时代汽车 wwwautotime
胡晏殊 刘昕耀 刘雪姣 刘佳男 李明阳
沈阳金杯锦恒汽车安全系统有限公司 沈阳市 110141
摘 要： 为了研究预紧端片及锁止锁舌对假人动态性能的影响，进行单独添加一种配置及组合一起添加的方式，采用LS-DYNA软件，进行仿真碰撞分析，得到安全带力值及假人运动趋势的变化，进而评估对假人的约束效果。仿真结果显示：单独添加预紧端片，在运动前期对假人骨盆约束效果明显；单独添加锁止锁舌，可明显改善胸部压缩量，在运动中后期对假人约束效果明显；采用预紧端片和锁止锁舌组合的方式，效果最佳，相比较普通卷收器预紧限力的配置，其胸部位移量降低10%，骨盆位移量降低29%，胸部压缩量降低35%。由此可见，两种配置都添加对假人运动的全过程起到明显的约束效果，胸部压缩量改善明显。根据上述结果可以对预紧端片及锁止锁舌的参数进行细致的研究，进而有效实现安全气囊和安全带的共同作用，为起到更好的安全带约束作用提供参考。 关键词：安全带；预紧端片；锁止锁舌
1 引言
安全带作为汽车碰撞时最重要的保护装备，也是配合安全气囊使用最有效的装置[1]。根据交通部统计，佩戴三点式安全带可大大降低碰撞时的伤亡。目前预紧限力式安全带已经普遍应用到乘用车中，一些新的功能也在不断的开发，一些零部件厂开发卷收器、锁扣以及端片预紧限力装置，在事故发生之前，通过车辆传感器向ECU 发送信号，ECU 判断后再向它们传达提前预紧的信号，从而结合了被动安全技术和主动安全技术来改善对乘员的保护效果。主、被动安全技术结合可以发挥各自的优点，这也成为未来汽车安全主要的发展趋势[2]。
文献[3]采用MADYMO软件建立了正面碰撞模型仿真分析，说明一种新型预紧安全带能够有效降低乘员伤害值，具有较好的乘员保护效果。文献[4]主要对前排乘员在不同预紧限力装置下通过正面碰撞仿真研究其6 种安全带预紧限力组合时各种伤害情况，
最后采用WIC综合评价得出最优的组合。
文献[5]提出了一种新型双边预紧器，能够在
单预紧器的基础上实现双级预紧器的功能，
通过对该双边预紧、卷收器预紧、带扣预紧
三种预紧方式展开仿真对比研究。这些文献
主要是对预紧装置进行研究，通过改进预紧
装置性能或者通过在不同位置实现不同的预
紧方式，全方位地考虑对乘员的保护，以实
现更好的效果。本文在传统卷收器预紧限力
功能的基础上，增加预紧端片功能和锁止锁
舌功能，通过建立LS-DYNA的安全带总
成的动态试验模型，对比增加新功能后对安
全带力值以及假人运动趋势的影响，通过综
合分析得到最优的组合方式。
2 安全带仿真模型的建立及验证
本次模拟是实现安全带的响应过程，
通过实验数据和建模要求进行模型建立，
根据实验工况的要求改变模型的相关参数
设置进行模拟。本次进行了十种工况的模
拟，分别得到相应工况下的力值输出数据，
并与实验数据结果进行对标。
2.1 安全带滑台试验
本文中实验采用专业的安全带滑台实
验，实验假人使用HybridⅢ型第50百分
位男性假人，如图1所示。每次实验均可精
确记录座椅速度，安全带力值等数据，以供
模拟所需。
图1 滑台试验安置侧面示意图
2.2 安全带系统仿真模型的建立
本文基于LS-DYNA软件进行安全带系
统仿真技术研究，利用有限元方法模拟座椅、安全带、假人等零部件系统，进行滑台试验工况下安全带系统仿真分析，如图2所示。
图
2 安全带系统仿真侧面示意图
安全带子系统包括预紧器、卷收器、滑环、插锁、端片和织带等零部件，本文研究的是在锁扣上添加锁止装置和端片上添加预紧装置对动态性能的影响。在对标模型中，安全带的安装位置和滑台试验按照设计坐标布置，实现与设计坐标一致，座椅位置与试验一致，假人的H 点及姿态与试验一致，最大限度的保持仿真与试验状态相同。
