1 安全帶卡滯問(wèn)題產(chǎn)生機(jī)理

1.1 安全帶預(yù)張緊和限力裝置結(jié)構(gòu)介紹

安全帶預(yù)張緊裝置的作用是當(dāng)汽車發(fā)生碰撞的瞬間，在乘員慣性產(chǎn)生前通過(guò)迅速回收織帶來(lái)消除安全帶和人體之間的間隙，目前市場(chǎng)主流采用塑料蛇形管式，通過(guò)塑料管咬合驅(qū)動(dòng)輪葉片推動(dòng)，后通過(guò)塑料管自身特定位置易變形折斷碾碎等設(shè)計(jì)卸除卷收器回轉(zhuǎn)阻力，如圖1.1所示。

安全帶限力裝置的作用是在乘員慣性產(chǎn)生后，當(dāng)安全帶約束力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)得到釋放，緩解對(duì)乘員胸部的壓力。目前市場(chǎng)主流采用如圖1.2所示結(jié)構(gòu)。

當(dāng)碰撞發(fā)生時(shí)，安全帶鎖止系統(tǒng)會(huì)鎖定轉(zhuǎn)軸頭部，安全帶約束力不斷上升達(dá)到限力芯棒額定值后芯棒開(kāi)始扭轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸主體和轉(zhuǎn)軸頭部產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)釋放位移并將約束力值維持在限力芯棒額定值的水平，從而實(shí)現(xiàn)限力功能

。

1.2 卡滯問(wèn)題產(chǎn)生的工況

安全帶預(yù)張緊裝置作用在轉(zhuǎn)輪上的力和乘員慣性作用在轉(zhuǎn)軸上的力是轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)力。由于轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)輪是剛性鏈接，如兩者的作用時(shí)間有重疊則會(huì)形成相互抗衡的關(guān)系。例如在側(cè)碰、偏置碰、鉆卡等碰撞工況中傳感器檢測(cè)到碰撞信號(hào)滯后從而導(dǎo)致預(yù)張緊系統(tǒng)啟動(dòng)較慢

的情況。那么預(yù)張緊傳動(dòng)裝置在預(yù)張緊結(jié)束后無(wú)法與轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)分離，則進(jìn)入限力階段之后轉(zhuǎn)軸需要同時(shí)克服限力桿及該阻滯力，從而增加乘員胸部傷害。具體失效情形如圖1.3所示。

“對(duì)！因?yàn)槟阕叩较乱粭l路，下個(gè)路口，只有下個(gè)山頭，你才知道它下面的選擇是怎么樣，這里的風(fēng)景跟前面不一樣。有些機(jī)會(huì)是你以前想象不到的，但時(shí)間沒(méi)有變，工作還是沒(méi)有變?！本o湊的語(yǔ)速和敏捷的思維背后，我能感受到他的一絲疲憊。

由此引入靜態(tài)點(diǎn)爆實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行評(píng)估，試驗(yàn)設(shè)置如圖3.2所示。

2 解耦結(jié)構(gòu)方案的提出和選型

2.1 解耦概念的提出和潛在失效模式

根據(jù)上一章節(jié)的分析，優(yōu)化目標(biāo)是在出現(xiàn)卡滯問(wèn)題的工況時(shí)，避免預(yù)張緊傳動(dòng)裝置與轉(zhuǎn)軸的干涉。則需要將轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)軸間的剛性鏈接結(jié)構(gòu)變成解耦結(jié)構(gòu)，即在合適時(shí)間切斷鏈接，使得任何來(lái)自預(yù)張緊裝置的狀況都無(wú)法影響到安全帶進(jìn)入限力之后的限力表現(xiàn)。如圖2.1所示，預(yù)張緊階段約束力傳遞為路徑1，進(jìn)入限力階段后傳遞為路徑2。解耦結(jié)構(gòu)應(yīng)在預(yù)張緊階段結(jié)束后，進(jìn)入限力階段前起效。

