汽车安全带佩戴状态下拉出回卷力调查研究

蒋智鹏 卢文明

中汽研汽车检验中心（天津）有限公司 天津市 300000

1 引言

随着消费者对汽车乘坐舒适性要求的不断提高，汽车安全带的拉出回卷力开始引起各整车企业以及安全带生产企业的重视。安全带的卷收力通过织带作用在人体胸部及肩部，过大的卷收力使得乘员在长时间佩戴安全带后感到不适，而足够的卷收力才能使乘员佩戴安全带后能够自动收紧以减少松弛，减少事故中乘员的移动，并能够在解锁后自主而快速的复位，确定合适的安全带拉出回卷力是目前行业研究的方向之一，而这方面的研究离不开对佩戴状态下安全带拉出回卷力的准确测量。

2 安全带拉出回卷力的测量方法

2.1 台架安装的测量方法

台架安装的测量方法需将安全带卷收器按照指定的角度及相对位置安装到一台架上，安全带另外一端被牵引使织带从卷收器中拉出或回卷，牵引端布置有力传感器，可以采集织带拉出回卷过程中的张力，如图1所示。

图1 台架安装测量安全带拉出回卷力

测量的具体步骤如下：

（1）确认卷收器安装状态，包括安装角度、织带有效长度、导向件安装点与卷收器安装点的距离等信息；

（2）根据产品信息设置设备相关参数及调整台架悬臂，设置织带拉出及回卷长度、速度以及测量的限值，将力传感器读数清零；

（3）安装安全带产品，保证卷收器安装角度以及导向件安装点与卷收器安装点的距离，复位台架悬臂；

（4）启动牵引端，使其按照规定的速度将织带拉出或回卷；

（5）根据力传感器采集的数据，判定指定织带包卷量下的拉出及回卷力。

2.2 手动拉出的测量方法

手动拉出测量即试验人员手持测力计，通过测力计手动将安全带织带拉出或放回，测力计的测量端通过销针与织带连接，如图2所示。

图2 手动拉出测量安全带拉出回卷力

测量的具体步骤如下：

（1）将安全带总成按照装车状态安装到动态试验台架或实车上，拉出安全带使其正确佩戴在人体上；

（2）在织带上作标记，假人佩戴安全带后让织带回卷到底，在织带与吊环接触处做标记A，靠近卷收器与标记A距离10mm处做标记B；

（3）在假人肩部的织带处插上销钉，用于连接测力计；

（4）拉出织带，通过测力计使织带按照规定的速度回卷，当标记B接触吊环后记录测力计读数。

2.3 佩戴状态的测量方法

将织带依次绕测量装置的作用轮，通过压紧轮将织带与主动轮紧压在一起，步进电机带动主动轮转动从而使织带以规定的速度拉出或回卷，如图3所示。

图3 佩戴状态测量安全带拉出回卷力

测量的具体步骤如下：

（1）测量安全带在使用过程中的织带拉出量，并使安全带正常佩戴于人体上；

（2）使测量装置导向轮、主动轮的中心连线与规定位置的织带平齐，将装置读书清零；

（3）将织带绕过测量装置，拧紧压紧轮使织带与主动轮紧压在一起；

（4）解锁安全带锁扣，启动装置使织带以规定的速度回卷至步骤（1）所测得的织带拉出量，再拉出相同长度的织带；

在步骤（4）的整个过程中装置所记录的力便是安全带在佩戴过程中的织带回卷及拉出力。

3 安全带拉出回卷力的比对测量

选取某车型前排左侧安全带进行织带拉出回卷力比对测量，测量佩戴过程中织带拉出最后80cm过程中的拉出及回卷力。测量过程织带拉出回卷速度为10mm/s。

3.1 佩戴状态测量与台架安装测量的比对结果及分析

比对测量结果见图4。与出带口的测量结果作比较，台架安装测量和佩戴状态测量的织带拉出力明显变大、回卷力明显变小，说明织带经在过卷收器出带口后的路径上存在较大阻力。而佩戴状态测量与台架安装测量的结果存在差异，说明台架安装测量的过程中不能完全复制织带在路径改变处的状态。

图4 佩戴状态测量与台架安装测量的比对结果

3.2 佩戴状态测量与手动拉出测量的比对结果及分析

抽取30名试验人员在假人佩戴状态下，采用手动拉出测量的方法测量安全带的卷收力，记录测试结果见表1。

采用佩戴状态测量的方法，对相同状态安全带产品进行卷收力测量。重复测量30次记录测试结果见表2。

根据表1、表2的测试结果计算平均值与标准差见表3。

表1 手动拉出测量方法的测试结果

表2 测试结果统计比对

根据表3可知，佩戴状态测量结果的一致性远好于手动拉出测量，且佩戴状态测量结果的均值大于手动拉出测量。分析原因为手动拉出测量的过程中，试验人员不能保持恒定的织带受力状态，加上每次回卷时织带自由端经过人体会存在不同的摩擦，造成手动测量结果离散型比较大。而佩戴状态测量能够很好的保持织带的拉出角度和速度，通过测量装置压紧轮与主动轮的隔离，织带自由端经过人体会的摩擦不会传递到力感应装置上，故其测量结果一致性较好。

表3 佩戴状态测量方法的测试结果

4 影响测量结果的因素分析

通过比较三种测量方式的实施过程，发现在测量过程中变化的因素有织带拉出角度和织带拉出速度。

4.1 织带拉出角度的影响

选取某型号织带，过导向件前施加恒定的大小为10N的力，拉出角度（织带与水平面的夹角）α分别取0°、30°、50°，拉动距离为200mm，测量过导向件后的织带拉力Fs如图5所示。可见随着拉出角度α的增大，拉出过Fs增大、回卷过Fs减小。

图5 拉出角度对测试结果的影响

4.2 织带拉卷速度的影响

固定织带拉出角度α=30°，改变织带拉卷速度。分别测量拉卷速度为500mm/min和2000mm/min下的织带拉力Fs如图6所示。可见随着织带拉出回卷速度的增加，拉出力变大、回卷力变小。

图6 不同拉卷速度的测试结果

5 结语

对佩戴状态测量、台架安装测量和手动拉出测量三种测量方式的结果进行了比对分析，发现台架安装测量的方法因不能完全复制安全带实际使用时与车内部件的接触以及织带路径的变化，不能直观反映出乘员在佩戴过程中受到织带的束缚；手动拉出测量的方法由于不能保持恒定的织带运动状态，其测量结果一致性较差。进一步对影响测量结果的因素进行了分析，发现织带拉出力会随着拉出角度的变大、拉出速度的增加而增大，织带回卷力会随着拉出角度的变大、回卷速度的增加而减小。