安全带设计指南

奇瑞汽车有限公司 安全带产品设计开发指南 编制日期 2006 年 8 月编者 胡静忠 版次 00页次 1 奇瑞汽车有限公司奇瑞汽车有限公司商研院车身商研院车身 部设计指南部设计指南 编制 编制 校对 校对 审核 审核 批准 批准 商用车工程研究院商用车工程研究院 1 概述 奇瑞汽车有限公司 安全带产品设计开发指南 编制日期 2006 年 8 月编者 胡静忠 版次 00页次 2 1 1 定义 安全带 具有织带 带扣 调节件以及将其固定在车内的附件 用于在车辆骤然减速 或撞车时通过限制佩戴者身体的运动以减轻其伤害程度的总成 该总成一般称为安全带总 成 它包括吸能或卷收织带的装置 1 2 简要说明 轿车上使用的安全带 按固定方式分为两点式安全带和三点式安全带两种 两点式安全带 与车体或座椅构架仅有两个固定点 软带从腰的两侧挂到腹部 形似腰带 在碰撞事故中 可以防止乘员身体前移或从车内甩出 优点是使用方便 容易解脱 缺点是乘员上体容易 前倾 前座乘员头部会撞到仪表板或挡风玻璃上 所以这种安全带主要用在轿车后排中间 座位上 三点式安全带是弥补两点式安全带缺点的一种安全带 它在两点式安全带的基础 上增加了肩带 在靠近肩部的车体上有一个固定点 可同时防止乘员躯体前移和防止上半 身前倾 增强了乘员的安全性 是目前使用最普遍的一种安全带 1 3 安全带的基本结构和功能 1 3 1 安全带的基本结构 轿车安全带一般由织带 安装固定件和卷收器等部件组成 具体结构见下图 三点紧急锁止 式 安全带固定螺栓 织带 锁舌 导向环 卷收器固定螺栓 卷收器 预张紧器 锁扣 高调器 导向片 1 3 2 安全带的组成部分 1 3 2 1 织带 织带是构成安全带的主体 多用尼龙 聚脂 维尼纶等合成纤维原丝纺编 织成宽约 50 毫米 厚约 1 5 毫米的带子 织带应保证作用在佩带者身体上的压力沿其全部 宽度尽可能均匀分布 而且在负荷下不发生扭曲 织带的主要性能指标有抗拉强度 伸长 奇瑞汽车有限公司 安全带产品设计开发指南 编制日期 2006 年 8 月编者 胡静忠 版次 00页次 3 率 能量吸收性 宽度 厚度 耐磨性 耐高温性 耐低温性 抗水性 耐磨色劳度 耐 水色劳度 耐光色劳度 横向刚度 纵向刚度 燃烧性 气味性等 织带的抗拉强度 GB14166 1993 类别抗拉强度 N 腰带26700 肩带17700 腰肩连续带22300 织带的宽度 GB14166 1993 在拉伸载荷为 9810N 的拉力时 织带宽度不小于 46mm 织带伸长率 GB14166 1993 在拉伸载荷达到 196N 状态下 在式样中间部位向两端 各 100mm 处标明初始点 测定拉伸载荷为 11100N 时两端点之间的距离 伸长率不得大于 下表要求 类别伸长率 腰带20 肩带40 腰肩连续带30 织带的其他性能要求详见相关标准 1 3 2 2 安装固定件 安装固定件是与车体或座椅构件相连接的耳片 插件和螺栓等 它 们的安装位置和牢固性 直接影响到安全带的保护效果和乘员的舒适感 特别注意的是 与织带直接接触的金属件应当经过适当的工艺处理消除锐边 可在锐边喷涂塑料 也可增 加金属或塑料制的保护垫 1 3 2 3 卷收器 织带卷收机构一般由卷带筒和卷簧组件组成 卷带筒是用于收卷和储存 织带的零件 它可以由金属冲压件组合而成 也可用铝合金压铸件 