技麵薦
设计•研究
正面碰撞中假人伤害分析及安全带系统改进研究
张蒙蒙杨诚代宁戴国梅
(南京汽车集团有限公司汽车工程研究院）
立约束系统仿真模型，对安全带约束系统进行改进及实验验证，将乘员伤害程度降
到最低。
关键词：正面碰撞安全带固定点约束系统
1引言
随着我国经济的快速发展，汽车保有量的增 加，交通事故发生率居高不下。如何降低事故发生 率以及事故的严重程度，保障交通安全，成为目前 研究的热点。汽车安全带是车辆被动安全的关键 部件，交通事故中安全带能够避免和减轻乘员受 到伤害，有效地保护乘员安全，因此汽车安全带的 性能一直备受关注，优化改进安全带系统尤为重 要。
2假人伤害分析
汽车发生碰撞时，乘员或多或少会受到一些 伤害。本文主要研究安全带约束系统对乘员的伤 害，通过解剖学上的 AIS(Abbreviated Injury Scale)简略损伤标准，去衡量乘员受到的损伤程度，如表 1所示。这些伤害准则主要是依靠生物力学技术，根据乘员力学模型试验中的加速度、力、位移和速 度等参数，建立乘员头部伤害、胸部伤害、大腿伤 害、完全伤害等标准。
2.1头部伤害
在碰撞前期，颈部在胸部的带动下向前做减
表1A IS等级标准
A I S等级损伤程度
0无损伤
1轻度损伤
2中度损伤
3较重损伤
4严重损伤
5危重损伤
6致命损伤
速运动并下扑，颈部对头部产生一个向后的力、向下的力以及向前的弯矩。在向前继续运动的过程 中，头部会受到一个接触外力，主要是由于胸部受 安全带拉力对头部产生作用力的结果％头部伤害 主要包括了头骨骨折、弥散性脑损伤等。我国采用 的头部伤害评价指数参照的是美国FMVSS208法 规中提出的HIC(Head Injury Criterion)头部伤害评 价指数,HIC通过头部的合成加速度响应在一定 时间段内积分求得，要求在正面碰撞过程中假人 头部伤害指数(HIC)值不得大于1000。
2.2胸部伤害
图1仿真结果图
图2
车身抗撞型结构优化图
图3
安全带固定点结构优化
正面碰撞过程中，人体胸部会受到较多的压 力，且受力过程相对比较复杂，不但受到安全带织 带对乘员胸部的勒压，安全气囊点爆对身体的冲 击伤害，还包括乘员胸部与汽车方向盘、车门、内 饰件等发生二次碰撞|21。胸部伤害评价标准主要包 括三个方面：胸部3m S 合成加速度、胸部压缩变形 量以及胸部粘性指数VC 。其中胸部最大压缩量能 够更准确地反映胸部的受伤程度，当成年人胸部 变形28% ~ 35%，儿童胸部变形在25%时，将导致 AIS 3级损伤；当最大压缩比(肋骨压缩量与胸腔 原始宽度的比值）为38.4%时，造成AIS 4级以上 损伤的几率是25%。一般在前碰撞中乘员胸部变 形量的耐受度为40mm ~ 90mm ，法规要求，在正面 碰撞过程中假人胸部挤压变形量含75mm 。2.3大腿伤害
正面碰撞时，车内乘员的臀部在座椅上会发 生滑动，两条大腿需要支撑身体的瞬时冲击力，W
此引起下肢损伤的机会较多，包括下肢被夹在仪 表板与底板之间，夹在刹车踏板下面，与刹车踏板 接触以及脚从刹车踏板上滑落并与底板接触等。 这股冲击力往往造成乘员的膝关节、大腿骨等部 分受到
严重损伤。大腿伤害标准一般选取大腿骨 的轴向受力情况作为评价依据，法规要求，在正面 碰撞过程中假人左右每条大腿骨的轴向合力均不 应大于10kN 。
3安全带系统中假人伤害影响因素
3.1安全带固定点强度
汽车安全带有两点式和三点式两种，目前大
部分汽车都采用3点式安全带。安全带的布置形 式主要分布在座椅上、车身底板上和车身侧围。根 据法规要求，在规定的时间内承受试验要求的载 荷情况下，安全带固定点的强度必须要保证安全 带不会出现脱落的情况，但允许固定点或者周围
区域产生永久变形或者裂纹，且规定安全带上固
0 10 20 30 40 50 60 70
力值-变形F-L (kNiwi )
•钢板3
图4安全带安装组板的拉伸性能检测
定点在受力方向的位移不得超过一定的范围I 因 此产品开发过程中，要求车身结构具有一定的抗 撞性，主要是指汽车在碰撞期间确保乘员与行人 在碰撞后有安全逃逸与救援的能力。在正面碰撞 过程中，车身结构会接受较大的动能，以此为车辆 内部提供一定的刚性14]。
