王全

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

安全帶佩戴舒適性分析

王全1,2

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

當(dāng)車輛發(fā)生碰撞時，安全帶對乘員安全具有重要的保護(hù)作用，但是，實(shí)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(diǎn)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(diǎn)的位置并結(jié)合CAE分析軟件Beltfit，對設(shè)計前期安全帶的布置進(jìn)行初步評價并提出改進(jìn)方向，為后續(xù)實(shí)車安全帶佩戴舒適性的提高奠定基礎(chǔ)。

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(fā)明至今已有60多年的歷史。自發(fā)明以來，以其簡單實(shí)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(jīng)成為各國保障汽車駕乘人員生命安全的強(qiáng)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(shí)際生活中仍有很多駕駛員認(rèn)為在車速較慢的情況下沒有必要系上安全帶，還有些人認(rèn)為安全氣囊就可以保護(hù)自己的安全，就不用再系安全帶了。其實(shí)這些想法都是錯誤的。沒有安全帶的保護(hù)，安全氣囊根本無法發(fā)揮作用，甚至?xí)砀蟮膫?。同時，即使在日常城市行駛速度下，一次突發(fā)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(diǎn)概念

理想的情況下安全帶佩戴時不應(yīng)存在勒脖子和滑肩情況。

以下3種情況一般作為考核狀態(tài)：座椅調(diào)節(jié)到最前面時，5%th 女性假人(Hybrid Ⅲ)佩戴安全帶狀態(tài)；座椅調(diào)整到SRP點(diǎn)時，95%th男性假人(Hybrid Ⅲ)佩戴安全帶狀態(tài)；座椅調(diào)整到SRP點(diǎn)時，50%th男性假人(Hybrid Ⅲ)佩戴安全帶狀態(tài)。當(dāng)然為了進(jìn)一步提高分析的涵蓋面，還可以選擇5%th、50%th、95%th人體設(shè)計駕駛位置和座椅調(diào)節(jié)到最前、最后的極限位置進(jìn)行檢查。

特別需要說明的是：在進(jìn)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(guī)則。因?yàn)檎嚱Y(jié)構(gòu)和布置關(guān)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(rèn)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(jìn)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(diǎn)即乘坐基準(zhǔn)點(diǎn)，也稱為R點(diǎn)或設(shè)計H點(diǎn)，并且該點(diǎn)是用于建立乘員調(diào)節(jié)工具和尺寸的基本基準(zhǔn)點(diǎn)。模擬人體軀干和大腿鉸接中心的位置。具有相對于所設(shè)計車輛的結(jié)構(gòu)建立的坐標(biāo)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(diǎn)位置，它考慮了座椅所有的調(diào)節(jié)狀態(tài)，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(shí)際固定點(diǎn)和安全帶有效固定點(diǎn)概念。安全帶實(shí)際固定點(diǎn)是指在車身、座椅或車輛其他部分的構(gòu)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(diǎn)是指將織帶系于該點(diǎn)可以獲得與預(yù)期設(shè)計相同的安全帶佩戴狀態(tài)。它可以是也可以不是安全帶實(shí)際固定點(diǎn)，主要取決于與固定點(diǎn)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(gòu)件與下固定點(diǎn)連接，對在座椅調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的所有位置，不論是固定式還是自由旋轉(zhuǎn)式，安全帶有效固定點(diǎn)為織帶與剛性構(gòu)件的連接點(diǎn)。

如果在車身構(gòu)架或座椅構(gòu)架上設(shè)有織帶的導(dǎo)向件，則應(yīng)將織帶朝向使用者一側(cè)的導(dǎo)向件中點(diǎn)作為安全帶有效固定點(diǎn)，如圖2所示。

如果安全帶經(jīng)使用者直接通向卷收器而不帶導(dǎo)向件，則應(yīng)以卷軸與通過織帶中心線卷收平面的交點(diǎn)作為安全帶有效固定點(diǎn)。插鎖有效固定點(diǎn)分4種情況：剛性旋轉(zhuǎn)，剛性不可旋轉(zhuǎn)，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(diǎn)在一定范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)那么有效固定點(diǎn)即為實(shí)際固定點(diǎn)。若剛性支架不可旋轉(zhuǎn)則以鎖舌插入后織帶在鎖舌上的實(shí)際翻折點(diǎn)作為有效固定點(diǎn)?？棊нB接式插鎖有效固定點(diǎn)情況同下固定點(diǎn)連接。半剛性式插鎖有效固定點(diǎn)為支架可以進(jìn)行折彎的起點(diǎn)位置，如圖3所示。