还有仅用于收卷作用 的注塑件卷带筒 为了使卷带筒在卷绕织带时均衡 其中心缠绕织带的部分截面最好设计 成螺旋曲线 其截面螺旋曲线的螺距应等于或略大于缠绕织带的厚度 卷簧组件的主要零件是卷簧 目前卷簧多为弹簧钢制成的螺旋式平卷簧 其作用是平稳地 将拉出的织带卷回卷带筒 卷收力大小取决于卷簧转矩的大小 敏感机构 卷收器敏感机构分为织带拉出加速度敏感型 车辆加速度敏感型和复合敏感 型 织带敏感型结构 它用织带轴上装配的惯性板感应织带的拉出加速度 当织带正常拉出和 卷入时 惯性板和中心轴等是同步运动的 当织带拉出加速度达到一定值后 惯性板相对 感应织带加速度用的棘爪有一滞后量 使棘爪被推动而与棘轮相啮合 以达到锁止的目的 车体敏感型结构 它使用钢球来感应车辆加速度和车体倾斜角度 当车辆加速度或车体倾 斜角度达到一定值时 钢球滚动以推动棘爪与棘轮相啮合 从而达到锁止的目的 复合敏感型机构 复合敏感型机构是将上述两种敏感机构组合成一体的机构 可起双重保 护作用 是目前普遍使用的结构 锁止机构 包括收卷机构锁止式 织带锁止式和预张紧机构 奇瑞汽车有限公司 安全带产品设计开发指南 编制日期 2006 年 8 月编者 胡静忠 版次 00页次 4 收卷机构锁止式 无论是通过车感和带感锁止 还是直接锁止卷轴或通过棘爪 棘轮来锁 止卷带筒 都称为收卷机构锁止式 织带锁止式 是一种在卷收器上对织带进行架夹紧锁止的卷收器 可以减小卷收器在紧急 锁止时织带的拉出长度 一般用于装有安全气囊的前排座椅 当敏感机构作用时 首先锁 止卷轴 织带继续拉出时 只能向拉出方向拉动卷带筒 而不能使卷带筒旋转 此时浮动 的卷带筒推动织带锁止机构夹紧织带 减少织带在卷带筒里拉出的长度 预张紧机构 预张紧机构一般由敏感机构和回拉机构组成 由于其制造成本高 一般仅用 于装有安全气囊的前排座椅 敏感机构是触发回拉机构工作的一种装置 分机械式和电子 式两种 回拉机构常用爆燃发生器产生高压气体作为回拉动力 实现织带的预张紧 一般 预张紧织带长度为 80 150mm 1 3 2 4 导向件 导向件是用来改变织带方向的零件 便于安全带卷收器的布置 使安全带能紧贴乘员身体 有效地约束乘员身体运动 提高乘员佩带安全带的舒适性 但由于织带在通过导向件时弯 曲变形并产生滑动阻力 要求导向件表面光滑 摩擦系数小 圆弧面曲率适中 减小织带 在滑动时的变形和阻力 导向件的织带滑动表面通常有光滑的镀铬表面 包涂尼龙层表面 镶嵌式光滑金属环表面 及包塑成型表面等 由于镶嵌金属环和包塑成型的导向件与织带接触的圆弧面大 因此织 带拉出和回卷时阻力小 但在制造包塑成型的表面时 应使合模棱角处平滑 有时合模分 型面处设计成凹陷状 以减小织带拉动时的阻力 避免拉毛织带 1 3 2 5 锁扣 锁扣是既能把乘员约束在安全带内 又能快速释放的连接装置 锁扣的分类及特点 按按钮位置可分为两种 一是侧按式 二是顶按式 侧按式结构简单 但因按钮在锁体的 外测 易于接触异物而造成误开锁 一般开启力较大 顶按式结构复杂 但强度较高 其 开启性能稳定 而且在锁体内易于安装安全开关或警告灯开关 强制驾驶员使用安全带 若驾驶员不使用安全带 则车辆无法启动或警告灯告警 按连接方式可分为两种 刚性连接式和柔性连接式 柔性连接式又分为钢丝杆连接式和柔 性织带连接式 织带型锁扣钢丝型锁扣刚性型锁扣 奇瑞汽车有限公司 