2.3 仿真和试验力值数据对标
采用卷收器预紧限力+锁止锁舌CLT(Crash Locking Tongue)+端片预
紧PLP(Plate lap pretension)的工况，建立安全带系统仿真模型，通过计算安全带卷收器出口力B1、肩带力B3、插锁上方与肩带连接位置力值B4、腰带力值B6的响应曲线，同滑台实验时安全带各部分
的力值曲线进行对标，结果如图3所示。经计算cora 值为0.907，仿真和试验结果相似度较高。
本文利用有限元仿真手段对安全带滑台试验进行仿真对标，完成DYNA 安全带的建立。可实现以下内容：1、安全带点火时刻完全一致；2、安全带织带性能与实际使用织带状态一致；3、卷收器B1、B3、
B4、B6力值，基本可以实现与滑台数据基本一致。
3 不同配置的组合对安全带力值及假人运动趋势的影响
对于不同的配置，首先需要定义他们的名称：预紧限力卷收器称为 Retractor，简称R；预紧端片称为PLP；锁止锁舌称为CLT；为了对比出不同配置的影响，我们主要研究一下四种工况：R、R+PLP、R+CLT、R+PLP+CLT。
模型的主要参数如下：我们选取
50Km/h 的速度，某主机厂的实车波形，卷收器点火时间12ms，预紧端片的点火时间20ms，限力值设定在3500N 后对安全带进行释放，实现限力作用。锁止锁舌受到腰带和肩带力值差值达到500N 后实现锁止功能。选取在11.1KN 的力值下延伸率为14%织带进行分析，假人为Hybrid III 型50百分位男性假人，刚性座椅进行仿真动态试验分析。
为了评价不同配置的组合对安全带力值及假人运动趋势的影响，我们在模型中提取安全带力值，包括卷收器出口力B1、肩带力B3、插锁上方与肩带连接位置力值B4、腰带力值B6，针对不同工况进行力值对比分析。提取假人的运动趋势，包括骨盆加速度、胸部压缩量、胸部位移量和臀
部位移量进行对比分析。通过对比增加配置工况与普通卷收器预紧限力（R）状态的差异，进而获得PLP 和CLT 对假人运动趋势的影响。
不同配置的安全带力值仿真结果，如图4所示：
不同配置的假人运动趋势仿真结果，如图5所示：
3.1 卷收器出口力B1、肩带力B3从图4（a）和图4（b）可以看出，
不同配置对卷收器出口力值影响很小，在
25ms 前（卷收器预紧到结束的时间）并没有影响。在25ms 后转入限力的过程，带有PLP 配置的工况，限力时间有3ms 左右的提前，由此可以看出：PLP 对假人前期束缚效果有明显改善。
3.2 插锁上方与肩带连接位置力值B4从图4（c）可以看出，配有CLT 装置的工况，由于阻止了肩部与腰部之间的
织带传递，插锁位置的力值明显下降，下降幅度有32%。带有PLP 装置的工况，对于插锁位置的力值有少许降低，下降幅度3%。配有CLT+PLP 装置的工况，插锁位置的力值最明显，下降幅度有37%。由此
可以看出：CLT 对于插锁力值有明显改善，可有效的实现对假人的约束作用。
图3 试验与仿真中的力值曲线对比
(a) 出口力B1 (b) 肩带力B3
F o r c e (k N )
-0.5
012340.51.52.53.5
4.50
20
40
60
80Time(ms)
100120
140
160
水之镜(c) 插锁力B4 (d) 腰带力B6
F o r c e (k N ) 2 1 0
-13
45670
204060
80Time(ms)
100120140160
-2 4 2 0
86
101214161820F o r c e (k N )
204060
80Time(ms)
钱学森 友来
100120140160
7
6543F o r c e (k N )
210-10
20
40
60
80Time(ms)
