汽车安全带舒适性研究.doc

汽车安全带舒适性研究汽车安全带舒适性研究/华伟漤鼋昔究doi:l0.39694.issn.1005-2550.2011.04.009令令今华伟(泛亚汽车技木中心,上海201201摘要:结合大量国外文献,各国法规以及作者的工作经验,总结了安全带舒适性的研究内容,并针对乘客安全带佩戴前,佩戴时和佩戴后的具体内容,分别研究和讨论了安全带的佩戴位置,卷收器噪音,安全带拉出和回收力等相关舒适性设计要求.关键词:安全带;舒适性;佩戴;卷收器;锁扣中图分类号:491.6l文献标志码:A文章编号:10052550(2011)04003305ComfortofAutomotiveSeatbeltHUAWei(PanAsiaTechniealAuomotiveCenter,Shanghai201201,China)Abstract:Thispaperhassummarizedcomfortdesignrequirementbasedonengineeringexperienceandinternationalpapersandregulation.Seatbeltrouting,retractornoise,retractionandextractioneffort.wasdiscussedinthepaper.Keywords:seatbelt;comfortifastening;retractor;buckle在2004年5月,国家道路交通安全法规已经强制要求驾驶员和前排乘客必须佩戴安全带,这就以法规的形式强调了佩戴安全带的重要性.随着安全带技术的发展和相关国家法规的不断完善安全带在安全性方面已经比较成熟,能够在碰撞中对乘员提供可靠的保护随着汽车安全知识的普及,使用安全带的重要性已经为人们熟知,但是实际使用的比例不高2009年安全巡展的调查结果显示,只有21.2%的人上车始终会佩戴安全带.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113的驾驶员由于不舒适等原因讨厌佩戴,而女性驾驶员讨厌佩戴安全带的比例超过40%E美国人对舒适性的追求也是美国没有强制要求佩戴安全带的原因.有研究表明安全带舒适性的改进会提高配戴率,从而挽救生命.对于汽车工程师而言,汽车安全带作为乘员约束系统中最重要的组成部件,其安全性能一直是关注的主要方面:但是车上乘员则更加关心佩戴汽车安全带的舒适性,而对于在汽车发生碰撞时才表现收稿日期:2Ol1-0304出来的安全性能则无法体会到,当然谁也不希望去体会.需要注意的是,在JDPower的客户调查问题中,安全带的使用舒适性就被作为一项主要内容,而随着人们对汽车的深入了解安全带的舒适性将可能影响到汽车的品牌形象.所以如何提高安全带的舒适性是汽车工程师们,尤其是国内自主研发工程师的重要课题1安全带舒适性的概念和主要内容目前国内外文献中还没有系统介绍安全带舒适性的定义.作者认为安全带的舒适性是指乘员在佩戴时和使用过程中对安全带的主观感受.Delphi公司的RanaBalci等人在美国对安全带的使用进行了调查,结果显示:最大的抱怨是安全带回收时被门卡住;其次是冬天穿着太多,伸手拿安全带不方便;很多人抱怨锁舌太靠后;回收时织带扭曲:锁扣难找到;拉出织带时卷收器锁止:锁舌够不到,拉出织带费力等【.结合作者的工作经验,即乘客在使用安全带的整个过程中可能出现的不舒适问题.表l列出了安全带舒适性的主要研究内容?33?没甜镧究汽车科技第4期2011年7月佩戴前是在乘客上车后找到安全带并将锁舌插入锁扣的过程,这时主要关注乘客能否容易找到锁舌和锁扣,能否容易将安全带拉出并且顺利将锁舌插入锁扣.佩戴时需要考虑乘客和驾驶员在车辆行驶过程中所感受到的安全带织带位置是否合适,织带对人胸口的压力,锁扣对臀部的压力,产生的噪音以及不同百分位人体都能使用等方面的问题.当乘客将要下车时,需要考虑安全带佩戴后的舒适性,一般需要考虑安全带容易打开并且Jiffi,0回收到原位而不能影响乘客下车表1安全带舒适性主要研究内容佩戴前佩戴时佩戴后安全带锁舌和锁扣安全带经过人体的位置锁扣的开启力安全带托陛能,安全带织带对人的压迫安全带同收性能锁扣的接近性和插入力力,锁扣对人的压迫安全带噪音,安全带卷收器锁止敏感度2安全带舒适性研究2.1安全带锁舌和锁扣的接近性锁舌是乘客在使用安全带时首先接触的安全带零件锁舌型式和在安全带收回的状态下的停留位置直接影响到锁舌的接近性.北美FMVSS208法规的7.4.4条中,对锁舌的位置要求是在座椅最前位置上的50百分位人体的手臂能够接触到的区域内.法规中分别定义了模拟人内侧和外侧手臂的绳子定位和长度.考虑到中国人体尺寸的区别,锁舌位置应尽可能靠近乘客.同时在FMVSS208法规中也要求座椅和内饰板的间隙能够让模拟人手臂的试验块无阻碍地进出l5一般来讲可以将锁舌位置放在车门扶手的高度,不要高于车窗.2.2安全带拉出性能安全带拉出性能是指拉出是否顺畅或者是拉出力的大小作者对一些市场热销车型后排安全带的拉出性能做了主观调查和试验研究.