刘雪姣 刘昕耀 韩啸

沈阳金杯锦恒汽车安全系统有限公司 辽宁省沈阳市 110141

1 引言

对于安全带常见的配置是卷收器位置增加预紧限力等功能，而对于腰带位置，无论是插锁还是固定点端片的位置常见的都是增加预紧功能，插锁预紧和端片预紧都有助于提升假人腰部的约束作用，相反带来的是颈部伤害的增加，而本文提出在腰带位置增加限力，正是想要改善颈部伤害的问题。

2 产品设计思路

根据开发经验发现，碰撞试验后排经常出现假人颈部伤害值超标的问题，而对于这一问题，能够改善解决的方案很少，而我们提出的腰带限力就是一个不错的方案，通常使用调整扭力杆大小的方法，但是过低的扭力杆会导致Fz增高，过高的扭力杆会导致颈部弯矩My的增加，对于颈部伤害的调节，有一定的局限性。腰带位置增加限力，会让假人臀部前移量增加，减小假人躯干的翻转幅度，翻转时间延后，可改善假人颈部的伤害。

而我们提出的在腰带部分增加限力，是在40ms左右增加一个限力平台，力值约为5KN左右，常见的腰带力值如图1（a），增加腰带限力后的腰带力如图1（b）。

图1 有无腰带限力功能腰带力值对比

在上述设计思路下，我们开展仿真模型的验证，在模型上对比增加腰带限力前后的力值、假人运动趋势、胸压，以验证我们的设计思路。

3 仿真验证

3.1 仿真模型的建立

使用LS-DYNA软件进行安全带系统仿真技术研究。参照GB14166-2013标准搭建模型，模型中使用HybridⅢ50%男性假人、刚性座椅。使用某知名主机厂的新款车型的坐标点和波形。利用有限元方法模拟安全带、假人、座椅等零部件系统，仿真模型如图2所示：

图2 安全带系统仿真示意图

仿真模型在进行开发思路验证前，需要进行对标分析，即实现仿真输出数据与实际试验数据进行对比，调整模型达到足够的精度，保证模型的准确性。建立的仿真模型运算后，输出安全带的常用力值和假人常用参数，包括卷收器出口力值、肩带力、插锁力、腰带力、胸压、头部加速度、胸部加速度、骨盆加速度等。将以上仿真数据与实际试验数据进行CORA分析，通过调整模型参数，实现仿真与实际试验数据相似度达到90%以上，相似度较高，可以用于以后的仿真思路验证。

3.2 安全带仿真力值

通过调整模型中的相关参数，实现固定点端片限力的功能。插锁上方力值和固定点腰带力值表现如图3所示，原有状态代号为base（蓝色），增加腰带限力后状态代号为LL（红色）：

图3 仿真插锁力和腰带力对比

由曲线可以看出，增加腰带限力功能后，插锁力值上升，腰带力值下降。腰带力表现与设计目标相同。

3.3 假人仿真结果

仿真使用HybridⅢ50%男性假人，采集假人胸部压缩量，同时输出假人颈部伤害值Fx、Fz、My，通过动画得到假人臀部前移量，获得增加腰带限力后假人运动状态以及伤害值的对比。

3.3.1 假人胸部压缩量

胸部压缩量对比曲线如下图4：

图4 仿真假人胸压对比

由曲线可以看出，以75ms为分界，通过动画可以看到，75ms以后假人胸部碰撞大腿，产生的撞击导致胸压明显的大幅度上升。无论是碰撞前后胸压都有少许的降低，但变化幅度并不大，对比曲线可以看出增加腰带限力后，碰撞时间明显延后，这与我们设想的一致。

3.3.2 假人臀部位移量

通过仿真动画，查看假人和座椅固定点之间相对距离，测量假人的前移量得到曲线如图5：

图5 仿真假人臀部前移量对比

由曲线可以看出，增加腰带限力功能后，假人臀部前移量更大，峰值延后5ms，说明假人臀部运动趋势更大，这与我们设想的一致。

3.3.3 假人颈部伤害值

颈部伤害值Fx和Fz对比曲线如图6：

图6 仿真假人颈部力值

由曲线可以看出，颈部伤害值剪切力Fx和张力Fz均有所降低，增加腰带限力的确对颈部的力值有所改善。

颈部伤害值伸张弯矩My对比曲线如图7：

图7 仿真假人颈部伸张弯矩

由曲线可以看出，115ms开始颈部由于身体碰撞大腿导致明显的弯矩升高，但无论碰撞前后，颈部伤害值伸张弯矩My均有所降低，增加腰带限力的确对颈部的弯矩有明显的改善。

通过本节内容可以得出，产品设计思路是正确的，增加腰带限力对于改善假人的颈部伤害有较明显的作用，而对于安全带最关心的伤害值胸部压缩量，并无影响，通过仿真验证，此产品可以达到降低颈部伤害的作用。

4 结论

本文通过仿真验证了腰带限力对假人颈部伤害值的改善，颈部伤害值剪切力Fx、张力Fz、伸张弯矩My增加腰带限力后均有所降低。假人臀部前移量增加，对假人颈部是有改善效果的。

后续会开发此产品，进行实际试验验证其效果的准确性。对于假人颈部伤害情况的研究还需更多更新的思路进行验证与分析，考虑实际实现与仿真的结合，实现改善假人颈部伤害的作用，为今后安全带研发设计提供更多思路，为今后汽车厂家提供更多的配置选择。本文的产品设计及验证扩展了今后的安全带开发思路，为汽车企业进行性能匹配提供一些新的方法，对汽车企业进行安全带选型有一定的指导意义。