乘用車安全帶舒適性虛擬評(píng)價(jià)研究

文/周 俠 皮士華 吳雪珍

當(dāng)前，在乘用車領(lǐng)域，無論是高端車型還是中低端車型，合資品牌車還是國產(chǎn)車，前排安全帶均存在無高度調(diào)節(jié)功能的現(xiàn)象。由于安全帶高度與人體佩戴舒適性有關(guān)聯(lián)，眾多用戶抱怨的情況由此而生。

乘用車是指包括駕駛員座位在內(nèi)，座位數(shù)不超過9座的載客車輛。[1]安全帶是乘用車標(biāo)配的安全配置，涉及的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)主要有《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)》（GB 14167-2013）、《汽車座椅安全帶鎖扣》（ECE R14）和《汽車安全帶固定裝置 設(shè)計(jì)建議》（SAE J383-2022）等。這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)安全帶固定點(diǎn)、性能和試驗(yàn)等方面提出了規(guī)范要求，但目前尚未涉及安全帶舒適性要求。因此，為了進(jìn)一步提升用戶滿意度，以滿足用戶舒適度的需求，本文展開安全帶相關(guān)的舒適性設(shè)計(jì)、虛擬評(píng)價(jià)方法等標(biāo)準(zhǔn)的研究。

一、評(píng)價(jià)安全帶舒適性的標(biāo)準(zhǔn)

乘員在佩戴安全帶時(shí)，安全帶主要與乘員的頸、肩、軀干和腹等部位接觸，用于緊急情況下迅速限制人體位移，從而起到保護(hù)駕乘人員安全、減少傷害的作用。大量調(diào)研發(fā)現(xiàn)，安全帶的不舒適感主要體現(xiàn)在安全帶緊勒頸部或易從肩部滑落等方面。安全帶舒適性與不同的人體大小有強(qiáng)相關(guān)性，據(jù)《中國成年人人體尺寸》（GB/T 10000-2023），只有當(dāng)5%、50%和95%人體（5%人體為女性，50%、95%人體為男性）[2]佩戴的安全帶與頸部/肩部距離都≥10 mm時(shí)（通過大量項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，得出該數(shù)值），可認(rèn)為勒頸部/滑肩風(fēng)險(xiǎn)較低，安全帶佩戴舒適性可接受（見表1）。

表1 安全帶舒適性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 單位：mm

5%人體校核時(shí)，將座椅R點(diǎn)調(diào)整至①點(diǎn)、②點(diǎn)2個(gè)位置（見圖1）；50%人體校核時(shí)，將座椅R點(diǎn)調(diào)整至③點(diǎn)、④點(diǎn)、⑤點(diǎn)3個(gè)位置；95%人體校核時(shí)，將座椅R點(diǎn)調(diào)整至⑥點(diǎn)、⑦點(diǎn)2個(gè)位置，至少需要校核上述7個(gè)位置的人體。其中，⑥點(diǎn)為95%人體H點(diǎn)（H點(diǎn)是指模擬人體臀部點(diǎn)或臀部鉸接點(diǎn)）[3]位置，⑦點(diǎn)為⑥點(diǎn)沿人體舒適性曲線調(diào)到下極限的位置；④點(diǎn)為50%人體H點(diǎn)位置，③點(diǎn)、⑤點(diǎn)分別為④點(diǎn)沿人體舒適性曲線調(diào)整到上、下極限的位置；②點(diǎn)為5%人體H點(diǎn)位置，①點(diǎn)為②點(diǎn)沿人體舒適性曲線調(diào)整到上極限的位置。

圖1 座椅參考（R）點(diǎn)位置

二、安全帶上固定點(diǎn)和人體H點(diǎn)相對(duì)位置與舒適性的關(guān)系

依據(jù)《H點(diǎn)和R點(diǎn)確定程序》（GB/T 29120-2012），安全帶上固定點(diǎn)和人體H點(diǎn)在X、Y和Z方向上的相對(duì)距離，直接影響安全帶的舒適性。具體來說，H點(diǎn)在X方向上遠(yuǎn)離安全帶上固定點(diǎn)時(shí)（即人體往車前方向移動(dòng)），勒頸部的風(fēng)險(xiǎn)上升，滑肩的風(fēng)險(xiǎn)則降低；H點(diǎn)在Y方向上遠(yuǎn)離安全帶上固定點(diǎn)時(shí)（即人體往車內(nèi)方向移動(dòng)），勒頸部的風(fēng)險(xiǎn)降低，滑肩的風(fēng)險(xiǎn)則上升；H點(diǎn)在Z方向上遠(yuǎn)離安全帶上固定點(diǎn)時(shí)（即人體往下移動(dòng)），勒頸部的風(fēng)險(xiǎn)上升，滑肩的風(fēng)險(xiǎn)則降低（見圖2）。

