安全帶在約束系統集成中的應用

張騁

摘 要：安全帶是汽車安全出行的重要保障，能夠有效減少汽車碰撞后對乘客的二次傷害。當汽車發生碰撞事故后，安全帶可以將車內人員約束在座椅上，吸收撞機的能量，化解車內人員的慣性力，進而保護其頭部和胸部。由此可見，安全帶在汽車的約束集成系統中發揮著重要的作用。所以本文從安全帶的基本工作原理入手，首先分析安全帶的分類，然后探究安全帶在約束系統集成中的應用，希望可以借此給汽車約束系統的相關研究提供一定的參考。

關鍵詞：安全帶 約束系統 應用

Application of Safety Belt in Restraint System Integration

Zhang Cheng

Abstract：Seat belts are an important guarantee for the safe travel of cars and can effectively reduce the secondary injury to passengers after a car collision. When a car crashes， the seat belt can restrain the occupants in the seat， absorb the energy of the collision， resolve the inertial force of the occupants in the car， and protect their head and chest. It can be seen that seat belts play an important role in the restraint integrated system of automobiles. Therefore， this article starts with the basic working principle of seat belts， first analyzes the classification of seat belts， and then explores the application of seat belts in restraint system integration， hoping to provide a certain reference for related research on automobile restraint systems.

Key words：seat belt， restraint system， application

在機動車的傷害事故中，正面碰撞的占比最大，而且正面碰撞事故中超過60%的死者是因為沒有系安全帶。在汽車的碰撞事故中，碰撞分為兩次，首先是汽車與汽車或者其他物體之間碰撞，其次是汽車內人員與車內飾的碰撞。當汽車發生碰撞事故后，如果前排人員未系安全帶，則會向前做拋物運動，與汽車內飾發生碰撞而造成傷害，如果安全氣囊有效彈出，則可減小碰撞的傷害。當安全氣囊不能有效彈出時，車內人員的頭部和頸部則會和汽車內飾發生碰撞，這時即使車內人員使用了安全帶，也會造成不同程度的傷害。但是安全氣囊和安全帶的同時工作就可大幅度減小汽車碰撞對車內人員的傷害，相關研究表明，安全帶可使駕駛員的中度傷害危險降低60%左右。由此可見，安全帶在汽車的約束系統中發揮著極為重要的作用。

1 安全帶的基本工作原理

當汽車發生碰撞事故時，汽車由于外力的作用而出現了急劇減速或者急停，但是車內人員由于慣性的作用會繼續向前運動，如果沒有安全帶的束縛，車內乘員就會撞上方向盤、儀表盤、擋風玻璃等，甚至可能被拋離出汽車。安全帶的主要作用就是將車內乘員束縛在座椅上，避免乘客由于慣性作用而產生二次傷害，能夠有效保護乘客的頭部和胸部。

在日常的出行中，乘客系好安全帶之后，其實安全帶還有一部分在卷收器中，這部分通常處于內部，乘客無法看到。卷收器中有角敏裝置，當安全帶拉出的速度超過一定的輸值后，角敏裝置就會鎖住卷筒，這時安全帶就無法繼續拉出，進而起到約束乘客的作用。當安全帶緩慢拉出時，角敏裝置不會觸發。

2 安全帶的分類

2.1 緊急鎖止式安全帶

緊急鎖止式安全帶屬于當前最為常用的安全帶類型，它對安全帶拉出的速度較為敏感，當達到0.7g的加速度時，會在25mm內鎖死，這樣就能保護駕駛員而乘客不會撞上擋風玻璃和方向盤，減少碰撞危險。這種安全帶的造價相對較低，而且也能滿足使用的需求，因此大部分的汽車生產廠家多選擇這種安全帶。當然，緊急鎖止式安全帶也有自身的限制，它鎖死后不會釋放，因此如果汽車在高速運動發生碰撞時，很容易由于安全帶拉力過大而對車內的人員造成上海。相關研究表明，當安全帶拉力超過10000N時，人員也會受傷。

2.2 限力式安全帶

如果發生碰撞車輛的車速較高，碰撞強度也會隨之增大，因此安全帶對人的拉力也會造成傷害。限力式安全帶就是在安全帶的卷收器和鎖扣等部位增加限力機構，這樣當安全帶的拉力達到一定數值后，就會通過卷收器和鎖扣等部位的位移釋放一定量的安全帶，進而將安全帶的力維持在一定水平，避免對人員的胸部造成較大壓力。通常而言，限力安全帶的限力值不會超過6000N，可通過調節扭力桿來實現限力值的調節。當然，由于增加了零部件，限力式安全帶的造價相對較高，常用于較為高端的汽車，用于提升汽車的安全性。