接著來(lái)明確解耦結(jié)構(gòu)的潛在失效模式，利用LS-Dyna和Abaqus仿真工具選用兩款歐洲著名主機(jī)廠的主流車型，采用US-NCAP和E-NACAP碰撞標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定解耦過(guò)早和解耦失敗的失效情形

，對(duì)前后排假人胸部傷害進(jìn)行評(píng)估。仿真結(jié)果總結(jié)為表2.1。

根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行總結(jié)：如解耦起效過(guò)早，就會(huì)造成預(yù)張緊效果達(dá)不到理想狀態(tài)即預(yù)張緊回拉位移過(guò)小和預(yù)張緊力值不夠。那么一方面會(huì)造成沒(méi)法在人體相對(duì)移動(dòng)產(chǎn)生前理想地束縛軀體；另一方面則是由于預(yù)張緊力不足損失了前期的約束能量，造成碰撞后期階段人體接觸到氣囊時(shí)受到更大的相互作用力

。如解耦起效過(guò)晚或失效，那么就是整個(gè)優(yōu)化方案失效。異?？膯?wèn)題繼續(xù)存在，影響胸部性能指標(biāo)。

"數(shù)據(jù)的數(shù)量、速度、種類在改變，計(jì)算機(jī)技術(shù)也在改變，而這正是讓數(shù)以萬(wàn)計(jì)的商業(yè)應(yīng)用成為可能的技術(shù)平臺(tái)。"

2.2 解耦結(jié)構(gòu)方案的提出和選型

方案一：扭斷結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，轉(zhuǎn)輪底部做圓周均布柱狀特征，轉(zhuǎn)軸主體上做相應(yīng)凹槽特征。裝配時(shí)兩者類似孔軸配合，軸向則新增使用星形卡環(huán)或者過(guò)盈插銷來(lái)實(shí)現(xiàn)軸向固定。當(dāng)轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)軸主體間相對(duì)扭矩達(dá)到克服扭斷柱狀特征所需扭矩時(shí)，該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)解耦。通過(guò)調(diào)節(jié)柱狀特征，包括材料，扭斷面特征，截面積大小(圓柱直徑,圓柱個(gè)數(shù))等參數(shù)實(shí)現(xiàn)扭斷所需力矩的可調(diào)節(jié)性。

馬國(guó)平湊到汪隊(duì)長(zhǎng)跟前，近乎低聲下氣：“我說(shuō)老鄉(xiāng)……巾幗英雄別樣紅，英姿颯爽是女兵！”馬國(guó)平訕笑著，“老鄉(xiāng)的福地，我還真舍不得走?！?/p>

方案三：發(fā)條分離機(jī)構(gòu)

如圖2.4所示，轉(zhuǎn)軸主體上設(shè)計(jì)凹槽特征安放發(fā)條，發(fā)條沿著轉(zhuǎn)輪內(nèi)部纏繞，通過(guò)線束抗變形產(chǎn)生的作用在轉(zhuǎn)輪內(nèi)部的張力實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)軸主體的鏈接?？棊д＠龊突鼐韼?dòng)轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩者間形成的慣性矩差異不足以產(chǎn)生克服此張力即無(wú)法擰動(dòng)發(fā)條從而轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)軸主體可以同步旋轉(zhuǎn)。而當(dāng)預(yù)張緊裝置啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)軸主體之間產(chǎn)生了足夠慣性矩?cái)Q動(dòng)發(fā)條產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)并使得發(fā)條邊緣線束折彎變形從而實(shí)現(xiàn)分離。

方案二：螺旋楔形面分離結(jié)構(gòu)

