轿车用安全带织带回收性能研究

李新起，张 晶，李永川，董忠辉，徐旭云

（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海 201804）

轿车用安全带织带回收性能研究

李新起，张 晶，李永川，董忠辉，徐旭云

（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海 201804）

通过调查发现乘客对于安全带使用舒适性越来越关注，特别是安全带织带的回收性能。为提升安全带织带的回收性能，分析了造成织带回收异常的原因，获得了影响安全带子系统中织带回卷力的因子，包括织带延伸率、导向环类型、织带与饰板接触面积、卷簧长度。利用软件仿真优化输出了织带回卷力与影响因子间的函数传递关系，并通过优化后的零件验证了函数的准确性和有效性。

安全带；舒适性；回卷力；仿真；函数

汽车安全带作为乘员约束系统中最重要的组成部件，其安全性能一直受到人们的关注，科研人员的研究内容也主要集中在安全带的安全仿真和试验验证方面[1-2]，而对安全带使用舒适性的研究较少[3-5]。美国国家高速公路交通管理局曾对不佩戴安全带的原因做过调查，结果显示超过 1/3 的驾驶员由于不舒适等原因讨厌佩戴安全带[6]。有研究表明安全带舒适性的改进会提高乘员的安全带配戴率[7]。在 JDPower的客户调查问题中，汽车安全带的使用舒适性已被作为一项重要内容。

乘客在使用安全带的整个过程中可能出现的不舒适问题见表 1[8]。

客户对于安全带的使用舒适性有了越来越多的关注，如何提高安全带的使用舒适性也成为安全带科研人员和汽车工程师们面临的重要课题。针对客户抱怨安全带织带回收不顺畅的问题，以某车企的某车型（前排安全带置于B柱饰板之内）为研究对象，通过对客户使用安全带的习惯进行调查，分析产生安全带回收异常的原因，研究改善安全带织带回收性能的有效措施，以期实现提升安全带的使用舒适性和产品品质。

1 调查分析

为了研究客户使用习惯，以及安全带本身质量及装配制造工艺对安全带生命周期内织带回收性能的影响，本文通过调查问卷、试验等方法研究了影响安全带织带正常回收的因素。

1.1 安全带织带回收异常情况调查

随机抽取了调查样本中的 100 个有效样本，其中涵盖了 17 种车型，客户年龄在 20 ～ 50 岁之间，男女比例为 3∶1，对他们每天的驾驶时间、使用安全带的频度、关注安全带的哪些性能做了系统研究和分析。

调查结果显示，研究对象车型的安全带织带回位异常的频次为 5.1，明显高于行业平均水平 0.92（表2）。

由图1可知，安全带佩戴是否舒适、织带回位是否顺畅的受关注程度排在安全带的保护性能之后，分别列第二位和第三位，占受访者的 24.8% 和 21.7%。

由图 2 可知，74% 的受访者遇到过安全带回位异常的问题，其中 21% 的受访者使用安全带 20 次以内就会遇到一次织带回收异常的问题。而其中多达 77% 的受访者会因为安全带回收异常而感觉烦扰。更为重要的是，25% 的受访者认为安全带回收异常可能会影响安全带的保护性能（图3）。

1.2 安全带织带回收异常的影响因素分析

通过试验验证、安全带与边界零件的匹配分析、制造装配工艺的调查，发现造成安全带织带回位异常的直接原因为织带回卷过程中摩擦阻力过大，这可能是由织带的不同（不同织带摩擦系数差异大）、导向环的结构、织带和立柱饰板的开口配合、饰板质量不稳定导致的，如表 3 中 3、5、6、8 所述。为了保证安全带织带的正常回收，而又不会因织带回卷力过大对乘员造成压迫，减少织带回卷路径中的摩擦阻力就显得尤为重要。

