普通預緊限力式安全帶中點火時間的設置，在整個系統匹配中起到關鍵的作用［6］。預緊器內的火藥燃燒產生高壓氣體作為織帶回卷動力，消除安全帶與乘員之間的間隙。而對于預緊效果來說，點火時間設置應該是在假人并未開始運動但即將開始運動的時候，預緊作用效果最好。

同樣的思路，不同的主動式安全帶的預緊開始時間，對于假人離位的改善也會產生不同作用，因此設定不同主動預緊的啟動時間，對比假人離位情況，設計工況5和工況6進行驗證。

工況2、工況5和工況6對比，可以看出，主動預緊開啟的時間對約束效果影響很大，本次仿真中AEB啟動和主動預緊開始時間相同，約束效果最好。由此可以得出，主動預緊啟動時間設置也是需要與車輛主動安全的相應參數進行匹配的，主動預緊開啟的時間對約束效果影響很大，本次仿真中AEB啟動和主動預緊開始時間相同時，約束效果最好，這與我們傳統煙火預緊的原理相似［7］。

4 結語

本文使用仿真方式對主動式安全帶關于AEB乘員離位情況進行驗證。首先驗證AEB功能會導致乘員離位，后通過增加主動式安全帶功能以及修改相應參數，使用不同工況的仿真分析結果對比，得出以下結論：

a.AEB作用以后，胸部位移變化大，乘員存在前傾趨勢，產生明顯的乘員離位現象。

b.主動式安全帶在碰撞前的預緊功能可以改善乘員離位現象。

c.提高主動預緊速度和主動預緊力值，可以增加乘員約束，甚至能消除AEB導致的乘員離位。

d.主動式安全帶在碰撞前，不同預緊開始時間作用不同。

綜上所述，主動預緊式安全帶對于乘員約束的作用，與傳統的煙火預緊原理是一樣的，預緊越快，力值越高，約束越好。但考慮到實際產品能力以及成本，增加反應速度和提高力值目前可實現的可能性較低。對預緊的時間調整是最簡單有效的解決方案。開始預緊時間需要跟乘員開始運動時間進行系統匹配，以達到最優的約束效果。

本文通過使用模擬仿真計算，研究主動式安全帶在碰撞前的預緊作用效果，通過不同工況對比，得出有效的改善建議，為主動式安全帶的開發匹配提供參考方案。

參考文獻：

[1]李月明，王鵬翔，張毅，等自動緊急制動對約束系統保護功能影響的研究［J］汽車技術，2022（10）：16-23

[2]曹立波，歐陽志高，賈寓詞，等自動緊急制動與可逆預緊安全帶共同作用下乘員損傷分析[J]中國機械工程，2016（16）：2259-2266

[3]郝毅，韓菲菲，楊帥，等AEB對前碰假人運動姿態影響研究［J］汽車零部件，2020（3）：21-25

[4]高夢琳AEB與主動安全帶作用下乘員損傷分析和可靠性優化研究［D］合肥：合肥工業大學，2021

[5]崔東，祁志楠，張慧緊急制動下的駕駛員運動姿態變化與碰撞損傷研究[J]汽車工程，2020，42（8）：1060-1065

[6]周大永，李月明，王鵬翔，等基于加速滑臺的主被動融合試驗方法研究［J］汽車技術，2023（2）：56-62

[7]徐哲，婁磊，高冠宇，等AEB與可逆預緊安全帶聯合作用下乘員保護效果研究［J］時代汽車，2021（2）：188-192

作者簡介：

劉昕耀，男，1987年生，工程師，研究方向為汽車安全帶系統。