轎車(chē)用安全帶織帶回收性能研究

李新起，張 晶，李永川，董忠輝，徐旭云

（上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海 201804）

轎車(chē)用安全帶織帶回收性能研究

李新起，張 晶，李永川，董忠輝，徐旭云

（上海汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海 201804）

通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)乘客對(duì)于安全帶使用舒適性越來(lái)越關(guān)注，特別是安全帶織帶的回收性能。為提升安全帶織帶的回收性能，分析了造成織帶回收異常的原因，獲得了影響安全帶子系統(tǒng)中織帶回卷力的因子，包括織帶延伸率、導(dǎo)向環(huán)類(lèi)型、織帶與飾板接觸面積、卷簧長(zhǎng)度。利用軟件仿真優(yōu)化輸出了織帶回卷力與影響因子間的函數(shù)傳遞關(guān)系，并通過(guò)優(yōu)化后的零件驗(yàn)證了函數(shù)的準(zhǔn)確性和有效性。

安全帶；舒適性；回卷力；仿真；函數(shù)

汽車(chē)安全帶作為乘員約束系統(tǒng)中最重要的組成部件，其安全性能一直受到人們的關(guān)注，科研人員的研究?jī)?nèi)容也主要集中在安全帶的安全仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證方面[1-2]，而對(duì)安全帶使用舒適性的研究較少[3-5]。美國(guó)國(guó)家高速公路交通管理局曾對(duì)不佩戴安全帶的原因做過(guò)調(diào)查，結(jié)果顯示超過(guò) 1/3 的駕駛員由于不舒適等原因討厭佩戴安全帶[6]。有研究表明安全帶舒適性的改進(jìn)會(huì)提高乘員的安全帶配戴率[7]。在 JDPower的客戶(hù)調(diào)查問(wèn)題中，汽車(chē)安全帶的使用舒適性已被作為一項(xiàng)重要內(nèi)容。

乘客在使用安全帶的整個(gè)過(guò)程中可能出現(xiàn)的不舒適問(wèn)題見(jiàn)表 1[8]。

客戶(hù)對(duì)于安全帶的使用舒適性有了越來(lái)越多的關(guān)注，如何提高安全帶的使用舒適性也成為安全帶科研人員和汽車(chē)工程師們面臨的重要課題。針對(duì)客戶(hù)抱怨安全帶織帶回收不順暢的問(wèn)題，以某車(chē)企的某車(chē)型（前排安全帶置于B柱飾板之內(nèi)）為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)客戶(hù)使用安全帶的習(xí)慣進(jìn)行調(diào)查，分析產(chǎn)生安全帶回收異常的原因，研究改善安全帶織帶回收性能的有效措施，以期實(shí)現(xiàn)提升安全帶的使用舒適性和產(chǎn)品品質(zhì)。

1 調(diào)查分析

為了研究客戶(hù)使用習(xí)慣，以及安全帶本身質(zhì)量及裝配制造工藝對(duì)安全帶生命周期內(nèi)織帶回收性能的影響，本文通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷、試驗(yàn)等方法研究了影響安全帶織帶正?；厥盏囊蛩?。

1.1 安全帶織帶回收異常情況調(diào)查

隨機(jī)抽取了調(diào)查樣本中的 100 個(gè)有效樣本，其中涵蓋了 17 種車(chē)型，客戶(hù)年齡在 20 ～ 50 歲之間，男女比例為 3∶1，對(duì)他們每天的駕駛時(shí)間、使用安全帶的頻度、關(guān)注安全帶的哪些性能做了系統(tǒng)研究和分析。

調(diào)查結(jié)果顯示，研究對(duì)象車(chē)型的安全帶織帶回位異常的頻次為 5.1，明顯高于行業(yè)平均水平 0.92（表2）。

由圖1可知，安全帶佩戴是否舒適、織帶回位是否順暢的受關(guān)注程度排在安全帶的保護(hù)性能之后，分別列第二位和第三位，占受訪(fǎng)者的 24.8% 和 21.7%。

由圖 2 可知，74% 的受訪(fǎng)者遇到過(guò)安全帶回位異常的問(wèn)題，其中 21% 的受訪(fǎng)者使用安全帶 20 次以?xún)?nèi)就會(huì)遇到一次織帶回收異常的問(wèn)題。而其中多達(dá) 77% 的受訪(fǎng)者會(huì)因?yàn)榘踩珟Щ厥债惓６杏X(jué)煩擾。更為重要的是，25% 的受訪(fǎng)者認(rèn)為安全帶回收異?？赡軙?huì)影響安全帶的保護(hù)性能（圖3）。

