安全带在约束系统集成中的应用

张骋

摘 要：安全带是汽车安全出行的重要保障，能够有效减少汽车碰撞后对乘客的二次伤害。当汽车发生碰撞事故后，安全带可以将车内人员约束在座椅上，吸收撞机的能量，化解车内人员的惯性力，进而保护其头部和胸部。由此可见，安全带在汽车的约束集成系统中发挥着重要的作用。所以本文从安全带的基本工作原理入手，首先分析安全带的分类，然后探究安全带在约束系统集成中的应用，希望可以借此给汽车约束系统的相关研究提供一定的参考。

关键词：安全带 约束系统 应用

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

在機动车的伤害事故中，正面碰撞的占比最大，而且正面碰撞事故中超过60%的死者是因为没有系安全带。在汽车的碰撞事故中，碰撞分为两次，首先是汽车与汽车或者其他物体之间碰撞，其次是汽车内人员与车内饰的碰撞。当汽车发生碰撞事故后，如果前排人员未系安全带，则会向前做抛物运动，与汽车内饰发生碰撞而造成伤害，如果安全气囊有效弹出，则可减小碰撞的伤害。当安全气囊不能有效弹出时，车内人员的头部和颈部则会和汽车内饰发生碰撞，这时即使车内人员使用了安全带，也会造成不同程度的伤害。但是安全气囊和安全带的同时工作就可大幅度减小汽车碰撞对车内人员的伤害，相关研究表明，安全带可使驾驶员的中度伤害危险降低60%左右。由此可见，安全带在汽车的约束系统中发挥着极为重要的作用。

1 安全带的基本工作原理

当汽车发生碰撞事故时，汽车由于外力的作用而出现了急剧减速或者急停，但是车内人员由于惯性的作用会继续向前运动，如果没有安全带的束缚，车内乘员就会撞上方向盘、仪表盘、挡风玻璃等，甚至可能被抛离出汽车。安全带的主要作用就是将车内乘员束缚在座椅上，避免乘客由于惯性作用而产生二次伤害，能够有效保护乘客的头部和胸部。

在日常的出行中，乘客系好安全带之后，其实安全带还有一部分在卷收器中，这部分通常处于内部，乘客无法看到。卷收器中有角敏装置，当安全带拉出的速度超过一定的输值后，角敏装置就会锁住卷筒，这时安全带就无法继续拉出，进而起到约束乘客的作用。当安全带缓慢拉出时，角敏装置不会触发。

2 安全带的分类

2.1 紧急锁止式安全带

紧急锁止式安全带属于当前最为常用的安全带类型，它对安全带拉出的速度较为敏感，当达到0.7g的加速度时，会在25mm内锁死，这样就能保护驾驶员而乘客不会撞上挡风玻璃和方向盘，减少碰撞危险。这种安全带的造价相对较低，而且也能满足使用的需求，因此大部分的汽车生产厂家多选择这种安全带。当然，紧急锁止式安全带也有自身的限制，它锁死后不会释放，因此如果汽车在高速运动发生碰撞时，很容易由于安全带拉力过大而对车内的人员造成上海。相关研究表明，当安全带拉力超过10000N时，人员也会受伤。

2.2 限力式安全带

如果发生碰撞车辆的车速较高，碰撞强度也会随之增大，因此安全带对人的拉力也会造成伤害。限力式安全带就是在安全带的卷收器和锁扣等部位增加限力机构，这样当安全带的拉力达到一定数值后，就会通过卷收器和锁扣等部位的位移释放一定量的安全带，进而将安全带的力维持在一定水平，避免对人员的胸部造成较大压力。通常而言，限力安全带的限力值不会超过6000N，可通过调节扭力杆来实现限力值的调节。当然，由于增加了零部件，限力式安全带的造价相对较高，常用于较为高端的汽车，用于提升汽车的安全性。