安全带产品设计开发指南 编制日期 2006 年 8 月编者 胡静忠 版次 00页次 5 刚性型锁扣 一般用于前座椅带扣 有时为了保护座椅 在与座椅面料接触处贴上保护塑 料垫 或在刚性支架外面包塑料管或热塑管 钢丝型锁扣 钢丝外套塑料管或热塑管 一般用于后座连接较短的锁扣 织带型锁扣 一般用于后座的锁扣 当连接部分搁在座垫上不使用时 也便于将锁头移至 合适的地方 由于带扣锁系统在动态碰撞时 受力非常大 因此当柔性织带于任何金属体 连接时 要避免与金属锐边接触 可在锐边喷涂塑料 也可增加金属或塑料制的保护垫 锁舌分类及特点 锁舌可分为两类 平板型锁舌和折湾型锁舌 平板型锁舌在闭锁时锁扣受力情况较好 在 受力时不产生侧向力矩 且制造简单 折湾型锁舌在闭锁时按钮处空间增大 因此在快速 解脱时操作方便 锁扣系统设计要点 锁扣的设计应能排除任何不正确使用的可能性 例如后排中主座与边坐安全带锁舌应能防 止误插 同时要特别保证锁扣不能处于部分啮合的位置 因此在带扣闭锁或打开的过程中 感觉必须明确 锁扣与佩带者身体接触的区域其接触面积应不小于 20cm2 宽度不小于 46mm 以保证发 生事故时不伤害乘客 在锁头按钮设计时 对于包围式锁扣按钮 其外露表面面积不小于 4 5 cm2 宽度不小于 15mm 对于非包围式锁扣按钮 其外露面积不小于 2 5 cm2 宽度不小于 10mm 按钮的 表面应为红色 以示醒目警示 带锁扣材料 带扣体 锁止部件 锁舌等受力部件一般都采用高强度钢板 不能使用脆 性材料 热处理后的金相组织是强度高 韧性大的金相组织 外罩及按钮多采用热塑性树 脂 如 ABS 塑料 聚丙烯等 内部功能部件多用聚甲醛等 1 3 3 安全带先进技术 仅供参考 1 3 3 1 折叠式安全带 在碰撞事故中 佩带普通三点式安全带的乘员其下躯体移动量小 肩部和头部的移动量大 为获得腰部和头部恰当的移动关系 产生了腰带部分折叠缝合一段的安全带 织带折叠部 分断开力控制在 2940 4900N 之间 长度一般为 50mm 拉开长度为 100mm 1 3 3 2 预紧式带扣 预紧式带扣目前主要有两种 一种是机械预张紧式 利用预压过的弹性元件来张紧 另外 一种是气体发生器式 利用火药爆炸产生的高压气体推动活塞来预紧 两种方式都是通过将 带扣锁快速下拉 达到减小乘员向前移动的目的 如下图所示 奇瑞汽车有限公司 安全带产品设计开发指南 编制日期 2006 年 8 月编者 胡静忠 版次 00页次 6 1 3 3 3 充气织带 因车辆碰撞而获得触发信号后 使中空的织带在瞬间充满压缩气体 由此降低织带对人体 压力的峰值 减少对乘员的伤害程度 1 3 3 4 织带卷轴限力杆 当车辆发生碰撞时 织带对人体产生很大压力 为限制这一压力 将织带作用在卷收器上 的拉力转换成卷带筒内部的转矩 即在达到一定值时 限力杆发生扭转变形 常见力矩为 50 100N m 1 3 3 5 高度调节器 高度调节器是一种用于调节安全带上固定点高度的调节装置 有手动和电动之分 高度调 节器可使佩带者获得较舒适的肩带佩带位置 1 3 3 6 自动佩带安全带 其固定方式一般是 一个下端点固定在座椅上或者地板上 上端点和另一个下端点固定在 车门上的三点式安全带 只要车门一关上 安全带就自动处于约束乘员的位置 1 3 3 7 双卷簧卷收器 双卷簧卷收器可减少安全带的卷收力 