不同假人動(dòng)態(tài)試驗(yàn)安全帶力值對(duì)比

高峰　劉雪姣　劉昕耀　韓嘯

摘 要：安全帶零部件強(qiáng)度滿足動(dòng)態(tài)試驗(yàn)不失效是研究安全帶約束性能的重要前提。在車型設(shè)計(jì)初期應(yīng)注意不同假人和不同配置下強(qiáng)度設(shè)計(jì)值需求，以滿足動(dòng)態(tài)試驗(yàn)要求。而在使用第95百分位男性假人和緊急鎖止卷收器配置時(shí)，對(duì)安全帶強(qiáng)度要求更加嚴(yán)格。文章針對(duì)GB14166-2013剛性座椅動(dòng)態(tài)試驗(yàn)進(jìn)行仿真分析，采用不同百分位假人以及不同卷收器配置仿真計(jì)算，進(jìn)行安全帶力值對(duì)比，為安全帶零件強(qiáng)度設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：不同假人 安全帶力值 仿真分析 強(qiáng)度設(shè)計(jì)

1 前言

被動(dòng)安全基本是按照標(biāo)準(zhǔn)工況特定假人設(shè)計(jì)。近些年針對(duì)不同假人的傷害研究越來越多，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的約束系統(tǒng)，不同駕駛員的身高/坐高和體重參數(shù)不同，會(huì)影響約束系統(tǒng)的保護(hù)效果[1]。后排乘員所包含的年齡段和體型范圍很廣，研究單一年齡段或單一體型的后排乘員不符合實(shí)際情況[2]。

新車評(píng)價(jià)規(guī)程針對(duì)乘員多樣性研究越來越重視，2026版ENCAP路線圖和CNCAP規(guī)劃中，均能看到正碰、側(cè)碰、鞭打考慮乘員多樣性試驗(yàn)和仿真內(nèi)容。因此可以看出，針對(duì)假人多樣性研究是未來幾年的發(fā)展趨勢，而假人多樣性研究對(duì)于安全帶的基本要求是零件無失效。

GB14166-2013安全帶強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)要求，腰帶位置錨點(diǎn)固定點(diǎn)端片強(qiáng)度要求14.7KN，帶扣位置力值要求9.8KN，需要滿足動(dòng)態(tài)試驗(yàn)后無失效。GB14167-2013安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)要求施加13.5KN不應(yīng)失效。但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中，遠(yuǎn)高于國標(biāo)要求，根據(jù)對(duì)主機(jī)廠標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)，端片和帶扣位置最高破壞強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)要求為20KN。

GB 11552-2009乘用車內(nèi)部凸出物，標(biāo)準(zhǔn)用第5百分位女性、第50百分位男性以及第95百分位男性假人進(jìn)行GB14166-2013波形下進(jìn)行白車身動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，安全帶驗(yàn)證需在GB14166-2013剛座椅第95百分位男性假人進(jìn)行滑車驗(yàn)證，安全帶零件無失效。針對(duì)此項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行仿真驗(yàn)證，分析安全帶力值的差異，用以優(yōu)化安全帶強(qiáng)度的設(shè)計(jì)。

本文重點(diǎn)關(guān)注多樣性假人對(duì)安全帶強(qiáng)度需求的提升研究，特別是后排中間安全帶常見配置為緊急鎖止安全帶，對(duì)強(qiáng)度要求更加嚴(yán)格。

2 安全帶仿真模型搭建

仿真模型使用剛性座椅，Hybrid III型第5百分位女性、第50百分位男性以及第95百分位男性假人進(jìn)行仿真模擬。采用國標(biāo)GB14166-2013中波形，國內(nèi)某知名主機(jī)廠后中位置坐標(biāo)點(diǎn)及配置，配備預(yù)緊限力卷收器、單限力卷收器、緊急鎖止卷收器，柔性織帶鎖進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

在模型中輸出安全帶力值，對(duì)比不同配置不同假人各位置零部件受力情況，用做零件強(qiáng)度設(shè)計(jì)的參考。

3 不同配置及假人力值結(jié)果

3.1 安全帶力值說明

判定零件在動(dòng)態(tài)過程中是否有失效風(fēng)險(xiǎn)，最直接的方式就是采集零部件位置的受力情況，從而對(duì)比設(shè)計(jì)力值，來判定是否滿足動(dòng)態(tài)強(qiáng)度要求。而在實(shí)際碰撞試驗(yàn)中，D-ring、帶扣位置的受力情況是穿過導(dǎo)向環(huán)或者鎖舌的兩條織帶力值的合力，通常無法直接采集到力值情況，如圖2所示，常見安全帶的采集力值為B1、B3、B4、B5、B6。

以帶扣為例，帶扣的真實(shí)受力為B4和B5的合力，而B4和B5力值之間的角度與帶扣的佩戴位置，假人運(yùn)動(dòng)等有關(guān)，無法直接得出帶扣的受力值。因此對(duì)于帶扣明確設(shè)計(jì)力值是一個(gè)難點(diǎn)問題。

而在現(xiàn)實(shí)中難以準(zhǔn)確測量的位置，在仿真中通過在織帶鎖位置增加截面力，即可輸出帶扣的受力情況。對(duì)于項(xiàng)目前期的設(shè)計(jì)評(píng)估，有很大的指導(dǎo)意義。

