王杰， 林涛， 谢文风， 刘宗华

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511434)

0 引言

安全带被称为“生命带”，是用户日常驾乘使用中频繁接触的被动安全件之一。在车辆发生事故时，安全带对乘员起着十分重要的保护作用,正确使用汽车安全带可以大大减少交通事故带来的损害。越来越多城市立法，乘坐交通车辆需系安全带，消费者对安全带的作用也越来越重视。安全带使用舒适性也逐渐会被客户所感知，作为主机厂，不仅关注消费者佩戴安全带约束系统安全性能，同步安全带佩戴和使用舒适性是乘用车安全带项目开发过程中需着重关注的指标，提升消费者佩戴安全带的舒适度和满意度。

1 安全带自身结构因素舒适性分析

文中通过对多款车型的安全带舒适性进行了对比，并对影响安全带拉出和回卷自身结构因素进行系统分析。安全带产品自身结构因素如图1所示，其结构示意如图2所示。

图1 安全带产品自身结构因素

图2 安全带结构示意

总结影响安全带拉出及回卷自身结构因素,主要由导向环、织带、卷簧及锁舌组成，其中锁舌作为固定选型件。对导向环、织带、卷簧这3个可调参数进行单一因素和多因素组合试验研究。然后基于单一因素和多因素组合分析结果进行实车搭载评价，得到一系列性能梯度方案，通过消费者主观评价结果来优化乘员佩戴安全带舒适性使用品质。最后总结安全带整车舒适性匹配参考建议，以平衡消费者对安全带拉出与回卷使用舒适性期望。整车环境参数：环境温度25 ℃及环境湿度65%RH，前后排安全带匹配车身点位及织带长度为固定不变，前排安全带为柱安装，后排为侧围起支架水平安装。

2 安全带自身结构单一因素分析

通过调整导向环、织带、卷簧3个可调参数，单一变量研究安全带产品自身结构因素对安全带拉出及回卷摩擦力和回卷动力的影响。卷簧在安全带拉出过程中提供阻力，回卷时提供动力，织带与导向环摩擦在安全带拉出及回卷过程中，提供摩擦阻力。

2.1 导向环接触材料及接触形式试验研究

利用国标7条纹织带，在相同卷收器卷簧条件下，与供应商A导向环产品(表1)进行适配摩擦试验研究分析。

表1 供应商A导向环产品(7条纹织带)

不同导向环的摩擦力试验结果如图3所示。由图可以得出：在导向环接触面形状及形式大致相同的情况下，接触面材料对摩擦力的影响程度由小到大为全金属、金属嵌件、POM、PA6、PA66。相同POM材料，通过对比接触面形状和形式，导向环接触面越光滑，织带与导向环的摩擦力越小。

图3 不同导向环的摩擦力试验结果

2.2 织带编制方式和涂层影响分析

控制对配件导向环不变，试验研究供应商A织带产品的涂层和编制方式不同对安全带摩擦力的影响，织带产品信息见表2。

表2 供应商A织带产品信息

织带编制方式和涂层的试验结果如图4所示。由图可以得出，安全带织带摩擦力受织带编制方式的影响较大。其主要原因为：

图4 织带编制方式和涂层的试验结果

(1)双投纬较单投纬编制方式增加单丝纬线，通过改进和优化锁边及调整织带中央距，使织带变得柔软，易于弯曲，从而减小拉出及回卷阻力;

(2)在相同编制方式下，安全带织带纹理上差异对织带的摩擦力影响较小;

(3)织带有无涂层对安全带的摩擦力影响较大，耐久后会影响安全带织带表面涂层量。

2.3 卷簧因素分析

安全带所用卷簧为接触型平面涡卷弹簧。文献[1]和文献[5]介绍了安全带卷簧建模方法和建模公式;文献[5]试验研究和理论计算了在转动圈数≥8时，卷簧输出力矩与圈数呈正比关系，安全带织带对胸部压缩力与织带出口的回卷力大小呈正相关。文中选取供应商A推荐的3种规格产品，以覆盖不同车型对安全带拉出与回卷舒适性要求，卷簧参数见表3。

表3 卷簧参数

图5为卷簧扭矩与卷簧圈数的关系，图6为整车回卷力测量结果。由图可以得出：在卷簧选型设计中，安全带实车匹配使用设计尽可能运用卷簧的工作区域，以使卷簧的扭矩与卷簧圈数呈正比关系，从而使安全带拉出和回卷的使用平顺性;同时尽可能选用卷簧规格较低产品，降低安全带拉出力和胸压力，提升佩戴舒适性;确保安全带回卷速度适中，避免锁舌回卷快速撞击异响等问题发生。

图5 卷簧扭矩与卷簧圈数的关系

图6 整车回卷力测量结果

综上分析可知，以供应商A产品序列为例，可通过调整导向环接触面材料、导向环接触形式、织带编制方式、卷簧产品规格序列等安全带产品自身结构因素来实现安全带舒适性调整。

3 安全带自身结构多因素正交试验研究

安全带拉出及回卷舒适性是产品自身结构因素综合的结果。基于导向环接触面材质、织带类型、卷簧规格3个可调参数为基础，制定正交试验方案，其中织带选用无涂层7条纹(单投纬)和无涂层无条纹织带(双投纬加单丝纬线)。前后排安全带正交试验方案见表4和表5。

表4 前排供应商A安全带正交试验方案

表5 后排供应商B安全带正交试验方案

安全带在消费者使用过程中，考虑初始使用和佩戴使用，在整车点位下，织带拉出500 mm和1 000 mm进行拉出力测量研究。图7为前后排正交试验极差分析结果。由图可知，前排安全带拉出舒适性的最优解是，后排拉出舒适性最优解。

图7 前后排正交试验极差分析结果

前排供应商A和后排供应商B安全带织带拉出1 000 mm，利用Spass软件对前后排安全带拉出力进行方差分析，方差分析结果见表6和表7。对于前排有导向环的安全带，方差分析显著性值，卷簧和织带显著性<0.05，说明对于前排安全带织带和卷簧两组因素选用存在明显差异，在前排安全带舒适性匹配设计中，织带值更小，所以前排改善舒适性调整织带较好。导向环>005，前排导向环因素内差异较小。对于后排安全带无导向环布置形式，方差分析值，卷簧值大于织带值，故后排调整卷簧规格要优于调整织带。原因是取消导向环，织带与导向环摩擦力取消，织带摩擦力影响相对减弱。

表6 前排安全带拉力1 000 mm方差分析结果

表7 后排安全带拉出1 000 mm方差分析结果

4 正交试验梯度方案整车主观评价验证

基于正交试验分析结果，在整车条件下综合成本，选出一系列梯度舒适性解决方案以满足消费者需求进行主观评价验证。数据样本：男性34人，女性6人;人群体型覆盖：5分位至95分位人体。前排安全带进行8种梯度技术方案搭载，后排安全带进行6种梯度技术方案搭载。前后排梯度方案整车搭载试验结果如图8所示。由图可知，正交试验极差分析的最优解决方案与整车主观评价最优解决方案结论一致。

图8 前后排梯度方案整车搭载试验结果

5 结语

文中基于供应商安全带产品序列，首先探讨安全带自身结构各单一因素对拉出及回卷的影响。基于产品自身结构可调参数，进行多因素正交试验研究。基于正交试验梯度性能方案的采集，综合车型定位的需求，选择满足要求的安全带舒适性解决方案。对于前排安全带带有导向环的布置，建议调整织带类型来提升安全带舒适性品质;后排安全带无导向环的布置，建议通过调整卷簧参数来实现舒适性品质提升。