100
120
140
160
时代汽车 wwwautotime
3.3 腰带力值B6
从图4（d）可以看出，配有CLT 装置的工况，由于阻止了肩部与腰部之间的织带传递，腰带力值明显上升，上升幅度有31%。配有PLP 装置的工况，腰带力值前期升高较早，峰值明显下降，下降幅度有15%。配有
CLT+PLP 装置的工况，起到综合作用，较单独添加CLT 峰值有所下降，相对R 状态腰带峰值上升19%。由此可以看出：CLT 阻止了织带的传递，导致腰带力值上升，CLT 作用实现后对假人约束效果明显提升。PLP 对腰带力值有明显的改善，提前实现对假人的约
(c) 插锁上方与肩带连接位置力值B4 (d) 腰带力值B6
(a) 骨盆加速度 (b) 胸部压缩量
图4 安全带力值
图5 假人运动趋势
束作用。
3.4 骨盆加速度
通过图5（a）可以看出，配有CLT 和CLT+PLP 装置的工况，加速度峰值明显升高。配有PLP 装置的工况，40ms 前加速度有提升，在50ms 时加速度峰值有所降低。这与卷收器
及肩带力值表现的一致，PLP 在前期对假人束缚较好。由此得出：CLT 对假人骨盆的运动起到约束作用，在总体运动中期及后期作
用明显。PLP 对假人前期骨盆的运动起到约束作用。
3.5 胸部压缩量
胸部压缩量是安全带对假人伤害的重要参数之一，是C-NCAP 评价的关键参数之
一，由此可见此参数的重要性。通过图5（b）可以看出，配有CLT 装置的工况，对于假人
胸压明显的改善，下降幅度高达33%，配有PLP 装置的工况，对于假人胸压改善作用较
小，下降幅度为10%，配有CLT+PLP 装置
的工况，对于假人胸压明显的改善，下降幅
度高达35%。由此得出：配有CLT 装置的工况，对假人胸压会有明显的改善作用。
3.6 胸部位移量和臀部位移量
振镜
从图5（c）和图5（d）可以看出，在
60ms 之前，对假人胸部及臀部位移量由高到低排序是：R，CLT，PLP，CLT+PLP，在60ms 到80ms 之间，对假人胸部及臀部位移量由高到低排序是：R， PLP，CLT，
CLT+PLP。80ms 以后，臀部位移量与之前一致，胸部位移量单独配有PLP 的工况有所升高。由此可见：CLT+PLP 工况对假人整个
运动过程中都有明显的约束作用，PLP 工况主要在假人运动前期约束较好，CLT 工况在
假人运动过程的中后期起到约束作用。
4 结论
本文是在模型进行对标的情况下，使用
LS-DYNA 软件进行不同工况分运算分析，得出对于安全带力值及假人运动趋势的影响，通过对比分析，得出以下结论。
1）采用PLP 装置：插锁位置和腰带位置力值上升较早，前期胸部位移量减小，整个运动过程中臀部位移量降低，可以说
0-100
-80
-60A c c e l e r a t i o n (g )
-40-200
20204060
80Time(ms)
100
120140160
F o r c e (k N )
-1
13
57
911
20
40
60
80Time(ms)
100
120
140
160
F o r c e (k N )
-12
5
8111417
2023
20
40
60
80Time(ms)
100
条桶120
140
160
什么是堰塞湖F o r c e (k N )
-10
12345
67204060
80Time(ms)
100120140160
(a) 卷收器出口力B1 (b) 肩带力B3
F o r c e (k N )
0123
420
40
60
80Time(ms)
100
120
140
160
(c) 胸部位移量 (d) 臀部位移量
00
50100150200250300
204060
