車輛正面碰撞中安全帶約束系統對乘員保護的分析

張世凱

長城汽車股份有限公司技術中心 河北省汽車工程技術研究中心 河北 保定 071000

前言

為解決嚴重的交通事故問題，以推進車輛安全性能技術提升為前提，許多國家，如美國、日本、歐盟以及中國，都制定了嚴格的安全法規和標準，以及NCAP新車評價體系。目前，車輛的安全性研究主要有主動安全和被動安全兩方面。主動安全研究的方向為通過提醒以及智能等手段，防止事故的發生；被動安全性是指當車輛不可避免的發生碰撞后，通過一定的控制邏輯使安全氣囊、安全帶等約束系統對車內乘員進行保護，將傷害降至最低。

安全帶作為約束系統的基本保障設備，其作用在于，當汽車發生碰撞時，能夠瞬間鎖止，以達到約束車內乘員快速向前運動，避免與車內飾件發生劇烈的二次碰撞，并配合安全氣囊給乘員良好的保護作用。

1 安全帶約束系統功能對比

安全帶一般由卷收器、織帶和鎖扣等組成。按照卷收器功能的不同，安全帶可劃分出緊急鎖止式和預緊加限力式。兩種安全帶均被廣泛應用于車輛上，其構造及核心功能如下：

圖1 預緊裝置的效果圖

1.1 緊急鎖止式安全帶

卷收器中裝有慣性敏感元件、回位彈簧、棘輪棘爪機構等鎖止機構，安全帶織帶纏繞在中心卷軸上。當車輛處于正常行駛狀態時，卷收器借助回位卷簧的作用，使織帶被抽出后保持一定的回收力，這樣即可以實現織帶隨佩戴者身體的移動而自由伸縮，又不會使織帶松弛。當車輛發生碰撞或緊急制動，致使車速急劇降低時，卷收器內的敏感元件將驅動鎖止機構鎖住卷軸，使之固定在某一位置，從而約束并限制車內乘員慣性向前移動。

1.2 預緊加限力式安全帶

具備緊急鎖止式安全帶的所有功能，且具有預緊裝置和限力裝置。當車輛正面碰撞不可避免發生后，安全帶卷收器接收到控制單元指令，預緊裝置迅速收緊安全帶，將乘員提前固定在座椅上，以提高對乘員身體的束縛效果（見圖1）；限力裝置可以將作用于安全帶的力限制在一定程度內，以緩解給乘員胸部、肩部等帶來較大的沖擊（見圖2）。在安全帶預緊裝置和安全帶拉力限制器的共同作用下，安全帶的保護能力幾乎達到了理想狀態 。

圖2 限力裝置的效果圖

2 安全帶對乘員保護的分析

為研究分析不同配置的安全帶約束系統對乘員保護的差異，開展了以同款車輛分別匹配緊急鎖止式和預緊加限力式兩種類型的安全帶，并以相同的碰撞試驗型式進行實車碰撞試驗并采集數據。根據安全帶的佩戴特征，選定肩帶力、假人的頭部傷害指數HIC36、胸部加速度和壓縮量等方面進行對比分析。

2.1 數據對比

表1 各評價項目數據對比表

2.2 試驗數據總結

通過對安全帶肩帶力及直接其影響的頭部傷害指數、胸部壓縮量等數據對比，可得出以下結論：

（1）預緊加限力式安全帶在預緊和限力功能的作用下，使安全帶作用時間提前，且將限力值基本穩定在5kN～6kN的范圍內。經核算，作用于乘員胸部的力相對降低30%以上，利于乘員傷害的改善。

（2）安裝預緊加限力式安全帶的試驗車輛，頭部加速度相對較低，而且頭部傷害指標HIC36值明顯降低，更利于對假人頭部的保護。

（3）安裝預緊加限力式安全帶的試驗車輛，駕駛員和乘員的胸部壓縮量分別降低7.65mm和18.81mm，對胸部的保護效果明顯。由于安全帶限力裝置的作用，安全帶的肩帶力達到一定值后，限力桿開始起作用，會適當的放松安全帶，使肩帶力維持在一個固定范圍內，為胸部帶來很好的緩沖作用。

綜上所述，安裝預緊加限力式安全帶的試驗車輛，安全帶肩帶力降低明顯，對乘員的頭部、胸部等部位的保護效果明顯優于安裝緊急鎖止式安全帶的試驗車輛。同時，車輛在安全性和評價等級方面也相應的有所提高。

3 結語

本文驗證了車輛安全帶由普通緊急鎖止式提升為預緊加限力式后，可有效降低乘員頭部、胸部等部位的傷害，說明通過單項的約束系統優化可以在一定程度上提高車輛安全性和評價等級。同時，就車輛系統安全性開發方面，還應綜合考慮安全的車身架構、約束系統的合理匹配（如安全帶、安全氣囊、座椅、轉向管柱等），同時加持主要預防性的主動安全技術。

最后，呼吁人們為了安全，請自覺佩帶安全帶。