汽车安全带技术研究

王新华 吴海臣 李宁 李振兴 李文中

吉利汽车研究院（宁波）有限公司 浙江省宁波市 315336

1 引言

在人们日常出行选择的交通工具中，汽车是最常用、最方便的出行工具。经济飞速发展的今天，私家车越来越普及，已经成为大多数家庭日常出行不可缺少的工具，家用汽车在中国普通家庭的普及率也越来越高，有的家庭甚至有了第二辆车、第三辆车。

但是随着汽车保有量的不断攀升，也带来了其它问题，如汽车尾气排放导致环境污染、道路拥堵严重、停车难等等问题。当然，最重要的是交通事故发生的频率也随之攀升。在所有的交通事故中，汽车交通事故产生的伤害是最严重的。世界各国政府现在已将治理汽车交通事故伤害问题列为重要内容。根据统计，大约有120 万人每年死于交通事故会，4000 万以上在事故中受伤或致残。这不仅给家庭带来了情感伤害和财产严重损失，同时也给国民生产总值带来了不小的损失。

随着人们安全意识的提升，用户在选购家用汽车时，不仅对外观、空间、节能等方面进行考虑，同时对汽车安全性的考查已经成为选购车型的重要参考依据。

安全带是保护驾驶员及乘员出行安全的最简单、最有效的被动安全系统。随着汽车技术的发展，安全系统将越来越完善、智能化，安全带新技术将成为提升汽车安全性的有力支撑。

2 汽车安全法规

全球汽车法规体系包括美国的FMVSS，欧盟EEC、ECE，日本TRIAS。我国汽车安全法规来源于欧盟法规体系。

图1 汽车安全法规体系

我国现有的安全法规主要包括：正面碰撞的乘员保护、侧面碰撞乘员保护、后碰燃油系统安全要求。同时在安全气囊模块、行人保护等方面也有相关的法律法规。随着法规的不断完善，汽车安全技术也在法规的推动下随之不断发展、完善和提升。

3 安全带发展历史

关于安全带的起源，有多种不同的说法。被人们较为普遍认可的是在1885 年的马车上首次使用安全带。1902 年在美国纽约举行的汽车竞技赛上，首次出现了安全带装置。上世纪50 年代，别克汽车第一次将安全带作为标配使用在车身上。随后美国推出强制性法规，强制在汽车上使用安全带，这大大促进了安全带的普及，也为人们使用汽车增加了更高的安全系数。

4 安全带用途

汽车安全系统分为主动安全系统和被动安全系统。

主动安全系统能够有效防止车辆在行使中发生意外，包括主动刹车系统、车道偏离提醒系统、ACC 自适应巡航系统等。

当车辆发生碰撞时，被动安全系统能够有效降低乘员因车内物体的碰撞带来的伤害。被动安全系统包括安全带、安全气囊等装置，在内饰零件上还会采用吸能的材料，在发生碰撞时乘员与内饰发生的二次碰撞的伤害减到最小。安全气囊会在碰撞时弹出以避免乘员与车内物体发生二次碰撞。

被动安全系统在碰撞中与乘员产生作用，直接影响到乘员受到伤害的程度，是提高汽车被动安全性能的关键所在。

图2 安全气囊

图3 安全带和气囊对乘员的保护

5 安全带的基本工作原理

当车辆发生碰撞时，安全带中的加速度传感器会探测到织带快速拉出，人体在惯性的作用下会向前冲出。此时，安全带感应到加速度会立即触发锁止机构，从而让织带无法继续拉出，起到防止乘员继续向前冲出而发生车内二次碰撞的情况发生。

当车辆发生侧翻，车体倾斜角度达到27°时，安全带必须锁止，此时也能有效保护乘员的安全。

6 安全带的结构

安全带一般来说包括预紧器、织带、高度调节器、PLP 预紧装置、卷收器、锁扣、高度调节器等。下面就主要结构做简要介绍：

6.1 高度调节器

安全带高度调节器是为满足不同身高、体重的顾客乘坐的需要，调整安全带上安装点的高度，这样乘客使用安全带能更加舒适。更重要的是，高度调节器可避免安全带系不到位造成脱落，如脱落则无法起到保护乘员的作用。

图4 安全带佩戴的正确位置

6.2 锁扣

当锁舌插入时，锁扣将其锁住，形成固定点。现在很多车上都有安全带提醒装置，其功能一部分来自座垫下的重量传感器，一部分来自锁舌。当乘客坐到座椅上时，身体的重量会传输到重量传感器上，传感器会感知有乘客坐在座位上。同时，锁舌如果没有扣入锁扣，其电路没有形成通路，信号就会传递给行车电脑，提醒装置发出声音提醒顾客系好安全带。