1.2 安全帶織帶回收異常的影響因素分析

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證、安全帶與邊界零件的匹配分析、制造裝配工藝的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)造成安全帶織帶回位異常的直接原因?yàn)榭棊Щ鼐磉^(guò)程中摩擦阻力過(guò)大，這可能是由織帶的不同（不同織帶摩擦系數(shù)差異大）、導(dǎo)向環(huán)的結(jié)構(gòu)、織帶和立柱飾板的開(kāi)口配合、飾板質(zhì)量不穩(wěn)定導(dǎo)致的，如表 3 中 3、5、6、8 所述。為了保證安全帶織帶的正?；厥?，而又不會(huì)因織帶回卷力過(guò)大對(duì)乘員造成壓迫，減少織帶回卷路徑中的摩擦阻力就顯得尤為重要。

表3 安全帶織帶回收異常的影響因素分析

圖1 不同安全帶性能的受關(guān)注程度

圖2 同一安全帶織帶回收異常的頻率

圖3 乘客對(duì)安全帶織帶回收異常的反應(yīng)

本研究中安全帶織帶回卷力的測(cè)試方法為：在實(shí)車(chē)狀態(tài)下將安全帶卷收器按照在汽車(chē)上的安裝狀態(tài)固定住，將帶有傳感器的測(cè)力計(jì)固定在安全帶下的固定端片處，并與安全帶織帶連接，同時(shí)將邊界零件（上飾板、下飾板、高度調(diào)節(jié)器等）按照設(shè)計(jì)狀態(tài)安裝好，然后把織帶全部拉出。測(cè)試開(kāi)始時(shí)，釋放安全帶織帶，讓織帶慢慢勻速回卷入卷收器，回卷速度控制在 500 mm/min 以下，記錄整個(gè)回卷過(guò)程中測(cè)力計(jì)的讀數(shù)。通過(guò)測(cè)力計(jì)的測(cè)試曲線(xiàn)即可讀取安全帶織帶的回卷力。當(dāng)安全帶織帶剛好全部回卷入卷收器的瞬間，測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為考核的織帶回卷力。對(duì)帶有導(dǎo)向件的卷收器，則按實(shí)際安裝尺寸，并讓織帶穿過(guò)導(dǎo)向件進(jìn)行回卷力測(cè)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)果分析

基于現(xiàn)有產(chǎn)品的具體型式，確認(rèn)影響安全帶織帶回收性能的因子有4個(gè)：織帶類(lèi)型（織帶延伸率）、導(dǎo)向環(huán)類(lèi)型、織帶與飾板接觸面積、卷簧長(zhǎng)度，同時(shí)假設(shè)各變量因子為兩水平，具體如表4所示。基 于 此， 借 助 試 驗(yàn) 設(shè) 計(jì)（Design of Experiment，DOE）工具創(chuàng)建了表 5所示的直交表，并測(cè)試了不同條件下安全帶的回卷力。本研究中涉及的安全帶織帶回卷力的測(cè)量結(jié)果均為3個(gè)樣品測(cè)量值的平均結(jié)果。

表4 影響安全帶織帶回收性能的因子

由數(shù)據(jù)可知，卷簧越長(zhǎng)，安全帶回卷力越大；織帶延伸率越大，織帶越容易回收；導(dǎo)向環(huán)2的結(jié)構(gòu)有利于安全帶織帶回收；織帶與飾板的接觸面積越小，越有利于織帶回收。

為了更精確地分析各個(gè)變量因子對(duì)安全帶子系統(tǒng)中織帶回卷力的貢獻(xiàn)值，以及各變量因子之間的相互影響，并找到幾個(gè)變量因子的最優(yōu)組合，利用某軟件分析得到了初始模型如圖4所示。由初始模型可知，其中3個(gè)影響因子（織帶與飾板接觸面積、卷簧長(zhǎng)度、織帶延伸率）對(duì)織帶回卷力起主要作用，而導(dǎo)向環(huán)類(lèi)型對(duì)織帶回卷力的影響最小。同時(shí)考慮“導(dǎo)向環(huán)類(lèi)型”為不可量化性因子，無(wú)法輸出回歸方程，所以假設(shè)導(dǎo)向環(huán)為 1（即 Type 1），對(duì)初始模型進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化分析。

表5 不同影響因子條件下的安全帶織帶回卷力

圖4 不同影響因子對(duì)織帶回卷力的貢獻(xiàn)值（初始模型）

初次優(yōu)化結(jié)果如圖5所示，織帶延伸率是3個(gè)影響因子里貢獻(xiàn)值最小的，而且織帶延伸率與卷簧長(zhǎng)度和導(dǎo)向環(huán)類(lèi)型的交互作用比較大，所以假設(shè)織帶延伸率也為定值 13%，可對(duì)卷簧長(zhǎng)度和織帶與飾板接觸面積兩個(gè)參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化得到數(shù)據(jù)模型，如圖6所示。

基于已選定的導(dǎo)向環(huán)類(lèi)型和織帶類(lèi)型（織帶延伸率固定），仿真得到了安全帶子系統(tǒng)中安全帶織帶回卷力的傳遞函數(shù)為：