如圖2.3所示，轉(zhuǎn)輪內(nèi)圈和轉(zhuǎn)軸主體外圈分布做螺旋楔形面特征，裝配時(shí)兩者楔形面貼合，軸向則使用壓簧片做限位機(jī)構(gòu)。當(dāng)轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)軸主體間產(chǎn)生相對(duì)扭矩到足以克服壓簧片軸向力時(shí)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)輪按楔形面所決定的運(yùn)動(dòng)軌跡產(chǎn)生軸向位移，在軸向上和推動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生錯(cuò)位實(shí)現(xiàn)分離。通過(guò)調(diào)整壓簧片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到系統(tǒng)所需的壓潰力值，調(diào)節(jié)生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單和穩(wěn)定的壓簧片來(lái)實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)性。

方案四：離合機(jī)構(gòu)如圖2.5所示，轉(zhuǎn)輪上安裝一個(gè)棘爪部件，轉(zhuǎn)軸主體上設(shè)計(jì)齒形特征，織帶正常拉出和回卷帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，棘爪產(chǎn)生的離心力不足以使其甩出從而轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)軸主體沒(méi)有產(chǎn)生連接。而當(dāng)預(yù)張緊裝置啟動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)件高速推動(dòng)轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生瞬時(shí)加速度，棘爪迅速甩出并與轉(zhuǎn)軸上的齒形形成嚙合實(shí)現(xiàn)預(yù)張緊效果，而預(yù)張緊結(jié)束后瞬時(shí)加速度減小，棘爪解鎖使得轉(zhuǎn)輪和轉(zhuǎn)軸重新分離。通過(guò)調(diào)整棘爪的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)和重心位置實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)性。

對(duì)上述方案結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，首先從產(chǎn)品的功能性上采用減分評(píng)價(jià)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行評(píng)估。第一步列出解耦結(jié)構(gòu)起效所受到的限制和可能出現(xiàn)的缺陷項(xiàng)：解耦力矩，解耦時(shí)間，解耦距離和解耦唯一性。第二步采用成對(duì)比較評(píng)估方法

對(duì)上述項(xiàng)目進(jìn)行權(quán)重分配。分配結(jié)果如下表3.2所示。

第三步列出潛在的失分項(xiàng)，如下表3.3所示。潛在失分項(xiàng)目為解耦結(jié)構(gòu)是否可調(diào)，解耦結(jié)構(gòu)是否可以不受碰撞時(shí)乘員加速度大小的影響，是否可以不受解耦角度的限制，解耦力值是否可調(diào)，解耦速度是否可調(diào)以及解耦的精確性是否可以得到保證，以及在不同工況下解耦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的精確性可否保證。如若滿足該項(xiàng)，則不計(jì)入扣分，如果無(wú)法滿足所列項(xiàng)目，則結(jié)構(gòu)方案將按每項(xiàng)的權(quán)重乘以該方案的加權(quán)因子形成扣分。

最終得到每個(gè)結(jié)構(gòu)方案的失分情況如下表3.4所示。并由此選擇方案一作為解耦結(jié)構(gòu)方案，進(jìn)行相關(guān)研究和應(yīng)用。

3 解耦結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

基礎(chǔ)上述理論分析，第一步需要明確現(xiàn)有預(yù)張緊限力式安全帶系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的扭矩1及扭矩2。即評(píng)估安全帶系統(tǒng)在沒(méi)有受到乘員慣性力矩的作用，全部由點(diǎn)爆預(yù)張緊回拉收緊形成的扭矩1。以及有一定乘員慣性作用力形成的預(yù)載荷扭矩和預(yù)張緊形成扭矩同時(shí)作用所形成的將將出現(xiàn)卡滯問(wèn)題的扭矩2。

舌癌是口腔癌中最常見(jiàn)的惡性腫瘤，80%以上的舌癌病理類型是舌鱗狀細(xì)胞癌(Tongue squamous cell carcinoma，TSCC)。TSCC容易局部復(fù)發(fā)和發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移[1]，預(yù)后較差，因此，研究TSCC的發(fā)生及轉(zhuǎn)移機(jī)制對(duì)于TSCC的預(yù)防和治療具有重要意義。