2.3 預張緊安全帶

預張緊安全帶可以進一步提升車內人員的舒適性，通常會保持安全帶和人體的一定間隙，這樣在發生碰撞后，就可通過緩沖來釋放一定的沖擊力。在汽車發生碰撞后，預張緊安全帶會啟動預緊器，然后帶動卷收器回轉，這樣就會消除安全帶的松弛量，進而將乘客更好的約束在座椅上，減少汽車碰撞對人的傷害。

在汽車發生碰撞后，人們都希望拉力越小越好，但是如果拉力過小，很容易撞到方向盤。這是預張緊安全帶就可發揮作用，在保障限力值不會過大的同時還能有效的束縛車內人員，有效保障人員的安全性。

出上述幾種較為常見的安全帶類型外，還有雙極預緊安全帶、鎖扣自鎖安全帶、氣囊式安全帶和錨點預緊安全帶等。從當前的發展來看，安全帶的機構逐漸復雜化，這是為了滿足多樣化的市場需求，更好的保護車內人員。而且安全帶開始與方向盤、安全氣囊和座椅等結構結合，通過約束系統集成來更好的滿足安全性要求。

3 安全帶在約束系統集成中的應用

3.1 CAE模擬分析

為了更好的分析安全帶在約束系統集成中的作用，采用運動模擬分析汽車碰撞，如圖1所示，是緊急鎖止式安全帶和預張緊安全帶的碰撞假人運動狀態。從具體的試驗數據可以看出，緊急鎖止式安全帶使假人的胸部幾乎無法運動，而預張緊安全帶的假人還可適當的向前運動。另外，緊急鎖止式安全帶中的假人頸部完全較為嚴重，頭部有前甩趨勢。

在發生碰撞后，緊急鎖止式安全帶能夠發揮約束的作用，但是瞬間拉力較大，對假人的胸部造成較大的壓力。而預張緊安全帶在發生碰撞后，假人的胸部和頭部壓縮有明顯的改善。從這些可以看出，預張緊安全帶的性能要相對優于緊急鎖止式安全帶。除此之外，不論是緊急鎖止式安全帶還是預張緊安全帶，兩者對假人的頭部都沒有明顯的保護作用，因此頭部處于較高的風險中。當然，通常在發生劇烈碰撞后，汽車的安全氣囊會彈出，會對頭部起到一定的保護作用。

3.2 正面滑車分析

汽車在發生碰撞后，車內的多種因素都可能導致人體受傷，因此模擬真實的車內狀況可以更好的分析出安全帶發揮的作用，如圖2和圖3所示，分別為緊急鎖止式安全帶和預張緊安全帶的碰撞圖。在相同情況下的碰撞中，緊急鎖止式安全帶約束的人體盆骨部位位移相對較大，而預張緊安全帶就可有效的避免這一問題，在發生碰撞后，人體的上部軀干會繞盆骨部位旋轉，而緊急鎖止式安全帶在碰撞后，人體上部軀干幾乎是平行向前移動的。

另外，結合安全氣囊的效果，緊急鎖止式安全帶與安全氣囊的配合并不好，氣囊對假人胸部的緩沖效果十分有限，因此無法有效的吸收碰撞能量，而由于安全帶拉力較大，人員的胸部會出現不同程度的損傷。預張緊安全帶與安全氣囊的配合相對較好，能夠進一步的保護人員的胸部，進而起到緩沖的作用。

3.3 整體作用分析

從整體的分析來看，不論是緊急鎖止式安全帶還是預張緊安全帶，都可以起到約束車內人員的作用，避免車內人員與汽車內飾、方向盤和擋風玻璃發生碰撞而造成二次傷害。但是不同安全帶的效果有一定的差異。這是因為是緊急鎖止式安全帶缺少緩沖，拉全帶直接束縛人員的胸部，這樣當沖擊較為猛烈時，很可能由于拉力過大而損傷人員的胸部。另外，緊急鎖止式安全帶與安全氣囊的配合效果也略顯一般，總體效果不如預張緊安全帶。

4 結語

安全帶屬于汽車安全系統中重要的組成部分，在汽車發生碰撞后能夠有效的束縛車內人員，進而減小碰撞二次傷害對車內人員的傷害。本文從安全帶的工作原理和分類入手，細致對比了緊急鎖止式安全帶與預張緊安全帶在汽車約束集系統集成中的作用，希望可以借此給汽車安全帶的選擇和優化提供一定的方向。

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