式中：F為安全帶織帶回卷力，N；L為卷簧長(zhǎng)度，mm；S 為織帶與飾板接觸面積，mm2。

圖5 不同影響因子對(duì)織帶回卷力的貢獻(xiàn)值（優(yōu)化模型）

圖6 不同影響因子對(duì)織帶回卷力的貢獻(xiàn)值（最終模型）

2.2 安全帶織帶回卷力回歸方程的有效性驗(yàn)證

當(dāng)前研究對(duì)象車(chē)型的安全帶織帶回卷力測(cè)試結(jié)果為 0 ～ 0.5 N，為了使安全帶織帶能夠順暢回收，目標(biāo)是將研究對(duì)象車(chē)型的安全帶織帶回卷力提高到不低于 1.0 N。

為了達(dá)到上述改善目標(biāo)，假設(shè)改善后安全帶子系統(tǒng)中織帶回卷力為 1.0 N，織帶與飾板的接觸面積為 0，利用式（1）得到卷簧長(zhǎng)度為 3 111 mm；而由仿真軟件優(yōu)化得到的全局最優(yōu)解為卷簧長(zhǎng)度3 150 mm、織帶與飾板接觸面積為 0，二者是吻合的。

基于以上分析，本研究驗(yàn)證了卷簧長(zhǎng)度為3 150 mm， 織 帶 延 伸 率 為 13% 以 及 導(dǎo) 向 環(huán) 型 式Type 2 的優(yōu)化產(chǎn)品的可靠性，并測(cè)試了優(yōu)化后的安全帶子系統(tǒng)（織帶與新飾板 Trim 1 的接觸面積為 0）中安全帶的織帶回卷力。由表6可知，優(yōu)化后的安全帶織帶回卷力試驗(yàn)結(jié)果與式（1）的計(jì)算結(jié)果是相吻合的，表明式（1）是準(zhǔn)確有效的。

表6 優(yōu)化后安全帶產(chǎn)品的織帶回卷力

3 結(jié)論

安全帶的使用舒適性越來(lái)越受到消費(fèi)者的關(guān)注，本研究調(diào)查了乘客對(duì)于安全帶使用過(guò)程中織帶回收舒適性能的關(guān)注度，發(fā)現(xiàn)多達(dá) 77% 的受訪(fǎng)者會(huì)因?yàn)榘踩珟Щ厥债惓６杏X(jué)煩擾。

織帶回收不順暢是由于織帶回卷過(guò)程中摩擦阻力過(guò)大導(dǎo)致的。通過(guò)仿真和試驗(yàn)得出了安全帶織帶回卷力與關(guān)鍵參數(shù)（卷簧長(zhǎng)度、織帶與飾板接觸面積）之間的函數(shù)傳遞關(guān)系。通過(guò)對(duì)傳遞函數(shù)和影響安全帶織帶回收因素的分析，可以減少其它非關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)考慮以及試驗(yàn)驗(yàn)證，降低開(kāi)發(fā)成本。

此外，在保證佩戴舒適的前提下，通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了研究對(duì)象車(chē)型的安全帶回卷力由當(dāng)前的0 ～ 0.5 N 提升到 1.0 N 以上，預(yù)期可以有效減少售后抱怨，提升消費(fèi)者使用體驗(yàn)。

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作者介紹

李新起（1987-），男，上海嘉定人。碩士，工程師，主要研究方向?yàn)槠?chē)安全。

Te1：13916164132

E-mai1：xinqi1i2009@163.com

Retraction Performance of Car Seatbelt Webbing

LI Xinqi，ZHANG Jing，LI Yongchuan，DONG Zhonghui，XU Xuyun
（SAIC MOTOR Technical Center，Shanghai 201804，China）

The survey showed the car occupants have paid more and more attention to the seatbelt comfort, especially the performance of webbing retraction. In order to improve the retraction performance, the paper studied the causes of the abnormal webbing retraction. And it was obtained that the parameters influencing the retracting force of a seatbelt webbing include the webbing elongation, D-ring type, the spring length and the contact area between the webbing and trim. The function relating the retracting force and these parameters was optimized by means of the simulation software, and the accuracy and efficiency of the function were verified.

seatbelt；comfort；retracting force；simulation；function

引用格式：

U461.91

：A

10.3969/j.issn.2095-1469.2017.03.09

2017-01-13 改稿日期：2017-02-16

李新起，張晶，李永川，等 . 轎車(chē)用安全帶織帶回收性能研究［J］. 汽車(chē)工程學(xué)報(bào)，2017，7(3)：220-225.

LI Xinqi，ZHANG Jing，LI Yongchuan，et a1. Retraction Performance of Car Seatbe1t Webbing［J］. Chinese Journa1 of Automotive Engineering，2017，7(3)：220-225.(in Chinese)