它装有两个转矩不同的卷簧 乘员在佩带安全带后 只有小转矩卷簧工作 其他情况下 大小卷簧一起工作 2 标准 安全带标准 3 安全带的配置定义和结构选择 3 1 产品的配置定义 依据有关规定 针对不同车型和座椅在整车中的位置 选择相应的安全带 在新车型开发的时候 对竞争车型进行分析 结合车子的价位和销售对象 以及销售区 域合理的确定产品的配置和产品定义 3 2 安全带的结构选择 尽量在现有的产品结构中选择需要的产品 比如 卷收器 锁舌 锁扣 导向件 高 度调节器 紧固件 螺栓 螺母 螺钉 调整滚子 其他紧固件用垫圈 螺钉等尽量采用 序号标准号标准名称 1 GB 14166 2003 汽车安全带性能要求和试验方法中国 2GB 14167 1993汽车安全带安装固定点中国 3GB 8410 2006汽车内饰材料的燃烧特性中国 4 QC244 1997 汽车安全带动态性能要求和试验方法中国 5FMVSS 209安全带美国 6ECER16安全带及成人约束系统欧洲 7Q SQR 04 139A11 型车用安全带奇瑞企标 奇瑞汽车有限公司 安全带产品设计开发指南 编制日期 2006 年 8 月编者 胡静忠 版次 00页次 7 标准件 特别注意的是 同一个零件布置不同的供应商时一定要保证产品的互换性 3 3 安装固定点螺孔尺寸 按照 GB14167 93 的要求 安装固定点螺孔尺寸为 7 16 20UNF2A 或 2B 一般情况 螺栓 7 16 20UNF2A 8 8 级 螺母 7 16 20UNF2B 8 级 要求螺栓和螺母的头部能用 17 方的套筒或扳手紧固 注 按美国 ANSI B1 1 1982 统一螺纹 标准规定 该尺寸表示螺纹规格为 7 16 英 寸 细牙 每英寸内 20 牙 2A 或 2B 级精度 4 开发周期 设计周期 1 3 个月 手工样件 15 天 工装样件 3 个月 与安全气囊的匹配试验 3 5 个月 5 产品成本 一套普通安全带 5 个安全带总成 350 元左右 两根限力式安全带总成约 200 元左右 两根预张紧安全带总成大约 450 元左右 6 加工工艺 主要是产品组装 关键件 卷收器 插锁 采用进口件 连接件 导向件 固定片等金属件采用冲压成型 特别注意的是 与织带直接接触的 金属件应当经过适当的工艺处理消除锐边 可采用精冲工艺 也可在锐边喷涂塑料以 及增加金属或塑料制的保护垫等 护盖等装饰件 塑料件 采用注塑成型 螺栓采用冷镦 滚压和锉丝成型 7 产品的 3C 认证 产品用于新车型 安全带需要做 3C 认证 需要安全带供应商提供在国家检测中心做 的符合 GB14166 和 GB8410 的试验报告原件 以及相关的 3C 认证证书的副本复印件及包 含该产品的清单 主机厂需要提供所有安全带固定点的三维数据 主机厂需要按照 GB14167 做白车身的强度试验 座椅厂需要按照 GB14167 做座椅的强度试验 若安全带有固定点在座椅上 主机厂 提供安全带总成给座椅厂进行相关的试验 8 安全带开发中需要注意的问题 8 1 安全带设计时应满足不同市场的法规要求 8 1 1 对于欧洲市场 安全带应满足欧洲法规 ECER16等 8 1 2 对于国内市场应满足国家标准 GB 14166 2003 GB 14167 1993等 8 1 3 对于美国市场应满足美国法规 FMVSS 209等 奇瑞汽车有限公司 