校车座椅三点式安全带上固定点调节范围仿真研究

谢沐男 胡 伟

（重庆车辆检测研究院有限公司，重庆 401122）

校车座椅三点式安全带上固定点调节范围仿真研究

谢沐男 胡 伟

（重庆车辆检测研究院有限公司，重庆 401122）

本文针对配有三点式安全带的校车座椅的上固定点进行研究，对其在不同高度下对P6假人的保护情况进行仿真分析，得出校车座椅三点式安全带上固定点合理的调节范围，以期为将来的标准修订提供一定的依据。

安全带 固定点 调节范围 P6假人 仿真分析

引言

目前市场上的乘员约束系统以及相应的国家法规标准多是根据成人身体尺寸设计，而儿童身体尺寸与特征相比于成人身体尺寸相差很多，因此针对校车的相关标准中也放弃了公认保护效果优于两点式安全带的三点式安全带。所以，探讨并设计针对儿童乘员约束系统的相关规范和标准迫在眉睫。

1 安全带上固定点高度选取

根据法规GB14167-2013《汽车安全带安装固定点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点》的相关要求，安全带上有效固定点的布置位置范围如图1所示。

图1 安全带上有效固定点的位置

在此法规标准中，安全带上有效固定点区域的确立与人体的H点直接相关。人体坐在座椅上，人体基本姿态确定后，法规区域也便确定下来。根据标准中第4.3.3.2条款的描述：

安全带上有效固定点应位于垂直于座椅纵向中心面，并与躯干线成65°角的FN平面下方。对于后排座椅，此夹角可减小至60°。FN平面与躯干线相交于D点，此时须保证DR=315mm+1.8S。但是，当S≤200mm时，DR=675mm。

由于本文研究的对象是校车座椅，根据测量S＜200mm，故取DR为675mm。根据余弦定理，可以计算出以DR为斜边、与CR共线的直角边的长度约为552.9mm。

根据图1标注的数据，可以计算出阴影部分上限至下限的宽度为182.9mm，即从R点上移450mm至上移约632.9mm。因此，本文如图2至图6所示以P6假人H点为基准，上移630mm接近至安全带上有效固定点布置范围的上限值为安全带上固定点最高点，以30mm为单位下移4次，通过安全带上固定点高度的变化，分析不同高度下的约束系统对P6假人的保护情况。

2 安全带上固定高度对儿童头部损伤的仿真结果分析

本次仿真分析建立了双排校车座椅的模型，嵌入两个标准P6假人有限元模型，并装入三点式安全带，座椅间距为标准要求的690mm。模型按照校车标准减速度曲线进行加载，碰撞速度为30km/h。针对头部的仿真结果如图7至图11所示。

图2 上固定点最高点

图3 上固定点次高点

图4 上固定点第三高点

图5 上固定点第四高点

图6 上固定点最低位置

图7 最高点左、右席P6假人头部加速度曲线及HIC值

图8 次高点左、右席P6假人头部加速度曲线及HIC值

图9 第三高点左、右席P6假人头部加速度曲线及HIC值

通过图中5个不同上固定点高度下儿童乘员头部的加速度以及HIC值情况可以看出，配备有三点式安全带的校车座椅的约束系统对儿童头部的保护较好，最大合成加速度峰值均未超过35g，HIC值均未超过50，大大低于500的国家标准，证明合理的三点式安全带上固定点布置范围，可以使三点式安全带对儿童乘员的头部起到很好的保护作用。

3 安全带上固定高度对儿童胸部损伤的仿真结果分析

肋骨是形成胸部整体架构的主要骨骼，儿童较之成人更为柔韧，因此在汽车碰撞过程中不易发生骨折。但是，它的刚度不够，就会使内部器官承受更大的压力而发生损伤。当胸部受压超过一定阈值后，其内部的主要器官包括心脏和肺就会有很高的概率而受到损伤[3]。特别是约束系统与儿童乘员不匹配时，这种情况就更为严重。因此，本部分通过分析安全带上固定点高度对P6假人的胸部合成加速度、胸部位移量以及胸部压缩量三方面的影响，探讨其对P6假人胸部损伤的影响。