3.2不同类型安全带对假人损伤影响
安全带兼具紧急锁止功能的同时，又包括预 紧和限力装置。其中预紧装置主要是通过提前消 除约束系统间隙，有效减少乘员位移空隙带来地 不必要的伤害气限力装置主要是通过限力结构在 达到一定值时，允许释放部分的织带，使得降低肩 带力值，减少乘员的伤害和方便乘员锁扣拔出而 远离事故现场。因此可以得知，在正面碰撞过程 中，没有预紧和限力的安全带假人损伤情况最差， 其次是只有预紧的安全带，再其次是只有限力的 安全带，有预紧和限力的安全带假人损伤最小％
4安全带系统改进研究
4.1问题描述及原因分析
汽车安全带本文研究选用国内某N 1类车型副驾三点式
安全带为模型，安全带的固定点分别在车身侧围 和底板上，借助有限元的方法模拟假人胸部、腰部 分别施加13500N 载荷时，对安全带固定点进行强
度分析。图1仿真结果显示该车身未达到抗撞性, 副驾驶安全带下固定点位于车身底板上，车身底 板被拉脱，导致安全带失效。4.2安全带系统优化及台车验证 4.2.1安全带系统优化
针对某车型仿真提出下列优化方案：1)
车身抗撞性优化。副驾驶座椅地板增加8
颗螺栓加强，如图2所示。
2)
安全带固定点优化。在安全带连接板支架
变形较大位置，保持原结构不变，上下各增加两块 DC 01，厚度为2mm 的加强板，如图3所7K 。经过试 验验证，安全带固定点可以达到承载力13500N 的 要求，安装组板的拉伸性能报告如图4所示，其中 拉力平均值21.805kN ，标准差0.37。安全带固定点 根据上述优化方案，仿真分析如图5所示，其中车 身应变0.1，安全带固定点应变为0.3。
3)
安全带配置优化。安全带采用限力式结构，
主要是卷收器芯轴组件中增加一根具有恒定载荷 的扭力杆，分别与轴头和芯轴刚性连接，织带拉出 时，轴头固定，芯轴转动，从而带动扭力杆扭动，吸 收能量，降低肩带力值，如图6所示。4.2.2台车验证
安全带约束系统仿真分析为台车试验提供了
1 2
板
板
钢钢3
1
5
图5仿真分析结论
图6单级限力式安全带
优化方向，本文在针对安全带结构改进优化的基 础上，采用滑台试验进行验证。安装带总成按照某 车型实际装配固定，如图7所示，要求按照标准中 50km/h的碰撞速度和35~40g的碰撞减速度，记 录假人躯干、臀部的移动距离，并且试验结束后假 人不应该出现异常姿态，安全带的承载部分不得 产生影响其他功能的变形、损坏和断裂，带扣应能 正常开启。
滑车试验碰撞速度设定为50.5km/h，碰撞减 速度设定为31g，测量假人躯干移动距离为170mm，假人臀部移动距离为115mm，停车距离为 410mm，带扣锁插入开启正常，卷收器拉出卷收自 如，基本功能未出现失效现象，相关件无损伤。
5结束语
本文通过分析汽车正面碰撞过程中乘员伤害 的各项评价指标，对安全带系统中假人伤害因素 进行研究，并以某车型的安全带固定点强度及安 全带类型为基础，对安全带系统中固定点强度和 类型进行仿真分析及试验验证，有助于提升整车 开发时安全带系统改进。
图7某车型安全带实际装配方式
参考文献
1黄强，李三红，李润晗，等.某车型正面碰 撞乘员颈部保护性能提升[J].汽车科技，2019, (2) ：40-44.
2葛如海，肖建中，张苏秀.汽车安全带预紧 限力系统对前排乘员的保护性研究[J].重庆理工大 学学报（自然科学版），2018,32(2):17-23.
3 方月娇.某M V P车型安全带固定点结构 的优化[J].内燃机与配件，2019,(2) :47-49.
4肖国钰，韦慧红，杨风明.某车型汽车安全 带固定点结构优化设计[J].工业技术创新，2016,3 (3)：477-480.
5曹立波，欧阳志高，郜亢，等.主动预紧式 安全带控制系统的实现U].汽车工程，2016,38(11): 1300-1304.
6王树风，李志豪，刘宗锋.不同约束下乘员 在车辆正碰中损伤概率预测〇].中国安全科学学报，2019,29(7) ：
45-50,
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