主动式安全带对AEB乘员离位的改善方案

刘昕耀 刘雪姣 韩啸

摘要：自动紧急制动（AEB）作用时会产生乘员离位现象，乘员离位在碰撞中对乘员胸部伤害会产生不利影响。通过仿真验证得出，主动式安全带在预碰撞阶段的预紧会改善乘员离位情况，并且加快预紧作用过程的反应速度和加大预紧力值均能提升对乘员的约束，而通过系统匹配，调整主动式安全带在预碰撞阶段预紧启动时间，可实现对乘员更好的约束效果。

关键词：AEB；乘员离位；主动式安全带

中图分类号：U463.9  收稿日期：2023-11-09

DOI：1019999/jcnki1004-0226202401016

1 前言

近年来，自动紧急制动（AEB）在各种新车评价规程和法规中要求逐步细化完善，促使AEB已经成为新上市乘用车的标配。AEB系统对于提高道路交通安全性具有重要意义，但研究认为，AEB系统作用造成乘员偏离被动安全设计中的正常坐姿位置，与没有配置AEB系统的同等强度碰撞事故相比，将使原约束系统匹配方案无法发挥最佳保护效果，导致车内乘员伤害程度增加[1]。

汽车安全的两个方向即主动安全和被动安全正在不断融合，随着主动安全的快速发展，被动安全中安全带也在配合主动安全的发展进行新品及功能的研究，主被动融合也是安全带企业未来关注的内容。主动式安全带技术结合主动安全和被动安全的技术，在碰撞发生前对佩戴者提前预紧，预碰撞时回收安全带提前将乘员固定在座椅上，并在发生碰撞后实现传统安全带的基本功能。主动式安全带是目前为主被动融合提供的重要的安全带技术之一。2024版CNCAP路線图中提到增加主动式安全带的加分项，将大大推进主动式安全带的发展。

2 AEB制动作用下假人离位

文献[2]对提取得到的参数进行正态分布统计分析，得出在最大制动减速度的分布图中，制动平均减速度为7.6 m/s2，并指出制动加速度越大，离位程度越大。通过整理查阅相关文献，在一级制动减速条件下，设置制动减速度为8.0 m/s2，仿真通过设置加速度滑台模型实现AEB功能的模拟，AEB时间为300 ms，随后发生国标GB 14166-2013中T型波波形50km/h碰撞，模型搭建设置按照国标GB 14166-2013滑台试验进行模拟。

模型搭建严格参照国标GB 14166-2013滑台试验参数设置，如图1所示，刚性座椅与标准一致，卷收器、D-ring、带扣、端片固定点按照标准要求位置布置。

按照国标GB 14166-2013标准要求分析图2所示位置，T点为躯干参考点，用以评估假人胸位前移量，P点为骨盆参考点，用以评估假人骨盆前移量。在仿真模型中测量假人的胸位前移量和骨盆前移量，判定假人运动情况。在仿真模型中测量假人的骨盆前移量和胸部前移量。

查看T躯干参考点和P骨盆参考点位置假人前移量情况，输出曲线如图3所示。带有AEB作用时间300 ms内假人离位情况，假人在210 ms骨盆前移量最大，在220 ms胸部前移量最大。在发生碰撞开始时间即300 ms时刻，假人骨盆前移量为2.089 mm，变化不大，胸部前移量为66.088 mm，变化较大。

图4所示为无AEB和有AEB两个工况在碰撞前的状态对比，有无AEB的工况对比结果可以看出碰撞前假人状态相差较大。在添加AEB以后，骨盆位移变化小，胸部位移变化大，也就是前倾加重，假人产生离位现象明显。

图5所示为有无AEB工况假人发生碰撞后即模型中300 ms以后胸压对比，通过仿真动画可以看到370 ms以后假人胸部撞击假人腿部，胸压无论在撞腿前后均增加，且最高的时间点提前。

如图6所示，通过查看安全带力值情况，卷收器出口力B1，最大值出现在220 ms，力值为316 N。肩带力值B3，最大值出现在206 ms，力值为363 N。因此，我们设计主动式安全带的目标，安全带最大力值实现时刻大于此数据中显示的力值，或者提前预紧需要在220 ms以前作用，才能实现主动式安全带对假人的约束作用［3］。

3 主动式安全带对于假人离位改善方案

根据目前主动式安全带的数据收集，选择主动预紧启动时间为0，反应时间为40 ms，即在触发后40 ms开始预紧，预紧作用时间持续60 ms即在100 ms左右到达肩带力值最大值350 N。参照传统预紧的影响参数，提出主动预紧改善方案包括预紧速度提升、预紧力值增大、预紧开始时间提前等方案［4］。设置6种工况对比：

a.AEB基本工况，简称AEB。

b.带主动式安全带的AEB工况，AEB启动后40 ms预紧开始，简称AEB+PP+40 ms。

c.主动预紧速度提升，将主动预紧力值上升时间由60 ms提速到20 ms，简称AEB+PP+fast。

d.主动预紧力值增大，将主动预紧肩带力值350 N提升到750 N，简称AEB+PP+high force。

e.主动预紧开始时间与AEB启动同时，预紧开始时间为0，简称AEB+PP+0 ms。

f.AEB启动前40 ms主动预紧开始，主动预紧开始时间为-40 ms，简称AEB+PP-40 ms。

以上6种工况，进行仿真模型的搭建，设置相应的参数。运算以上6个工况，查看假人运动趋势，对比查看假人的胸位前移量和骨盆前移量，列出仿真结果如表1所示。

通过对比胸位前移量和骨盆前移量发现，骨盆前移量变化不大，证明假人臀部运动幅度较小，胸位前移量变化较大，所以主要关注胸位前移量的对比数据，来体现假人运动趋势的差异。