安全带产品设计开发指南 编制日期 2006 年 8 月编者 胡静忠 版次 00页次 8 8 2 安全带装配及布置应注意的问题 8 2 1 安全带布置 1 2 L1到座椅中心面距离 S 1 1 2应在 20 75 之间 1 2角过小 则碰撞时腰带可 能在骨盆上滑动 易发生人体腹 部下沉平移的现象 但 1 2 角过大 则碰撞初期安全带负荷 的响应不好 必须按不同的车型 选择最佳值 这个角度规定在 20 75 之间 但一般在 35 60 之间比较好 2 L1 L2与 H 点 Y 坐标差 即 L1 L2距座椅中心面的距离 应大 于 120mm 3 上安装点与座椅中心面距离 即 S 应大于 140mm 4 安全带上部安装固定点位置应该 在下列各平面所围成的 D E F G 范 围内 各平面均垂直于汽车纵向中 心面 且 S 安全带上安装点与座椅 中心面距离 不得小于 140mm ED 平面 通过躯干基准线上 A 点 的水平面 且 AR 315mm 1 8S EF 平面 通过躯干基准线上 B 点 与躯干基准线成 120 角 且 BR 260mm S FG 平面 通过 R 点铅垂上方 450 mm 处的 C 点与水平面成 20 角 但由于汽车结构所限 上部安装固 定点位置可以在下列两平面围成的 H I D 范围内 HI 平面 通过 B 点的铅垂平面 ID 平面 即 ED 平面 如果上部安装固定点在通过 C 点的 水平面 CY 下方 则座椅靠背上端 与织带切点应在 CY 平面上方 且 必须装导向件 使安全带不会从成 员肩部滑落 DE F G 奇瑞汽车有限公司 安全带产品设计开发指南 编制日期 2006 年 8 月编者 胡静忠 版次 00页次 9 8 2 1 固定点 包括高度调节器固定点 安全带上下固定点 锁扣固定点和卷收器固定点 以安全带固定点为例 8 2 2 高度调节器装配空间 C 柱上护板侧围钣金 1 凸焊螺母尺寸规格为 7 16 钣 金孔径应在 12 5mm 13mm 之 间 2 螺栓尺寸规格为 7 16 调整滚 子内径应在 12mm 12 5mm 之 间 调整滚子外径在 18 5mm 19mm 之间 护板孔径 21mm 22mm 之间 螺栓台阶直 径应在 12 5mm 13mm 之间 3 导向环孔径应在 13mm 13 5mm 之间 4 在螺栓打紧的情况下 调整滚子 应高出立柱护板 1 5mm 2mm 螺 栓台阶长度应大于导向环端片厚 度 2mm 3mm 以保证导向环不 与立柱护板干涉 高 度 调 节 器 立 柱 护 板 钣 金 1 高度调节器与立柱护板间隙 5mm 2 高度调节器与钣金间隙 3mm 上固定电位置 奇瑞汽车有限公司 安全带产品设计开发指南 编制日期 2006 年 8 月编者 胡静忠 版次 00页次 10 8 2 3 导向环 8 2 4 导向环包角 导 向 环 立柱护板 1 导向环纵向与护板间隙在 2mm 4mm 之间 2 导向环横向与护板间隙在 2mm 4mm 之间 A11 导向环P11 导向环 1 导向环包角应能保证安全 带在导向环内不被卡死 最小半径应不小于 1 3mm 奇瑞汽车有限公司 安全带产品设计开发指南 编制日期 2006 年 8 月编者 胡静忠 版次 00页次 11 8 2 5 织带与护板 座椅间隙 8 2 6 导向片 立 柱 护 板 织 带 座 椅 1 织带不与立柱上下护板干涉