2 分析前相關(guān)數(shù)據(jù)收集

下面以某款車的前排安全帶進(jìn)行說明，如圖4所示，共分以下6種狀態(tài)下的情況。

根據(jù)前述的安全帶有效固定點(diǎn)定義，在3D數(shù)模上采集完成有效點(diǎn)數(shù)據(jù)，見表1。

表1 有效安全帶固定點(diǎn)坐標(biāo) mm

座椅前后調(diào)節(jié)距離為253 mm，導(dǎo)軌水平角度為8.8°。

狀態(tài)一：座椅調(diào)節(jié)到最前端，采用5%th女性假人進(jìn)行分析。

狀態(tài)二：座椅調(diào)節(jié)到SRP點(diǎn)向前160 mm處即5%th女性設(shè)計駕駛位置。

狀態(tài)三：座椅調(diào)節(jié)到SRP點(diǎn)向前80 mm處即50%th男性設(shè)計駕駛位置。

狀態(tài)四：座椅調(diào)節(jié)到SRP點(diǎn)向前64 mm處即50%th男性處于座椅調(diào)節(jié)距離的黃金分割點(diǎn)位置。同時考慮座椅導(dǎo)軌角度影響即前移64 mm，上升高度約10 mm。

狀態(tài)五：95%th男性處于SRP點(diǎn)。

狀態(tài)六：座椅調(diào)節(jié)到最后端，采用95%th進(jìn)行分析。

需要說明的是座椅的導(dǎo)軌角度影響理論上在每種狀態(tài)下都應(yīng)考慮，但從項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看對最終評判影響微乎其微，從效率出發(fā)故僅在狀態(tài)四進(jìn)行考核。越來越多的座椅不僅可以進(jìn)行前后方向的調(diào)節(jié)而且可以進(jìn)行高度方向的調(diào)節(jié)，對于此類情況，調(diào)整時取SRP點(diǎn)平均高度，若有必要也可對上下極限位置單獨(dú)進(jìn)行校核。實(shí)際項(xiàng)目中，當(dāng)某些位置難以獲得時，可以僅分析狀態(tài)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(cè)安全帶進(jìn)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(diǎn)坐標(biāo)；

(4)選擇假人；

(5)軟件模擬結(jié)果分析和評價。

3.1 結(jié)果分析(狀態(tài)五)

選擇95%th假人處于SRP點(diǎn)，將導(dǎo)向件調(diào)節(jié)到高調(diào)最高擋位，如圖5所示。

分析發(fā)現(xiàn)織帶雖未出現(xiàn)勒脖子的情況但是有2.8 mm寬織帶超出了紅色推薦區(qū)域。根據(jù)Beltfit原則，當(dāng)限制于車身布置空間、結(jié)構(gòu)等原因而無法再調(diào)整有效點(diǎn)的情況下，若僅有一處不符合項(xiàng)，負(fù)責(zé)工程師可根據(jù)其經(jīng)驗(yàn)判斷予以接受，待后續(xù)物理樣車出來后再進(jìn)行實(shí)車評估，以判斷其最終狀態(tài)。

嘗試將導(dǎo)向件放到高度調(diào)節(jié)器中間擋位，如圖6所示。再次分析，結(jié)果完全滿足要求。以上情況下可以確認(rèn)此位置的安全帶佩戴舒適性是滿足要求的，因?yàn)楦哒{(diào)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(diào)上某一擋位就能滿足要求，即認(rèn)為此位置滿足要求。目前常見的高調(diào)一般為3～5個擋位，如果高調(diào)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(diào)節(jié)高調(diào)器(高調(diào)器行程過程中任何一處都可以進(jìn)行鎖止即有無限擋位)開發(fā)的意義。

3.2 結(jié)果分析(狀態(tài)四)

選擇50%th假人，如圖7，將導(dǎo)向件調(diào)節(jié)到高調(diào)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(diǎn))，插鎖長度172 mm,結(jié)果滿足要求。

3.3 結(jié)果分析(狀態(tài)一)

如圖8所示，選擇5%th假人，將導(dǎo)向件調(diào)節(jié)到高調(diào)最低擋位，座椅沿水平方向向前移動220 mm，插鎖長度172 mm,結(jié)果滿足要求。此位置為座椅調(diào)節(jié)到最前端的極限情況，與前述座椅調(diào)整到最后端一樣，實(shí)際情況下即使是5%th的女性一般也不會在此位置駕駛，因?yàn)殡x方向盤實(shí)在太近，此位置若檢查合格則一般在設(shè)計駕駛位置(狀態(tài)二)也不會出現(xiàn)問題。

到目前為止，以上3個狀態(tài)分析都已完成，經(jīng)高度調(diào)節(jié)器和調(diào)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(tài)的分析步驟同上，這里不再詳細(xì)列出。剩余部分工作需等待物理樣車完成后進(jìn)行實(shí)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(jīng)驗(yàn)的工程師主導(dǎo)完成評估。

4 結(jié)束語

安全帶佩戴舒適性的分析主要希望得到座椅不同調(diào)節(jié)位置、不同體格的假人佩戴安全帶時的評估結(jié)果。根據(jù)此分析結(jié)果優(yōu)化相應(yīng)的零件設(shè)計參數(shù)和安全帶固定點(diǎn)布置位置，在兼容車身結(jié)構(gòu)、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(jìn)一步對前期分析數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查確認(rèn)，最終獲得實(shí)車狀態(tài)下的最優(yōu)化安全帶佩戴舒適特性。

【1】全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB 14167-2013汽車安全帶安裝固定點(diǎn)、ISOFIX固定點(diǎn)系統(tǒng)及上拉帶固定點(diǎn)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)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(fā)工作。E-mail:thunderknight@126.com。