80Time(ms)
100120140160
D i s p l a c e m e n t (m m )
0-45
-35-25-15-55
204060
80Time(ms)
100120140160
D i s p l a c e m e n t (m m )
-40
4080
120D i s p l a c e m e n t (m m )
16020
40
60
80Time(ms)
100
120
140
160
表1 不同配置组合的安全带最大力值和假人参数最大值统计
明 PLP装置在运动前期对假人骨盆约束效果明显。
2）采用CLT装置阻碍了肩部和臀部之间织带的传递，对胸压有明显改善。在假人运动的中后期起到约束作用。
3）采用CLT+PLP装置，综合了两种配置的优点，对假人运动的全过程起到明显约束效果，胸部压缩量改善明显。
综上所述，本文通过使用模拟仿真计算，
对安全带新产品技术进行对比研究，摸索出
不同配置的搭配对乘员安全保护的影响。有
利于企业在后续项目中的实际开发工作，减
少实验资源的浪费，对汽车企业进行安全带
选型有一定的指导意义。
参考文献：
[1]钟志华，张维刚，曹立波，等．汽车碰撞
安全技术[M]．北京: 机械工程出版社，
2003．
[2]黄世霖．汽车碰撞与安全[M]．北京: 清华
大学出版社，2010．
[3]杜贵，刘秋成，薛运锋，邹杰慧．汽车
安全带新型预紧器的结构与性能仿真[J]．
广州：华南理工大学学报(自然科学版)，
2009．
[4]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：重庆理工大学学报( 自然科学)，
2018．
[5]邓淯方．预紧式安全带对乘员的保护效果
研究
[D]．湖南：湖南大学，2015．
以及间距，达到规避风险的目标。
3.4 引起周边人的关注
经过的大量的行驶经验表明，即使是日常的行驶习惯再规范，在其他人看到都会有着一定的问题。因此相关的驾驶人员需要充分的借助其他人发现自身的不足，从而让周边人充分的注重自身的驾驶行为，充分的认知到行驶人员的驾驶意图。尤其是在其他人的行为往往会影响到日常安全驾驶亦或者是需要得到其他人帮助的时候，驾驶人员需要在第一时间展现出自身的驾驶意图，并且有效的确认周边的人是否真正的理解和支持。不然，其他人的行为通常会让驾驶人员被动的拉入到意外的交通安全事件当中。例如，在相对能见度相对较差的行驶环境当中，往往无法有效的让其他人有效的理解行驶人员的操控行为；在开始变更车道转向前，往往 其他人不理解行驶人员的基本意图；特别是
当需要其他人让行的状况时候，往往会产生
其他人没有深刻的理解的状况发生。面对以
上的现象，则需要相关的行驶人员借助灯光、
转向、手势等，让其他人可以充分的注意到。
因为只有如此才可以让行驶人员有效的处在
行驶参与的核心位置，掌控者实时的动态而
有效的规避风险[2]。
觇标4 结论
综上所述，以上的几种关键要素是一
整套连续的、相辅相成的驾驶运转活动。
每一个行驶人员需要有评判风险的基本意
识，尽可能的预留空间，同时不断的循环
调控风险空间，探寻出多种可能产生的威
胁源头，同时进一步借助引人关注的方式
来规避风险。进而真正的掌控防御性驾驶技
术的精髓，有效的保障行驶人员的安全行驶
系数。
参考文献：
[1]陈华.驾驶员的最高境界是掌握防御性驾
驶技术[J].汽车与安全，2016（11）：39-
44.
[2]张军.浅谈防御性驾驶对预防道路交通事
故的作用及运用[J].中国安全生产科学技
术，2010（S1）：98-100.
（上接第86页）
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议