3.2 安全帶力值結(jié)果展示

通過運(yùn)算不同配置不同假人的模型，輸出安全帶力值曲線，包括肩帶力B3、帶扣位置的合力以及腰帶力B6，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總。

3.2.1 預(yù)緊限力卷收器安全帶力值結(jié)果對(duì)比

如圖4所示。

3.2.2 單限力卷收器安全帶力值結(jié)果對(duì)比

如圖5所示。

3.2.3 緊急鎖止卷收器安全帶力值結(jié)果對(duì)比

如圖6所示。

3.3 安全帶力值分析

由于體型和重量的差異，第95百分位假人帶扣合力和腰帶力值明顯高于第50和5百分位假人力值。

對(duì)比表1中預(yù)緊限力卷收器安全帶力值，第95百分位假人仿真帶扣合力17.6KN和腰帶15.9KN，力值最大。但相比單限力和緊急鎖止卷收器的安全帶力值還是較低的。帶扣位置仿真的力值結(jié)果明顯高于GB14166-2013中的9.8KN和GB14167-2013中的13.5KN的標(biāo)準(zhǔn)要求。但目前主機(jī)廠針對(duì)帶扣和端片的最高標(biāo)準(zhǔn)力值基本均在20KN，因此目前的帶扣和插鎖均可以滿足此工況的強(qiáng)度要求，且有一定的安全余量。

對(duì)比表二單限力卷收器安全帶力值，第95百分位假人仿真帶扣合力21.6KN和腰帶20.9KN力值。均超過目前主機(jī)廠針對(duì)帶扣和端片的最高標(biāo)準(zhǔn)力值，存在失效的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)比表三緊急鎖止卷收器安全帶力值，第50百分位假人仿真力值帶扣位置19.9KN，接近主機(jī)廠最高標(biāo)準(zhǔn)力值，存在失效風(fēng)險(xiǎn)。第95百分位男性仿真端片位置B6力值達(dá)到19.3KN，帶扣位置力值高達(dá)24.8KN。因此此工況端片存在失效風(fēng)險(xiǎn)，而帶扣受力已經(jīng)大大超過國內(nèi)外各大主機(jī)廠標(biāo)準(zhǔn)值，所以針對(duì)有此類特殊驗(yàn)證試驗(yàn)需求的車型，其帶扣設(shè)計(jì)力值應(yīng)按照實(shí)車真實(shí)受力值進(jìn)行設(shè)置，避免出現(xiàn)零件失效的情況。

針對(duì)單限力和緊急鎖止卷收器安全帶如進(jìn)行剛性座椅配有第50百分位假人或者第95百分位假人動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，需要按照實(shí)際情況明確設(shè)計(jì)值，重點(diǎn)考慮端片和帶扣的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，在設(shè)計(jì)初期做好評(píng)估分析，制定合適的標(biāo)準(zhǔn)值，避免在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中失效。

4 結(jié)論

本文對(duì)比第5百分位女性、第50百分位男性以及第95百分位男性假人使用預(yù)緊限力、單限力、緊急鎖止卷收器，在GB14166-2013滑臺(tái)工況下仿真對(duì)比安全帶力值得出以下結(jié)論：

（1）預(yù)緊限力卷收器工況，即使使用第95百分位男性假人安全帶力值也相對(duì)較低，對(duì)于零件強(qiáng)度要求較低，當(dāng)前安全帶廠家的帶扣和端片設(shè)計(jì)基本可以滿足要求。

（2）單限力卷收器工況，第95百分位男性假人安全帶力值均較高，當(dāng)前針對(duì)帶扣和端片設(shè)計(jì)存在一定失效風(fēng)險(xiǎn)，如有此工況需求，需提升帶鎖和端片的設(shè)計(jì)，留有一定的安全余量，以保證零件在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中無失效。

（3）緊急鎖止卷收器工況，體型重量最大的第95百分位男性假人，安全帶帶扣力值以及端片力值很高，因此在需要此工況試驗(yàn)的車型需要升級(jí)端片設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)力值，對(duì)于帶扣動(dòng)態(tài)承受力值較大，目前結(jié)構(gòu)的插鎖存在很大的失效風(fēng)險(xiǎn)，需優(yōu)化插鎖內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大幅度提升產(chǎn)品強(qiáng)度，滿足更加嚴(yán)苛的工況要求。

安全帶作為乘員保護(hù)的重要部分，零件無失效是最基本的要求。其強(qiáng)度要求針對(duì)不同工況設(shè)計(jì)值不同，現(xiàn)在很多車型后排中間位置依舊使用緊急鎖止安全帶，而此類安全帶對(duì)安全帶零件的強(qiáng)度要求較高，特別是在需要做內(nèi)凸試驗(yàn)驗(yàn)證的情況，使用第95百分位男性假人進(jìn)行動(dòng)態(tài)驗(yàn)證其對(duì)于零件強(qiáng)度要求更加嚴(yán)格。對(duì)于此類安全帶初期設(shè)計(jì)過程中要重點(diǎn)評(píng)估安全帶零件的強(qiáng)度，以滿足動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中更高的強(qiáng)度需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張光輝，田林，黃杰，等.基于智能約束系統(tǒng)對(duì)不同身材乘員的保護(hù)與優(yōu)化[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2021，46（12）：41-45.

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