图12至图16为安全带上固定点不同高度下，P6假人胸部合成加速度的曲线。

图11 最低位置点左、右席P6假人头部加速度曲线及HIC值

通过图12至图16显示的数值曲线可以看出，当安全带上固定点处于最高点位置点和次高位置点时，左右两侧P6假人胸部合成加速度均未超过30g，完全符合相应的国家标准，可以对儿童假人起到非常好的保护作用。当安全带上固定点处于第三高点位置时，右侧假人胸部最大加速度峰值达到了37.2g，ThAC值达到了32.1g，已经超出30g的国家标准。当安全带上固定点的位置继续下降，处于第四高点位置时，左侧假人胸部加速度峰值达到了33.1g，ThAC值达到26.8g，逼近标准上限，右侧假人胸部加速度峰值达到了40.3g，ThAC值达到33.6g，继续超过30g的国家标准。当安全带上固定点处于本次仿真研究的最低点位置，左侧假人的胸部加速度峰值达到了31.7g，ThAC值达到28.1g，右侧假人胸部加速度峰值达到44.2g，ThAC

图12 最高位置点左、右席P6假人胸部加速度曲线

图13 次高位置点左、右席P6假人胸部加速度曲线

图14 第三高位置点左、右席P6假人胸部加速度曲线

图15 第四高位置点左、右席P6假人胸部加速度曲线

图16 最低位置点左、右席P6假人胸部加速度曲线

值达到35.3g，超过国家标准。

通过仿真计算可以看出，P6假人的胸部前移量、胸部压缩量与安全带上固定的高度位置并没有十分密切的关系。在不同高度位置情况下，胸部前移量均未超过75mm，最大值为安全带上固定处于最高点位置时的右侧假人的74.1mm。相较于690mm的法规标准座椅间距，均可保证安全带很好地将儿童乘员约束在合理范围内，保证儿童乘员不撞击到前排座椅，最大程度上保护儿童乘员。同时，通过计算，假人胸部压缩量均小于20mm。虽然相关法规标准中对于胸部压缩量并没有详细的考核标准，但参考正碰标准GB11551中胸部压缩量不超过75mm的要求，可以看出家人胸部压缩量处于较低的量值范围内。

4 总结

通过仿真计算安全带上固定点处在不同高度位置情况下对P6儿童假人头部HIC值、胸部合成加速度、胸部位移量和胸部压缩量进行分析考核，发现在安全带上固定点处于最高位置点至次高位置点时，即从P6儿童假人H点上移630mm至600mm范围内，对儿童乘员的保护效果最好，HIC值、胸部合成加速度、胸部位移量以及胸部压缩量均处于较好状态，完全符合国家相应标准。而当安全带上固定点处于第三高位置点，左侧假人ThAC值已经逼近30g国家标准上限，而右侧假人胸部ThAC值已经超过30g的标准限值。同时，随着安全带上固定点位置的不断下移，假人胸部合成加速不断增大，对儿童乘员的伤害也不断增大。

[1]卢静.集成式儿童乘员约束系统优化匹配及设计理论研究[D].长沙：湖南大学，2013.

Simulation of Fixed Point Adjustment Range of Three Point Safety Belt on School Bus Seat

XIE Munan，HU Wei
(ChongQing Vehicle Test&Research Institue Co.,Ltd., ChongQing 401122)

The according to the equipped with three point safety belt of the school bus seat fixed point for research, the in different height of P6 dummy protection simulation analysis, obtained the school bus seat three point safety belt fixed point to a reasonable adjustment range. To provide a basis for future revision of the standard.

safety belt fixed point, adjustment range, P6 dummy, simulation analysis

重庆市质量技术监督局（CQZJKY2014016）。