表3 安全带织带回收异常的影响因素分析

图1 不同安全带性能的受关注程度

图2 同一安全带织带回收异常的频率

图3 乘客对安全带织带回收异常的反应

本研究中安全带织带回卷力的测试方法为：在实车状态下将安全带卷收器按照在汽车上的安装状态固定住，将带有传感器的测力计固定在安全带下的固定端片处，并与安全带织带连接，同时将边界零件（上饰板、下饰板、高度调节器等）按照设计状态安装好，然后把织带全部拉出。测试开始时，释放安全带织带，让织带慢慢匀速回卷入卷收器，回卷速度控制在 500 mm/min 以下，记录整个回卷过程中测力计的读数。通过测力计的测试曲线即可读取安全带织带的回卷力。当安全带织带刚好全部回卷入卷收器的瞬间，测力计的读数为考核的织带回卷力。对带有导向件的卷收器，则按实际安装尺寸，并让织带穿过导向件进行回卷力测量。

2 结果与讨论

2.1 结果分析

基于现有产品的具体型式，确认影响安全带织带回收性能的因子有4个：织带类型（织带延伸率）、导向环类型、织带与饰板接触面积、卷簧长度，同时假设各变量因子为两水平，具体如表4所示。基 于 此， 借 助 试 验 设 计（Design of Experiment，DOE）工具创建了表 5所示的直交表，并测试了不同条件下安全带的回卷力。本研究中涉及的安全带织带回卷力的测量结果均为3个样品测量值的平均结果。

表4 影响安全带织带回收性能的因子

由数据可知，卷簧越长，安全带回卷力越大；织带延伸率越大，织带越容易回收；导向环2的结构有利于安全带织带回收；织带与饰板的接触面积越小，越有利于织带回收。

为了更精确地分析各个变量因子对安全带子系统中织带回卷力的贡献值，以及各变量因子之间的相互影响，并找到几个变量因子的最优组合，利用某软件分析得到了初始模型如图4所示。由初始模型可知，其中3个影响因子（织带与饰板接触面积、卷簧长度、织带延伸率）对织带回卷力起主要作用，而导向环类型对织带回卷力的影响最小。同时考虑“导向环类型”为不可量化性因子，无法输出回归方程，所以假设导向环为 1（即 Type 1），对初始模型进行进一步优化分析。

表5 不同影响因子条件下的安全带织带回卷力

图4 不同影响因子对织带回卷力的贡献值（初始模型）

初次优化结果如图5所示，织带延伸率是3个影响因子里贡献值最小的，而且织带延伸率与卷簧长度和导向环类型的交互作用比较大，所以假设织带延伸率也为定值 13%，可对卷簧长度和织带与饰板接触面积两个参数进一步优化得到数据模型，如图6所示。

基于已选定的导向环类型和织带类型（织带延伸率固定），仿真得到了安全带子系统中安全带织带回卷力的传递函数为：

式中：F为安全带织带回卷力，N；L为卷簧长度，mm；S 为织带与饰板接触面积，mm2。

图5 不同影响因子对织带回卷力的贡献值（优化模型）

图6 不同影响因子对织带回卷力的贡献值（最终模型）

2.2 安全带织带回卷力回归方程的有效性验证

当前研究对象车型的安全带织带回卷力测试结果为 0 ～ 0.5 N，为了使安全带织带能够顺畅回收，目标是将研究对象车型的安全带织带回卷力提高到不低于 1.0 N。

为了达到上述改善目标，假设改善后安全带子系统中织带回卷力为 1.0 N，织带与饰板的接触面积为 0，利用式（1）得到卷簧长度为 3 111 mm；而由仿真软件优化得到的全局最优解为卷簧长度3 150 mm、织带与饰板接触面积为 0，二者是吻合的。

