不同假人动态试验安全带力值对比

高峰　刘雪姣　刘昕耀　韩啸

摘 要：安全带零部件强度满足动态试验不失效是研究安全带约束性能的重要前提。在车型设计初期应注意不同假人和不同配置下强度设计值需求，以满足动态试验要求。而在使用第95百分位男性假人和紧急锁止卷收器配置时，对安全带强度要求更加严格。文章针对GB14166-2013刚性座椅动态试验进行仿真分析，采用不同百分位假人以及不同卷收器配置仿真计算，进行安全带力值对比，为安全带零件强度设计提供参考。

关键词：不同假人 安全带力值 仿真分析 强度设计

1 前言

被动安全基本是按照标准工况特定假人设计。近些年针对不同假人的伤害研究越来越多，对于标准设计的约束系统，不同驾驶员的身高/坐高和体重参数不同，会影响约束系统的保护效果[1]。后排乘员所包含的年龄段和体型范围很广，研究单一年龄段或单一体型的后排乘员不符合实际情况[2]。

新车评价规程针对乘员多样性研究越来越重视，2026版ENCAP路线图和CNCAP规划中，均能看到正碰、侧碰、鞭打考虑乘员多样性试验和仿真内容。因此可以看出，针对假人多样性研究是未来几年的发展趋势，而假人多样性研究对于安全带的基本要求是零件无失效。

GB14166-2013安全带强制标准要求，腰带位置锚点固定点端片强度要求14.7KN，带扣位置力值要求9.8KN，需要满足动态试验后无失效。GB14167-2013安全带固定点试验要求施加13.5KN不应失效。但是在实际设计中，远高于国标要求，根据对主机厂标准统计，端片和带扣位置最高破坏强度标准要求为20KN。

GB 11552-2009乘用车内部凸出物，标准用第5百分位女性、第50百分位男性以及第95百分位男性假人进行GB14166-2013波形下进行白车身动态试验，安全带验证需在GB14166-2013刚座椅第95百分位男性假人进行滑车验证，安全带零件无失效。针对此项内容进行仿真验证，分析安全带力值的差异，用以优化安全带强度的设计。

本文重点关注多样性假人对安全带强度需求的提升研究，特别是后排中间安全带常见配置为紧急锁止安全带，对强度要求更加严格。

2 安全带仿真模型搭建

仿真模型使用刚性座椅，Hybrid III型第5百分位女性、第50百分位男性以及第95百分位男性假人进行仿真模拟。采用国标GB14166-2013中波形，国内某知名主机厂后中位置坐标点及配置，配备预紧限力卷收器、单限力卷收器、紧急锁止卷收器，柔性织带锁进行仿真验证。

在模型中输出安全带力值，对比不同配置不同假人各位置零部件受力情况，用做零件强度设计的参考。

3 不同配置及假人力值结果

3.1 安全带力值说明

判定零件在动态过程中是否有失效风险，最直接的方式就是采集零部件位置的受力情况，从而对比设计力值，来判定是否满足动态强度要求。而在实际碰撞试验中，D-ring、带扣位置的受力情况是穿过导向环或者锁舌的两条织带力值的合力，通常无法直接采集到力值情况，如图2所示，常见安全带的采集力值为B1、B3、B4、B5、B6。

以带扣为例，带扣的真实受力为B4和B5的合力，而B4和B5力值之间的角度与带扣的佩戴位置，假人运动等有关，无法直接得出带扣的受力值。因此对于带扣明确设计力值是一个难点问题。

而在现实中难以准确测量的位置，在仿真中通过在织带锁位置增加截面力，即可输出带扣的受力情况。对于项目前期的设计评估，有很大的指导意义。

3.2 安全带力值结果展示

通过运算不同配置不同假人的模型，输出安全带力值曲线，包括肩带力B3、带扣位置的合力以及腰带力B6，对计算结果进行汇总。

3.2.1 预紧限力卷收器安全带力值结果对比

如图4所示。

3.2.2 单限力卷收器安全带力值结果对比

如图5所示。

3.2.3 紧急锁止卷收器安全带力值结果对比

如图6所示。

3.3 安全带力值分析

由于体型和重量的差异，第95百分位假人带扣合力和腰带力值明显高于第50和5百分位假人力值。

对比表1中预紧限力卷收器安全带力值，第95百分位假人仿真带扣合力17.6KN和腰带15.9KN，力值最大。但相比单限力和紧急锁止卷收器的安全带力值还是较低的。带扣位置仿真的力值结果明显高于GB14166-2013中的9.8KN和GB14167-2013中的13.5KN的标准要求。但目前主机厂针对带扣和端片的最高标准力值基本均在20KN，因此目前的带扣和插锁均可以满足此工况的强度要求，且有一定的安全余量。

对比表二单限力卷收器安全带力值，第95百分位假人仿真带扣合力21.6KN和腰带20.9KN力值。均超过目前主机厂针对带扣和端片的最高标准力值，存在失效的风险。

对比表三紧急锁止卷收器安全带力值，第50百分位假人仿真力值带扣位置19.9KN，接近主机厂最高标准力值，存在失效风险。第95百分位男性仿真端片位置B6力值达到19.3KN，带扣位置力值高达24.8KN。因此此工况端片存在失效风险，而带扣受力已经大大超过国内外各大主机厂标准值，所以针对有此类特殊验证试验需求的车型，其带扣设计力值应按照实车真实受力值进行设置，避免出现零件失效的情况。

针对单限力和紧急锁止卷收器安全带如进行刚性座椅配有第50百分位假人或者第95百分位假人动态试验，需要按照实际情况明确设计值，重点考虑端片和带扣的强度设计值，在设计初期做好评估分析，制定合适的标准值，避免在动态试验中失效。

4 结论

本文对比第5百分位女性、第50百分位男性以及第95百分位男性假人使用预紧限力、单限力、紧急锁止卷收器，在GB14166-2013滑台工况下仿真对比安全带力值得出以下结论：

（1）预紧限力卷收器工况，即使使用第95百分位男性假人安全带力值也相对较低，对于零件强度要求较低，当前安全带厂家的带扣和端片设计基本可以满足要求。

（2）单限力卷收器工况，第95百分位男性假人安全带力值均较高，当前针对带扣和端片设计存在一定失效风险，如有此工况需求，需提升带锁和端片的设计，留有一定的安全余量，以保证零件在动态试验中无失效。

（3）紧急锁止卷收器工况，体型重量最大的第95百分位男性假人，安全带带扣力值以及端片力值很高，因此在需要此工况试验的车型需要升级端片设计，提高设计力值，对于带扣动态承受力值较大，目前结构的插锁存在很大的失效风险，需优化插锁内部结构设计，大幅度提升产品强度，满足更加严苛的工况要求。

安全带作为乘员保护的重要部分，零件无失效是最基本的要求。其强度要求针对不同工况设计值不同，现在很多车型后排中间位置依旧使用紧急锁止安全带，而此类安全带对安全带零件的强度要求较高，特别是在需要做内凸试验验证的情况，使用第95百分位男性假人进行动态验证其对于零件强度要求更加严格。对于此类安全带初期设计过程中要重点评估安全带零件的强度，以满足动态试验中更高的强度需求。

参考文献：

[1]张光辉，田林，黄杰，等.基于智能约束系统对不同身材乘员的保护与优化[J].汽车实用技术，2021，46（12）：41-45.

[2]周惠来，武和全，王海涛.后排乘员安全带约束系统研究[J].汽车技术，2023（02）：43-48.