李庚先生自幼喜愛(ài)中國(guó)古典文學(xué)藝術(shù)，對(duì)繪畫更加癡迷，秉承其父李可染訓(xùn)教，鉆研水墨，取得了豐碩成果，在國(guó)際上聲譽(yù)日隆。清華大學(xué)教授、李可染畫院副院長(zhǎng)王魯湘贊其“血液中流淌著父親李可染先生對(duì)神秘崇高的宇宙精神悠然神往的可貴品質(zhì)。他對(duì)自然神性有一種發(fā)自靈府的會(huì)意……山水風(fēng)云的無(wú)言大美，水墨語(yǔ)言的玄化鴻蒙，在他看來(lái)都是道通天地的律動(dòng)，他所做的就是‘從而和之’，讓氣韻發(fā)自筆端。李庚的水墨畫把父親早年的墨戲和晚年的抽象推到了一個(gè)風(fēng)神飄舉的境界，其繪畫作品玄韻淡泊，情思淹濟(jì)，風(fēng)氣韻度似父親而更恣縱邁達(dá)”。

將鎖舌固定在一個(gè)上下滑塊上，滑動(dòng)滑塊來(lái)調(diào)整鎖舌上下位置進(jìn)而調(diào)節(jié)織帶松緊程度，在安全帶卷收器出口處放置一個(gè)張力型力值傳感器用來(lái)測(cè)量織帶上的張緊力即卷收器力F

。

安全帶表現(xiàn)和解耦結(jié)構(gòu)起效扭矩的關(guān)系如圖3.1所示。從乘員慣性作用力角度分為三個(gè)階段：沒(méi)有乘員慣性作用力產(chǎn)生、有慣性作用力產(chǎn)生但不足以激活解耦結(jié)構(gòu)、有足夠激活解耦機(jī)構(gòu)的慣性作用力產(chǎn)生。對(duì)應(yīng)的安全帶內(nèi)部情形則分為兩種：一種為預(yù)張緊裝置傳動(dòng)件能夠完全脫離或到達(dá)尾部區(qū)域；另一種為傳動(dòng)件無(wú)法克服慣性作用力帶來(lái)的阻礙到達(dá)目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生卡滯問(wèn)題。將對(duì)應(yīng)時(shí)刻的幾個(gè)臨界扭矩定義為扭矩1、扭矩2和扭矩3。

其中情形三：預(yù)張緊裝置點(diǎn)爆啟動(dòng)時(shí)已有較大乘員慣性作用力產(chǎn)生，預(yù)張緊推動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)法完全打出在轉(zhuǎn)動(dòng)輪回轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生阻礙，進(jìn)入限力階段后強(qiáng)行分離形成不可控的額外阻力，即產(chǎn)生卡滯的問(wèn)題工況。

而解耦結(jié)構(gòu)的起效扭矩應(yīng)則滿足一定范圍，即最小扭矩應(yīng)大于扭矩1，以確保在大多數(shù)工況下不會(huì)影響和造成預(yù)張緊功能的損失；而最大扭矩則理想情況下應(yīng)小于扭矩2即一旦預(yù)張緊傳動(dòng)件無(wú)法順利打出到尾部區(qū)域則解耦機(jī)構(gòu)一定起效。

作業(yè)攤鋪每日規(guī)模為2 000 t，以堆高5 m為1層，每日作業(yè)面可以控制在400 m2，即40 m長(zhǎng)、10 m寬的條狀堆體。上午完成40 m×10 m×2.5 m的作業(yè)，然后繼續(xù)完成兩側(cè)作業(yè)，以此類推構(gòu)建整個(gè)污泥作業(yè)堆體，攤鋪效果如圖2所示。