基于以上分析，本研究验证了卷簧长度为3 150 mm， 织 带 延 伸 率 为 13% 以 及 导 向 环 型 式Type 2 的优化产品的可靠性，并测试了优化后的安全带子系统（织带与新饰板 Trim 1 的接触面积为 0）中安全带的织带回卷力。由表6可知，优化后的安全带织带回卷力试验结果与式（1）的计算结果是相吻合的，表明式（1）是准确有效的。

表6 优化后安全带产品的织带回卷力

3 结论

安全带的使用舒适性越来越受到消费者的关注，本研究调查了乘客对于安全带使用过程中织带回收舒适性能的关注度，发现多达 77% 的受访者会因为安全带回收异常而感觉烦扰。

织带回收不顺畅是由于织带回卷过程中摩擦阻力过大导致的。通过仿真和试验得出了安全带织带回卷力与关键参数（卷簧长度、织带与饰板接触面积）之间的函数传递关系。通过对传递函数和影响安全带织带回收因素的分析，可以减少其它非关键参数的设计考虑以及试验验证，降低开发成本。

此外，在保证佩戴舒适的前提下，通过设计优化实现了研究对象车型的安全带回卷力由当前的0 ～ 0.5 N 提升到 1.0 N 以上，预期可以有效减少售后抱怨，提升消费者使用体验。

参考文献（References）：

［1］张学荣，刘学军，陈晓东，等 . 正面碰撞安全带约束系统开发与试验验证 [J]. 汽车工程，2007，29（12）：1055-1058. ZHANG Xuerong，LIU Xuejun，CHEN Xiaodong，et a1. Deve1opment and Test Va1idation of Safety Be1t Restraint System for Fronta1 Impact[J]. Automotive Engineering，2007，29（12）：1055-1058. (in Chinese)

［2］袁健，孙振东，史永万 . 轿车安全带优化设计及模拟计算 [J]. 汽车工程，2002，24（2）：160-163. YUAN Jian，SUN Zhendong，SHI Yongwan. Design Optimization and Simu1ation of Safety Be1t[J]. Automotive Engineering，2002，24（2）：160-163. (in Chinese)

［3］王全 . 安全带佩戴舒适性分析 [J]. 汽车零部件，2015，（11）：13-17. WANG Quan. Seatbe1t Fastened Comfort Ana1ysis[J]. Automobi1e Parts，2015（11）：13-17. (in Chinese)

［4］李相锋，许亚婷，王向阳，等 . 基于中国人体的安全带舒适性研究 [J]. 上海汽车，2014（10）：9-12. LI Xiangfeng，XU Yating，WANG Xiangyang，et a1. Comfort Study on Safety Be1t BASED on Chinese Human Body [J]. Shanghai Auto，2014（10）：9-12. (in Chinese)

［5］刘玉光，张晓龙，王存，等 . 乘用车安全带提醒装置适应性研究 [J]. 汽车技术，2006（S1）： 55-59. LIU Yuguang，ZHANG Xiao1ong，WANG Cun，et a1. Study on App1icabi1ity of Passenger Car’s Seatbe1t Reminder[J]. Automobi1e Techno1ogy，2006（S1）：55-59.

［6］DOT. Reasons for Seatbe1t Use and Non-use[EB/OL]. NHTSA，http://stnw.nhtsa.gov/peop1e/injury/research/ SafetySurvey/ Chapter2.htm1，2000.

［7］MCCARTHY R L. An Ana1ysis of the Safety Re1ated Impact of “Comfort Feature” Introduction in GM Vehic1es [C]// SAE Technica1 Paper，1989-12-0021.

［8］华伟 . 汽车安全带舒适性研究 [J]. 汽车科技，2011（4）：33-36. HUA Wei. Comfort of Automotive Seatbe1t[J]. Auto Mobi1e Science & Techno1ogy，2011（4）：33-36.

作者介绍

李新起（1987-），男，上海嘉定人。硕士，工程师，主要研究方向为汽车安全。

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，张晶，李永川，等 . 轿车用安全带织带回收性能研究［J］. 汽车工程学报，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)