2.3 预张紧安全带

预张紧安全带可以进一步提升车内人员的舒适性，通常会保持安全带和人体的一定间隙，这样在发生碰撞后，就可通过缓冲来释放一定的冲击力。在汽车发生碰撞后，预张紧安全带会启动预紧器，然后带动卷收器回转，这样就会消除安全带的松弛量，进而将乘客更好的约束在座椅上，减少汽车碰撞对人的伤害。

在汽车发生碰撞后，人们都希望拉力越小越好，但是如果拉力过小，很容易撞到方向盘。这是预张紧安全带就可发挥作用，在保障限力值不会过大的同时还能有效的束缚车内人员，有效保障人员的安全性。

出上述几种较为常见的安全带类型外，还有双极预紧安全带、锁扣自锁安全带、气囊式安全带和锚点预紧安全带等。从当前的发展来看，安全带的机构逐渐复杂化，这是为了满足多样化的市场需求，更好的保护车内人员。而且安全带开始与方向盘、安全气囊和座椅等结构结合，通过约束系统集成来更好的满足安全性要求。

3 安全带在约束系统集成中的应用

3.1 CAE模拟分析

为了更好的分析安全带在约束系统集成中的作用，采用运动模拟分析汽车碰撞，如图1所示，是紧急锁止式安全带和预张紧安全带的碰撞假人运动状态。从具体的试验数据可以看出，緊急锁止式安全带使假人的胸部几乎无法运动，而预张紧安全带的假人还可适当的向前运动。另外，紧急锁止式安全带中的假人颈部完全较为严重，头部有前甩趋势。

在发生碰撞后，紧急锁止式安全带能够发挥约束的作用，但是瞬间拉力较大，对假人的胸部造成较大的压力。而预张紧安全带在发生碰撞后，假人的胸部和头部压缩有明显的改善。从这些可以看出，预张紧安全带的性能要相对优于紧急锁止式安全带。除此之外，不论是紧急锁止式安全带还是预张紧安全带，两者对假人的头部都没有明显的保护作用，因此头部处于较高的风险中。当然，通常在发生剧烈碰撞后，汽车的安全气囊会弹出，会对头部起到一定的保护作用。

3.2 正面滑车分析

汽车在发生碰撞后，车内的多种因素都可能导致人体受伤，因此模拟真实的车内状况可以更好的分析出安全带发挥的作用，如图2和图3所示，分别为紧急锁止式安全带和预张紧安全带的碰撞图。在相同情况下的碰撞中，紧急锁止式安全带约束的人体盆骨部位位移相对较大，而预张紧安全带就可有效的避免这一问题，在发生碰撞后，人体的上部躯干会绕盆骨部位旋转，而紧急锁止式安全带在碰撞后，人体上部躯干几乎是平行向前移动的。

另外，结合安全气囊的效果，紧急锁止式安全带与安全气囊的配合并不好，气囊对假人胸部的缓冲效果十分有限，因此无法有效的吸收碰撞能量，而由于安全带拉力较大，人员的胸部会出现不同程度的损伤。预张紧安全带与安全气囊的配合相对较好，能够进一步的保护人员的胸部，进而起到缓冲的作用。

3.3 整体作用分析

从整体的分析来看，不论是紧急锁止式安全带还是预张紧安全带，都可以起到约束车内人员的作用，避免车内人员与汽车内饰、方向盘和挡风玻璃发生碰撞而造成二次伤害。但是不同安全带的效果有一定的差异。这是因为是紧急锁止式安全带缺少缓冲，拉全带直接束缚人员的胸部，这样当冲击较为猛烈时，很可能由于拉力过大而损伤人员的胸部。另外，紧急锁止式安全带与安全气囊的配合效果也略显一般，总体效果不如预张紧安全带。

4 结语

安全带属于汽车安全系统中重要的组成部分，在汽车发生碰撞后能够有效的束缚车内人员，进而减小碰撞二次伤害对车内人员的伤害。本文从安全带的工作原理和分类入手，细致对比了紧急锁止式安全带与预张紧安全带在汽车约束集系统集成中的作用，希望可以借此给汽车安全带的选择和优化提供一定的方向。

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