乘用车安全带舒适性虚拟评价研究

文/周 侠 皮士华 吴雪珍

当前，在乘用车领域，无论是高端车型还是中低端车型，合资品牌车还是国产车，前排安全带均存在无高度调节功能的现象。由于安全带高度与人体佩戴舒适性有关联，众多用户抱怨的情况由此而生。

乘用车是指包括驾驶员座位在内，座位数不超过9座的载客车辆。[1]安全带是乘用车标配的安全配置，涉及的国内外标准主要有《汽车安全带安装固定点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点》（GB 14167-2013）、《汽车座椅安全带锁扣》（ECE R14）和《汽车安全带固定装置 设计建议》（SAE J383-2022）等。这些标准对安全带固定点、性能和试验等方面提出了规范要求，但目前尚未涉及安全带舒适性要求。因此，为了进一步提升用户满意度，以满足用户舒适度的需求，本文展开安全带相关的舒适性设计、虚拟评价方法等标准的研究。

一、评价安全带舒适性的标准

乘员在佩戴安全带时，安全带主要与乘员的颈、肩、躯干和腹等部位接触，用于紧急情况下迅速限制人体位移，从而起到保护驾乘人员安全、减少伤害的作用。大量调研发现，安全带的不舒适感主要体现在安全带紧勒颈部或易从肩部滑落等方面。安全带舒适性与不同的人体大小有强相关性，据《中国成年人人体尺寸》（GB/T 10000-2023），只有当5%、50%和95%人体（5%人体为女性，50%、95%人体为男性）[2]佩戴的安全带与颈部/肩部距离都≥10 mm时（通过大量项目经验总结，得出该数值），可认为勒颈部/滑肩风险较低，安全带佩戴舒适性可接受（见表1）。

表1 安全带舒适性评价标准 单位：mm

5%人体校核时，将座椅R点调整至①点、②点2个位置（见图1）；50%人体校核时，将座椅R点调整至③点、④点、⑤点3个位置；95%人体校核时，将座椅R点调整至⑥点、⑦点2个位置，至少需要校核上述7个位置的人体。其中，⑥点为95%人体H点（H点是指模拟人体臀部点或臀部铰接点）[3]位置，⑦点为⑥点沿人体舒适性曲线调到下极限的位置；④点为50%人体H点位置，③点、⑤点分别为④点沿人体舒适性曲线调整到上、下极限的位置；②点为5%人体H点位置，①点为②点沿人体舒适性曲线调整到上极限的位置。

图1 座椅参考（R）点位置

二、安全带上固定点和人体H点相对位置与舒适性的关系

依据《H点和R点确定程序》（GB/T 29120-2012），安全带上固定点和人体H点在X、Y和Z方向上的相对距离，直接影响安全带的舒适性。具体来说，H点在X方向上远离安全带上固定点时（即人体往车前方向移动），勒颈部的风险上升，滑肩的风险则降低；H点在Y方向上远离安全带上固定点时（即人体往车内方向移动），勒颈部的风险降低，滑肩的风险则上升；H点在Z方向上远离安全带上固定点时（即人体往下移动），勒颈部的风险上升，滑肩的风险则降低（见图2）。

图2 安全带上固定点和人体H点相对位置与舒适性的关系

三、基于RAMSIS软件的安全带舒适性虚拟评价方法

目前，在新能源乘用车设计领域，RAMSIS软件在人机工程分析方面使用较为广泛。该软件由某公司研发，本文将通过以下的RAMSIS软件应用来阐述安全带舒适性虚拟评价方法。

1.基于RAMSIS软件的安全带舒适性仿真方法

检测人员使用RAMSIS软件，设置好人体正常坐姿，上击模块（Modules）、安全带分析（Belt analysis）、人体模型（Manikin）、定义（Definition）和预处置（Define）等功能按钮后，可进行安全带参数的设置，如安全带固定点锁扣的长度、锁扣旋转轴、锁扣和旋转轴的偏移量、锁扣旋转的角度等（见图3、图4、图5）。

图3 安全带上点参数设置

图4 安全带内侧下点参数设置

图5 安全带外侧下点参数设置

安全带参数定义完成后，检测人员可返回Definition菜单，点击模拟（Simulation），然后点击计算（Calculate）进行仿真，即可生成人体位于某一座椅位置时的仿真结果（见图6、图7）。该仿真方法同样可以应用于后排乘员安全带舒适性的校核。

图6 仿真结果（安全带及与人体相对关系参数）

图7 仿真结果（安全带与人体实体数据）

2.基于RAMSIS软件仿真结果的安全带舒适性评价

根据以上RAMSIS软件生成的仿真结果，检测人员通过测量人体肩颈部特征线与安全带的距离，来评价安全带舒适性的好坏（见图8）。图8显示，5%、50%人体安全带与颈部与肩部边缘距离都≥10 mm，满足舒适性要求；95%人体安全带与颈部边缘距离≥10 mm，满足舒适性要求，但是安全带与肩部边缘距离为负数，即安全带出现滑肩现象，不满足舒适性要求，需要对安全带方案进行优化设计。

图8 5%、50%、95%人体在设计R点位置时安全带舒适性评价仿真结果

3.实车主观评价

实车阶段评价人员可通过样件或者样车验证安全带舒适性，实车验证是评价安全带舒适性最可靠的方式。本次实车验证组织了71人进行主观评价，评价结果见表2、表3。评价结果表明，体型较大的人体较易出现滑肩现象，与仿真结果一致。另外，出现了两例中等体型人体（身高分别为162 cm、164 cm）颈部与安全带距离较小从而引起抱怨的情况，可能由于人体尺寸差异、坐姿和个体感受不同所导致，属于小概率事件，可以在评价结果中剔除。

表2 样本情况信息

表3 某车型抱怨信息

四、 结 语

本文基于国内外相关标准与现状的研究发现，安全带上固定点和人体H点在X、Y、Z这3个方向上的相对距离，直接影响安全带的舒适性；提出评价乘用车座椅安全带舒适性的标准，即人体佩戴的安全带与颈部/肩部距离都≥10 mm时，可认为勒颈部/滑肩风险较低。本文建议，基于RAMSIS软件的安全带舒适性虚拟评价方法，对安全带设计方案进行虚拟评价。希望本研究能对相关企业乘用车安全带系统设计、相关标准制修订提供一些参考。