不同假人動態試驗安全帶力值對比

高峰　劉雪姣　劉昕耀　韓嘯

摘 要：安全帶零部件強度滿足動態試驗不失效是研究安全帶約束性能的重要前提。在車型設計初期應注意不同假人和不同配置下強度設計值需求，以滿足動態試驗要求。而在使用第95百分位男性假人和緊急鎖止卷收器配置時，對安全帶強度要求更加嚴格。文章針對GB14166-2013剛性座椅動態試驗進行仿真分析，采用不同百分位假人以及不同卷收器配置仿真計算，進行安全帶力值對比，為安全帶零件強度設計提供參考。

關鍵詞：不同假人 安全帶力值 仿真分析 強度設計

1 前言

被動安全基本是按照標準工況特定假人設計。近些年針對不同假人的傷害研究越來越多，對于標準設計的約束系統，不同駕駛員的身高/坐高和體重參數不同，會影響約束系統的保護效果[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際情況[2]。

新車評價規程針對乘員多樣性研究越來越重視，2026版ENCAP路線圖和CNCAP規劃中，均能看到正碰、側碰、鞭打考慮乘員多樣性試驗和仿真內容。因此可以看出，針對假人多樣性研究是未來幾年的發展趨勢，而假人多樣性研究對于安全帶的基本要求是零件無失效。

GB14166-2013安全帶強制標準要求，腰帶位置錨點固定點端片強度要求14.7KN，帶扣位置力值要求9.8KN，需要滿足動態試驗后無失效。GB14167-2013安全帶固定點試驗要求施加13.5KN不應失效。但是在實際設計中，遠高于國標要求，根據對主機廠標準統計，端片和帶扣位置最高破壞強度標準要求為20KN。

GB 11552-2009乘用車內部凸出物，標準用第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行GB14166-2013波形下進行白車身動態試驗，安全帶驗證需在GB14166-2013剛座椅第95百分位男性假人進行滑車驗證，安全帶零件無失效。針對此項內容進行仿真驗證，分析安全帶力值的差異，用以優化安全帶強度的設計。

本文重點關注多樣性假人對安全帶強度需求的提升研究，特別是后排中間安全帶常見配置為緊急鎖止安全帶，對強度要求更加嚴格。

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行仿真模擬。采用國標GB14166-2013中波形，國內某知名主機廠后中位置坐標點及配置，配備預緊限力卷收器、單限力卷收器、緊急鎖止卷收器，柔性織帶鎖進行仿真驗證。

在模型中輸出安全帶力值，對比不同配置不同假人各位置零部件受力情況，用做零件強度設計的參考。

3 不同配置及假人力值結果

3.1 安全帶力值說明

判定零件在動態過程中是否有失效風險，最直接的方式就是采集零部件位置的受力情況，從而對比設計力值，來判定是否滿足動態強度要求。而在實際碰撞試驗中，D-ring、帶扣位置的受力情況是穿過導向環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，假人運動等有關，無法直接得出帶扣的受力值。因此對于帶扣明確設計力值是一個難點問題。

而在現實中難以準確測量的位置，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。對于項目前期的設計評估，有很大的指導意義。

3.2 安全帶力值結果展示

通過運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，對計算結果進行匯總。

3.2.1 預緊限力卷收器安全帶力值結果對比

如圖4所示。

3.2.2 單限力卷收器安全帶力值結果對比

如圖5所示。

3.2.3 緊急鎖止卷收器安全帶力值結果對比

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。

對比表1中預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果明顯高于GB14166-2013中的9.8KN和GB14167-2013中的13.5KN的標準要求。但目前主機廠針對帶扣和端片的最高標準力值基本均在20KN，因此目前的帶扣和插鎖均可以滿足此工況的強度要求，且有一定的安全余量。

對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。均超過目前主機廠針對帶扣和端片的最高標準力值，存在失效的風險。

對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，接近主機廠最高標準力值，存在失效風險。第95百分位男性仿真端片位置B6力值達到19.3KN，帶扣位置力值高達24.8KN。因此此工況端片存在失效風險，而帶扣受力已經大大超過國內外各大主機廠標準值，所以針對有此類特殊驗證試驗需求的車型，其帶扣設計力值應按照實車真實受力值進行設置，避免出現零件失效的情況。

針對單限力和緊急鎖止卷收器安全帶如進行剛性座椅配有第50百分位假人或者第95百分位假人動態試驗，需要按照實際情況明確設計值，重點考慮端片和帶扣的強度設計值，在設計初期做好評估分析，制定合適的標準值，避免在動態試驗中失效。

4 結論

本文對比第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緊限力、單限力、緊急鎖止卷收器，在GB14166-2013滑臺工況下仿真對比安全帶力值得出以下結論：

（1）預緊限力卷收器工況，即使使用第95百分位男性假人安全帶力值也相對較低，對于零件強度要求較低，當前安全帶廠家的帶扣和端片設計基本可以滿足要求。

（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，當前針對帶扣和端片設計存在一定失效風險，如有此工況需求，需提升帶鎖和端片的設計，留有一定的安全余量，以保證零件在動態試驗中無失效。

（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的車型需要升級端片設計，提高設計力值，對于帶扣動態承受力值較大，目前結構的插鎖存在很大的失效風險，需優化插鎖內部結構設計，大幅度提升產品強度，滿足更加嚴苛的工況要求。

安全帶作為乘員保護的重要部分，零件無失效是最基本的要求。其強度要求針對不同工況設計值不同，現在很多車型后排中間位置依舊使用緊急鎖止安全帶，而此類安全帶對安全帶零件的強度要求較高，特別是在需要做內凸試驗驗證的情況，使用第95百分位男性假人進行動態驗證其對于零件強度要求更加嚴格。對于此類安全帶初期設計過程中要重點評估安全帶零件的強度，以滿足動態試驗中更高的強度需求。

參考文獻：

[1]張光輝，田林，黃杰，等.基于智能約束系統對不同身材乘員的保護與優化[J].汽車實用技術，2021，46（12）：41-45.

[2]周惠來，武和全，王海濤.后排乘員安全帶約束系統研究[J].汽車技術，2023（02）：43-48.