工况1和工况2对比，工况1普通安全带胸位前移量为66.1 mm，工况2带有主动式安全带胸位前移量为54.9 mm。由此看出，在碰撞前的主动预紧功能对假人起到一定的约束作用。

参照普通预紧安全带的设计思路，主动式安全带的预紧表现作用应该与传统的预紧限力安全带一致。增加普通预紧安全带的预紧的反应速度，会提升对假人的约束。而增大普通预紧安全带的火药量，加大其反应力值，也是提升假人约束效果的有效方法［5］。因此参照此思路，将主动式预紧安全带的预紧参数作出相应的调整，设计工况3和工况4进行验证。

工况2和工况3对比，工况2带有主动式安全带胸位前移量为54.9 mm，工况3加快主动预紧反应速度的模型假人胸位前移量为41.6 mm。由此可以得出，加快主动预紧作用时的反应速度，可以提高约束效果。

工况2和工况4对比，工况4提高主动预紧力值假人胸位前移量为6.2 mm。因此得出提高主动预紧力值可以增加约束效果，改善明显，通过匹配优化，甚至可以达到消除假人离位的效果。

在普通预紧限力式安全带中点火时间的设置，在整个系统匹配中起到关键的作用［6］。预紧器内的火药燃烧产生高压气体作为织带回卷动力，消除安全带与乘员之间的间隙。而对于预紧效果来说，点火时间设置应该是在假人并未开始运动但即将开始运动的时候，预紧作用效果最好。

同样的思路，不同的主动式安全带的预紧开始时间，对于假人离位的改善也会产生不同作用，因此设定不同主动预紧的启动时间，对比假人离位情况，设计工况5和工况6进行验证。

工况2、工况5和工况6对比，可以看出，主动预紧开启的时间对约束效果影响很大，本次仿真中AEB启动和主动预紧开始时间相同，约束效果最好。由此可以得出，主动预紧启动时间设置也是需要与车辆主动安全的相应参数进行匹配的，主动预紧开启的时间对约束效果影响很大，本次仿真中AEB启动和主动预紧开始时间相同时，约束效果最好，这与我们传统烟火预紧的原理相似［7］。

4 结语

本文使用仿真方式对主动式安全带关于AEB乘员离位情况进行验证。首先验证AEB功能会导致乘员离位，后通过增加主动式安全带功能以及修改相应参数，使用不同工况的仿真分析结果对比，得出以下结论：

a.AEB作用以后，胸部位移变化大，乘员存在前倾趋势，产生明显的乘员离位现象。

b.主动式安全带在碰撞前的预紧功能可以改善乘员离位现象。

c.提高主动预紧速度和主动预紧力值，可以增加乘员约束，甚至能消除AEB导致的乘员离位。

d.主动式安全带在碰撞前，不同预紧开始时间作用不同。

综上所述，主动预紧式安全带对于乘员约束的作用，与传统的烟火预紧原理是一样的，预紧越快，力值越高，约束越好。但考虑到实际产品能力以及成本，增加反应速度和提高力值目前可实现的可能性較低。对预紧的时间调整是最简单有效的解决方案。开始预紧时间需要跟乘员开始运动时间进行系统匹配，以达到最优的约束效果。

本文通过使用模拟仿真计算，研究主动式安全带在碰撞前的预紧作用效果，通过不同工况对比，得出有效的改善建议，为主动式安全带的开发匹配提供参考方案。

参考文献：

[1]李月明，王鹏翔，张毅，等自动紧急制动对约束系统保护功能影响的研究［J］汽车技术，2022（10）：16-23

[2]曹立波，欧阳志高，贾寓词，等自动紧急制动与可逆预紧安全带共同作用下乘员损伤分析[J]中国机械工程，2016（16）：2259-2266

[3]郝毅，韩菲菲，杨帅，等AEB对前碰假人运动姿态影响研究［J］汽车零部件，2020（3）：21-25

[4]高梦琳AEB与主动安全带作用下乘员损伤分析和可靠性优化研究［D］合肥：合肥工业大学，2021

[5]崔东，祁志楠，张慧紧急制动下的驾驶员运动姿态变化与碰撞损伤研究[J]汽车工程，2020，42（8）：1060-1065

[6]周大永，李月明，王鹏翔，等基于加速滑台的主被动融合试验方法研究［J］汽车技术，2023（2）：56-62

[7]徐哲，娄磊，高冠宇，等AEB与可逆预紧安全带联合作用下乘员保护效果研究［J］时代汽车，2021（2）：188-192

作者简介：

刘昕耀，男，1987年生，工程师，研究方向为汽车安全带系统。