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汽车安全性设计课程

		点击数：	更新时间： 2021年10月13日
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汽车安全性设计课程
              ——安全带
汽车碰撞安全实验室
湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室
概 述
安全带作用原理：
           当碰撞事故发生时，安全带起作用，锁止机构开始工作，安全带被锁紧，而不能自由地从卷收器中抽出，从而将乘员“束缚”在座椅上，力求使乘员的头部、胸部不至于向前撞到转向盘、仪表板及挡风玻璃上，减少乘员发生二次碰撞的危险，同时避免乘员在车辆发生滚翻等危险情况下被抛离座椅。 
V1代表车的速度，V2代表乘员速度，ΔV代表二次碰撞速度
安全带的应用：
1907年，2点式安全带获得专利
1963年，瑞典注册了布莲（Nils Bohlin）发明的“V”字形三点式安全带。
1967年，布莲在美国发表了《28,000宗意外报告》，扭转了美国对安全带认识的转变。
1971年，澳洲的维多利亚省强制佩戴安全带
1975年，瑞典强制实施
1993年7月，中国对小型客车的驾驶员和前排乘员强制佩戴安全带
美国现仍有部分州没有强制实施

防护效率统计（Evans）：
安全气囊+安全带：(56.3±3.2 )%，
只有安全带：(48.5±5.5)% 
 
安全带对人体不同部位的保护效果

a）
 
b）
 
1——未系安全带驾驶员
2——系安全带驾驶员
3——未系安全带乘员
4——系安全带乘员
分类与结构组成
按照安全带使用的主动性，可以分为主动型安全带及被动型安全带两类；

按照安全带的固定安装方式，大致可分为三类：两点式安全带、三点式安全带和全背式安全带。 
a）                  b）                    c）                        d）
 安全带的种类
a）两点式腰带 b）两点式肩带 c）三点式 d）全背式

安全带的基本结构：
  由织带、卷收器、带扣、上导向器、长度调整机构、预紧器和锁紧装置等
结构组成
织带特点：
主要材料是聚酯，宽度一般在48mm左右，厚度一般为1.1～1.2mm；
织带的经线编织用的纱及单丝数值为1260d/96f、1260d/108f和1500d/108f 
织带的纬线编织采用的纱及单丝数值多为500d/96f、630d/72f和630d/96f。 
一般织带伸长率可在5％～23％范围内变化 
织带边缘的形状为日本、欧洲多采用“3”形状，而美国产的一些织带为“]”形状。 
织带性能要求：
      有高的强度，一定的延伸性，良好的能量吸收性。另外，为提高带织物的耐久性，带织物应具有良好的耐磨损性、耐气候性（寒、热、水、光、腐蚀）及色牢度。此外，带织物应外观平整、手感柔软舒适。

GB11549—1989基本性能要求

卷收器功能：
在正常情况下，将织带放长或收短，以适应使用者身材的大小肥瘦，一旦使用者将安全带扣好以后，卷收器可以将过长的织带收回，让织带以适当的收卷力将使用者拉控住；
当汽车发生事故时，卷收器可以在瞬间将织带锁起来而不让它伸展，从而可以拉控固定使用者不致前冲； 
调整织带长度。
卷收器分类：
无锁式卷收器 
自锁式卷收器 
紧急锁止式卷收器 
紧急锁止式卷收器又可分为：
织带拉出加速度敏感式（又称织带敏感式）
汽车加速度敏感式（又称车体敏感式）
对上述两者均敏感的复合敏感式 
卷收器锁止的基本工作原理分两类：
外缘锁止式
中心锁止式机构 
织带拉扯加速度敏感式锁止机构
1－棘轮止动杆  2－棘轮  3－接合齿圈
4－感应弹簧  5－心轴  6－锁止臂
图6-8 车体加速度敏感式锁止机构
1－止动爪  2－棘轮止动杆  3－棘轮  
4－接合齿圈  5－感应弹簧  6－惯性块 
 7－心轴  8－锁止臂  9－同步齿轮  
10－导向臂  11－驱动杠杆  12－重块
带扣的特点：
      带扣是既能把乘员约束在安全带内，又能快速解脱的连接装置，其功用是用以接合或脱开安全带。 
上导向件：
       功用为使之带能够方便的拉出和回收到卷收器中。

长度调整机构特点：
      长度调整机构是指为了适应乘员的体形调整织带长度的机构。

设计原理
性能试验
     我国GB14166—1993《汽车安全带性能要求和试验方法》强制标准中规定了汽车安全带的性能指标，并提出了检测安全带性能的试验方法。

安全带模块环境试验：热、湿、粉尘等
性能试验：
	静态试验
		 拉伸强力试验机上测试，（220±20）mm的夹具，预加200N的初始裁荷。  
	动态试验
		 在碰撞试验台上进行，对三点紧急锁止式汽车安全带进行总成性能试验时，要分别对腰带加载22300N，对肩带加载13300N，对腰肩带并用加载26700N，每次测量滚轮移动量。 
虚拟实验：
利用MADYMO,LS-DYNA等软件模拟安全带的静态实验和动态实验；
关键参数为：安全带物理特性参数、卷收器特性、安装点位置、上导向件特性等。
可分多刚体的弹性体模拟拉带，也可以利用有限元模拟拉带。
MADYMO环境中的安全带模型
安全带模型分析 
安全带伸长量与拉力关系曲线：

安全带的不同等级值:
安全带模型分析结论
		只有安全带作用的情况下，安全带的肩带和腹带对乘员损伤有显著的影响

随着肩带刚度的增加，乘员的HIC值变小，颈部弯矩增加。而对其他乘员损伤参数的影响不明显

随着腹带的增加，乘员的HIC值变大，而颈部弯矩等其他参数变化不明显。

高刚度肩带和低刚度腹带能有效的降低头部HIC值。低刚度肩带和低刚度腹带能有效的降低颈部损伤
发展趋势
      汽车座椅安全带的发展方向是：
			1  更好的初始约束特性；
			2  更好的吸能特性；
			3  舒适性和方便性。 
安全带的技术发展:
	 预拉紧器； 
	 限荷器；
    腰带部分折叠； 
	 卷收器张力减小装置； 
	 高度调节器； 
	 自动紧急锁止装置； 
    动佩戴安全带；
    充气式安全带。

烟火式预张紧力机构
腰带部分折叠
卷收器张力减小装置
高度调节器
自动佩戴安全带

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