车辆正面碰撞中安全带约束系统对乘员保护的分析

张世凯

摘 要 在各国法规及NCAP体系的推动下，车辆约束系统配置及安全性能均得到大幅度的提升。约束系统的提升，对车内乘员带来哪些好处呢？本文通过对比车辆安全带由普通紧急锁止式提升为预紧限力式对乘员的保护效果进行研究。试验表明，配备预紧限力式安全带的车辆对乘员的保护更佳，可有效提高车辆的安全性。

关键词 安全带;约束系统;预紧限力

前言

为解决严重的交通事故问题，以推进车辆安全性能技术提升为前提，许多国家，如美国、日本、欧盟以及中国，都制定了严格的安全法规和标准，以及NCAP新车评价体系。目前，车辆的安全性研究主要有主动安全和被动安全两方面。主动安全研究的方向为通过提醒以及智能等手段，防止事故的发生;被动安全性是指当车辆不可避免的发生碰撞后，通过一定的控制逻辑使安全气囊、安全带等约束系统对车内乘员进行保护，将伤害降至最低。

安全带作为约束系统的基本保障设备，其作用在于，当汽车发生碰撞时，能够瞬间锁止，以达到约束车内乘员快速向前运动，避免与车内饰件发生剧烈的二次碰撞，并配合安全气囊给乘员良好的保护作用。

1 安全带约束系统功能对比

安全带一般由卷收器、织带和锁扣等组成。按照卷收器功能的不同，安全带可划分出紧急锁止式和预紧加限力式。两种安全带均被广泛应用于车辆上，其构造及核心功能如下：

1.1 紧急锁止式安全带

卷收器中装有惯性敏感元件、回位弹簧、棘轮棘爪机构等锁止机构，安全带织带缠绕在中心卷轴上。当车辆处于正常行驶状态时，卷收器借助回位卷簧的作用，使织带被抽出后保持一定的回收力，这样即可以实现织带随佩戴者身体的移动而自由伸缩，又不会使织带松弛。当车辆发生碰撞或紧急制动，致使车速急剧降低时，卷收器内的敏感元件将驱动锁止机构锁住卷轴，使之固定在某一位置，从而约束并限制车内乘员惯性向前移动。

1.2 预紧加限力式安全带

具备紧急锁止式安全带的所有功能，且具有预紧装置和限力装置。当车辆正面碰撞不可避免发生后，安全带卷收器接收到控制单元指令，预紧装置迅速收紧安全带，将乘员提前固定在座椅上，以提高对乘员身体的束缚效果（见图1）;限力装置可以将作用于安全带的力限制在一定程度内，以缓解给乘员胸部、肩部等带来较大的冲击（见图2）。在安全带预紧装置和安全带拉力限制器的共同作用下，安全帶的保护能力几乎达到了理想状态 。

2 安全带对乘员保护的分析

为研究分析不同配置的安全带约束系统对乘员保护的差异，开展了以同款车辆分别匹配紧急锁止式和预紧加限力式两种类型的安全带，并以相同的碰撞试验型式进行实车碰撞试验并采集数据。根据安全带的佩戴特征，选定肩带力、假人的头部伤害指数HIC36、胸部加速度和压缩量等方面进行对比分析。

2.1 数据对比

2.2 试验数据总结

通过对安全带肩带力及直接其影响的头部伤害指数、胸部压缩量等数据对比，可得出以下结论：

（1）预紧加限力式安全带在预紧和限力功能的作用下，使安全带作用时间提前，且将限力值基本稳定在5kN～6kN的范围内。经核算，作用于乘员胸部的力相对降低30%以上，利于乘员伤害的改善。

（2）安装预紧加限力式安全带的试验车辆，头部加速度相对较低，而且头部伤害指标HIC36值明显降低，更利于对假人头部的保护。

（3）安装预紧加限力式安全带的试验车辆，驾驶员和乘员的胸部压缩量分别降低7.65mm和18.81mm，对胸部的保护效果明显。由于安全带限力装置的作用，安全带的肩带力达到一定值后，限力杆开始起作用，会适当的放松安全带，使肩带力维持在一个固定范围内，为胸部带来很好的缓冲作用。

综上所述，安装预紧加限力式安全带的试验车辆，安全带肩带力降低明显，对乘员的头部、胸部等部位的保护效果明显优于安装紧急锁止式安全带的试验车辆。同时，车辆在安全性和评价等级方面也相应的有所提高。

3 结语

本文验证了车辆安全带由普通紧急锁止式提升为预紧加限力式后，可有效降低乘员头部、胸部等部位的伤害，说明通过单项的约束系统优化可以在一定程度上提高车辆安全性和评价等级。同时，就车辆系统安全性开发方面，还应综合考虑安全的车身架构、约束系统的合理匹配（如安全带、安全气囊、座椅、转向管柱等），同时加持主要预防性的主动安全技术。

最后，呼吁人们为了安全，请自觉佩带安全带。

参考文献

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