圖2 安全帶上固定點(diǎn)和人體H點(diǎn)相對(duì)位置與舒適性的關(guān)系

三、基于RAMSIS軟件的安全帶舒適性虛擬評(píng)價(jià)方法

目前，在新能源乘用車設(shè)計(jì)領(lǐng)域，RAMSIS軟件在人機(jī)工程分析方面使用較為廣泛。該軟件由某公司研發(fā)，本文將通過以下的RAMSIS軟件應(yīng)用來闡述安全帶舒適性虛擬評(píng)價(jià)方法。

1.基于RAMSIS軟件的安全帶舒適性仿真方法

檢測人員使用RAMSIS軟件，設(shè)置好人體正常坐姿，上擊模塊（Modules）、安全帶分析（Belt analysis）、人體模型（Manikin）、定義（Definition）和預(yù)處置（Define）等功能按鈕后，可進(jìn)行安全帶參數(shù)的設(shè)置，如安全帶固定點(diǎn)鎖扣的長度、鎖扣旋轉(zhuǎn)軸、鎖扣和旋轉(zhuǎn)軸的偏移量、鎖扣旋轉(zhuǎn)的角度等（見圖3、圖4、圖5）。

圖3 安全帶上點(diǎn)參數(shù)設(shè)置

圖4 安全帶內(nèi)側(cè)下點(diǎn)參數(shù)設(shè)置

圖5 安全帶外側(cè)下點(diǎn)參數(shù)設(shè)置

安全帶參數(shù)定義完成后，檢測人員可返回Definition菜單，點(diǎn)擊模擬（Simulation），然后點(diǎn)擊計(jì)算（Calculate）進(jìn)行仿真，即可生成人體位于某一座椅位置時(shí)的仿真結(jié)果（見圖6、圖7）。該仿真方法同樣可以應(yīng)用于后排乘員安全帶舒適性的校核。

圖6 仿真結(jié)果（安全帶及與人體相對(duì)關(guān)系參數(shù)）

圖7 仿真結(jié)果（安全帶與人體實(shí)體數(shù)據(jù)）

2.基于RAMSIS軟件仿真結(jié)果的安全帶舒適性評(píng)價(jià)

根據(jù)以上RAMSIS軟件生成的仿真結(jié)果，檢測人員通過測量人體肩頸部特征線與安全帶的距離，來評(píng)價(jià)安全帶舒適性的好壞（見圖8）。圖8顯示，5%、50%人體安全帶與頸部與肩部邊緣距離都≥10 mm，滿足舒適性要求；95%人體安全帶與頸部邊緣距離≥10 mm，滿足舒適性要求，但是安全帶與肩部邊緣距離為負(fù)數(shù)，即安全帶出現(xiàn)滑肩現(xiàn)象，不滿足舒適性要求，需要對(duì)安全帶方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖8 5%、50%、95%人體在設(shè)計(jì)R點(diǎn)位置時(shí)安全帶舒適性評(píng)價(jià)仿真結(jié)果

3.實(shí)車主觀評(píng)價(jià)

實(shí)車階段評(píng)價(jià)人員可通過樣件或者樣車驗(yàn)證安全帶舒適性，實(shí)車驗(yàn)證是評(píng)價(jià)安全帶舒適性最可靠的方式。本次實(shí)車驗(yàn)證組織了71人進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表2、表3。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，體型較大的人體較易出現(xiàn)滑肩現(xiàn)象，與仿真結(jié)果一致。另外，出現(xiàn)了兩例中等體型人體（身高分別為162 cm、164 cm）頸部與安全帶距離較小從而引起抱怨的情況，可能由于人體尺寸差異、坐姿和個(gè)體感受不同所導(dǎo)致，屬于小概率事件，可以在評(píng)價(jià)結(jié)果中剔除。

表2 樣本情況信息

表3 某車型抱怨信息

四、 結(jié) 語

本文基于國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)狀的研究發(fā)現(xiàn)，安全帶上固定點(diǎn)和人體H點(diǎn)在X、Y、Z這3個(gè)方向上的相對(duì)距離，直接影響安全帶的舒適性；提出評(píng)價(jià)乘用車座椅安全帶舒適性的標(biāo)準(zhǔn)，即人體佩戴的安全帶與頸部/肩部距離都≥10 mm時(shí)，可認(rèn)為勒頸部/滑肩風(fēng)險(xiǎn)較低。本文建議，基于RAMSIS軟件的安全帶舒適性虛擬評(píng)價(jià)方法，對(duì)安全帶設(shè)計(jì)方案進(jìn)行虛擬評(píng)價(jià)。希望本研究能對(duì)相關(guān)企業(yè)乘用車安全帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制修訂提供一些參考。