图5 锁扣

6.3 卷收器和PLP 预紧装置

卷收器一般包括框架、织带、角度感应器、加速度感应器、锁止机构等。

卷收器基本功能是锁止。当发生碰撞时，人体会快速往前冲，同时织带也会快速拉出，此时，织带受到一个加速度会立即锁止，从而避免人体继续前冲。

图6 卷收器

在卷收器中，可以增加预锁紧装置。碰撞时，预紧器点爆，通过安全带里面的机构将织带回卷，把人的胸部拉回座椅，降低碰撞带来的伤害。

卷收器中还可增加扭力杆，在织带勒紧人体的时候，起到缓冲作用，从而使人会舒适一些。车辆发生碰撞时，织带开始锁止，扭力杆其中一端固定不动，另外一端将会塑性旋转，从而吸收掉一部分人承受来自织带的压力，形成一段缓冲，人就会感觉舒适一些。还有的安全带安装两个扭力杆，人体感受就更舒适一些。

图7 预锁紧装置

图8 扭力杆

PLP 是腿部预紧装置。发生碰撞时，通过点火引爆，产生高压气体推动管里的活塞，拉动钢丝绳，把连接织带的机构收紧，将乘员的臀部和腿部拉回座椅。

图9 PLP 装置

6.4 PPMI

主动预紧式安全带。带有ECU 的电机连接安全带内部，根据各种工况控制织带的拉出、回收。带有PPMI 的安全带由于有ECU，需要参与整车的标定和调教，成本较高。这种安全带会根据乘客的身型自动收紧，在车辆行使过程中，安全带会随着制动踏板收紧将乘客拉回座位。这种安全带由于受到成本限制，一般会用在豪华车型上。

7 安全带分类

按固定方式分类，可分为如下四种：

①腰带式

又叫两点式安全带。此种安全带可以防止乘员被甩出车外，但躯干上部有可能与车内物体产生二次碰撞。目前两点式安全带在飞机上广泛使用。

②肩带式

与腰带式不同，此种安全带在汽车发生碰撞时，容易使乘员下半身向前方冲出，因而对人体的保护还不是特别理想。

③三点式

在汽车上应用广泛。由腰带和肩带组成，可以有效保护乘员防止其冲出座位。其中第一点卷首器安装在B 柱内板与侧围外板之间的下端腔体里，第二点安装在B柱内板上端，第三点为锁扣，使用时锁舌扣合到锁扣处扣好。

④全背式

由两条肩带和一条腰带组成，此种安全带保护乘员性能良好，但由于对人体的约束较多，会给乘坐者带来过于紧绷的不舒服的体验。一般在赛车上使用，可以更好地保护赛车手的安全。

图10

按功能分类，可分为普通式、限力式、预锁紧式。

①普通式

由于结构限制，对人体的保护效果非常有限，一些价格比较低的小汽车和商务车会采用此种安全带。

②限力式

在普通式基础上，在卷收器中增加了限力杆，当车辆收到外界冲击，安全带承受的力超过某一值时，限力杆会产生扭曲变形限制织带的拉长，它将作用在安全带上的力，限制在设定的某一定范围内，降低胸部加速度和胸部位移量，从而可以缓解安全带给乘员胸部带来的冲击。中低端乘用车会采用此种安全带。

使用安全带限力器可降低头部的一半伤害。

表1 胸部减速曲线

③预锁紧式

此种安全带，相对限力式又有了升级，增加了预锁紧装置。车辆发生碰撞时，安全气囊ECU 会发出点火信号，预紧器内的火药燃烧产生高压气体作为织带收紧动力，减少织带的松弛量，消除织带与人体间隙。预锁紧装置会收紧织带，从而使乘员尽量靠近座椅靠背，降低人体头部和胸部的加速度，达到保护人体的目的。中高档轿车中目前广泛采用此种安全带。奥托立夫的自适应安全带限力器，控制时间短，在碰撞时，可根据事故的严重程度调整限力器拉紧力。

④预卷+自适应限力式

在预锁紧式基础上增加了预卷电机系统。通过车辆的雷达系统感知车辆与前车间距，当这个距离小于预先设定的范围时，安全带ECU 发出信号控制电机运动，消除织带与乘员间的间隙，并且，提醒装置会提醒驾驶员紧急制动来保证乘员安全。

8 结论

为最大限度地降低交通事故带来的损失，我国近些年来通过不断完善、提升安全相关的法规、标准来尽可能地避免交通事故的发生。各大车企也纷纷加大安全性能的研发投入，确保汽车的安全性能。

安全带是保证汽车安全的最重要的装置之一。相信未来汽车安全带会有更加安全、有效、智能、舒适的技术推出，为保护乘客的安全发挥更大更强的作用。