那么織帶正常佩戴狀態(tài)無(wú)額外載荷情況下進(jìn)行預(yù)張緊點(diǎn)爆，此時(shí)由預(yù)張緊回拉形成的卷收器力F

乘以其到轉(zhuǎn)軸中心的力臂就是扭矩1。而通過(guò)鎖舌位置調(diào)節(jié)施加模擬乘員慣性作用力的預(yù)載荷F

，不斷調(diào)節(jié)所施加F

直至探測(cè)出開(kāi)始形成卡滯問(wèn)題的工況，在此情況下進(jìn)行預(yù)張緊點(diǎn)爆所形成的F

乘以其到轉(zhuǎn)軸中心的力臂就是所求扭矩2。

如《真想變成大大的荷葉》一文出現(xiàn)了較多形容詞描繪事物特征的短語(yǔ)，“透明的雨滴”“彎彎的新月”“清凌凌的小河”等，引導(dǎo)學(xué)生閱讀分辨，感受形容詞的準(zhǔn)確運(yùn)用，能將事物寫得更形象具體，鼓勵(lì)學(xué)生用不同的形容詞描寫事物特征。像“透明的雨滴”還可說(shuō)“亮晶晶的雨滴”；“清凌凌的小河”可說(shuō)成“清澈透明的小河”；“大大的荷葉”可說(shuō)成“碧綠碧綠的荷葉”。

選用現(xiàn)有預(yù)張緊限力式安全帶系統(tǒng)，從100N開(kāi)始以30N為一個(gè)梯度逐步增加到250N。得到F

測(cè)量曲線如圖3.3所示。

可以讀取到隨著乘員慣性作用力即預(yù)載荷的增加，預(yù)張緊過(guò)程的持續(xù)時(shí)間也會(huì)相應(yīng)增加因?yàn)楫a(chǎn)生了預(yù)張緊傳動(dòng)過(guò)程中的相持階段。力值的突然跌落則對(duì)應(yīng)著預(yù)張緊傳動(dòng)裝置仍然完成了所有行程并沒(méi)有發(fā)生卡滯，而力值沒(méi)有出現(xiàn)跌落則意味著在預(yù)張緊結(jié)束后織帶仍處于繃緊狀態(tài)，預(yù)張緊傳動(dòng)裝置和轉(zhuǎn)輪發(fā)生了干涉形成了卡滯。通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)可以較為準(zhǔn)確地得出現(xiàn)有預(yù)張緊限力式安全帶系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的產(chǎn)生卡滯的情形為預(yù)載荷達(dá)到180N(對(duì)應(yīng)織帶卷容量為實(shí)驗(yàn)設(shè)置的750mm)。即解耦機(jī)構(gòu)必須同時(shí)滿足0N預(yù)載荷不啟動(dòng)和180N預(yù)載荷必須啟動(dòng)的條件，才能夠解決卡滯問(wèn)題。

如圖3.4所示，是預(yù)張緊傳動(dòng)過(guò)程中的力矩關(guān)系。其中F

為實(shí)驗(yàn)測(cè)量所得，L

是指受力織帶到轉(zhuǎn)軸中心的距離，主要由織帶卷容量決定。將W.O.S.(織帶剩余量)750mm(實(shí)驗(yàn)設(shè)置值)代入阿基米德螺旋線變形公式(3.1)中得到在該W.O.S. 情況下織帶纏繞在轉(zhuǎn)軸上的圈數(shù)，乘以織帶厚度T加上轉(zhuǎn)軸半徑R即可得到力臂L

, 本文研究案例中約為25mm。

(3

1)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知0N預(yù)載荷對(duì)應(yīng)的F

峰值約為3.2kN;而臨界值預(yù)載荷180N對(duì)應(yīng)的F

峰值約為3.7kN。采取簡(jiǎn)易計(jì)算乘以力臂可以得到所選解耦結(jié)構(gòu)應(yīng)用的目標(biāo)范圍：最小扭矩應(yīng)大于80N·m，最大扭矩應(yīng)小于92.5 N·m。

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