结果显示,被调查对象对于当安全带拉出400mm和800mm时抱怨较多.而拉出力在400mnl处小于9N在800mm处小于12N时,满意度会在90%以上.不同车型之间的差异原因主要是卷收器本身的拉出力,安全带走向及系统摩擦力,而减小系统摩擦力是减小拉出力最有效的方法.2.3锁扣的接近性和插入力?34?锁舌需要插入锁扣内,所以锁扣同样要考虑接近性.接近性好的锁扣需要有一定刚性支撑和相对坐垫的合适角度,见图1.这种锁扣在受力条件下不容易弯曲,在人插入锁舌时提供好的支撑,从而便于插入.锁扣同样要留出与周边零件足够的间隙,有较大锁舌导向角度的锁扣更容易插入,这种设计可以把导向角度从传统的l0.以下提高到40.以上,见图2.同时还要考虑锁扣的位置,这也影响到乘坐时的舒适性,这一点在后面会详细解释图1普通锁扣图2舒适锁扣锁扣的插入力在各国的标;隹和法规中并没有规定主要整车企业对锁舌插入锁扣的力般有525N的要求.2.4安全带经过人体的位置对于三点式安全带,织带经过人体的位置由安全带固定点的位置决定.在各国法规中对安全带固定点的位置都有标准,满足法规可以提供一定的舒适性,但是法规规定的区域比较宽泛.加拿大交通部在二十世纪七十年代到九十年代研究表明:不恰当的安全带佩戴可以导致身体伤害,从而发起并开发了安全带佩戴检查装置(BeltfitrestDevice).能够通过BTD检查的安全带佩戴位置可以减少安全带造成汽车安全带舒适性研究/华伟浚计究软组织和器官严重受伤的风险.检查的标隹是安全带相对锁骨,胸骨和腰部的接触和位置.RAMSIS公司开发的eBTD软件可以进行计算机模拟检查I7.肩带经过人体的位置对舒适性影响最大,一般的抱怨为卡脖子.但是肩带又不能离脖子太远,会导致从肩部滑脱的安全风险.如图3所示,安全带肩带在脖子,锁骨和肩峰围成的三角区域内会有好的舒适性.如果结合主观评估的结果,eBTD软件也可以评估安全带的位置对舒适性的影响.类似的软件还有MIRA公司开发的BELTFIT.图3BTD和eBTD检查有研究表明,上固定点在高度方向上的位置对舒适性影响明显.一般个子矮的人会经常抱怨安全带卡脖子,就是因为上固定点在高度方向上的位置偏高.要同时满足不同百分位的人体需求是不容易的,一般上固定点在考虑50百分位人体的前提下,尽量向下布置8112.5安全带织带对人的压迫力乘员在佩戴安全带时,由于卷收器的回收力通过织带作用在胸口而产生压迫导致不舒适.虽然ECER16和GB14166法规规定了卷收器的最大卷收力小于7N,但这不能直接反映出乘客佩戴所感到的压迫力9.FMVSS208对安全带对胸部的压迫力则给出了小于3.1N的要求和具体的测量方法.除了卷收器的回收力外,上固定点位置和座椅角度等也影响压迫力针对安全带胸部压力做的客观试验研究和佩戴舒适性主观评价研究表明,上固定点在前后,左右方向上的位置对胸部压力影响很大.上固定点向前越靠近人压力越小,而左右方向上居中位置压力最小,高度方向没有影响l8l为减少乘客对胸部压迫的抱怨,安全带供应商通过卷收器卷簧系统的设计可以按照需求切换回收力大小:当乘客佩戴安全带时单个卷簧起作用,回收力小:当乘客打开锁扣时双卷簧开始起作用,这时回收力大,保证锁舌织带快速回收.对于腰带,几种降低安全带力的产品如弹簧连接件(Springloadedconnector),弹簧安全带(springloadedbelt)和防束紧卷收器(anticinchretractor)都在腰带处可以提供一定的松持量,提高佩戴舒适性.但在碰撞中则增加了人的前移量,需要综合安全性来考虑使用.2.6锁扣对人的压迫锁扣位置与人臀部接近对人会有压迫,引起抱怨.ECER14,GB14167和FMVSS209法规对左右两个下固定点的距离有大于350mm的要求.一般后排中间座椅位置两边下固定点距离较小,法规也允许小于350mm但大于240mm,很多小型车都通过外侧固定点的交叉来满足要求.对于50百分位的人来说,锁扣和人的中心距离大于150mm不会弓1起抱怨2.7安全带噪音随着整车噪音品质的改善,安全带振动噪音也越来越被重视.安全带振动噪音主要在卷收器上,尤其当卷收器安装在靠近人耳朵的位置.研究表明,通过振动噪音测量声压级的噪音客观评价方法和乘客在车内感知的主观评估有很大相关性.频率在12502500Hz之间的声音,乘客最为敏感1.大众汽车也将卷收器噪音规定为小于55分贝.通过近距离声音全息分析方法NearfieldAcousticHolography(NAH),低频率下噪音主要来自卷带筒区域,由卷带筒和框架的撞击产生.另一个噪音来源是车辆加速度敏感机构,主要是惯性块和支座之间的撞击产生_】解决卷收器噪音问题首先是尽量将卷收器安装在离人耳尽可能远的地方,其次是对卷收器卷带筒和敏感机构进行针对性的改进.目前,各个安全带供应商都在这方面进行着深入研究.2.8安全带卷收器的锁止敏感度安全带卷收器必须能够感知车体加速度和织带加速度的大小然后锁止织带,不让它继续输出位移.ECE和GB法规的要求是当车体加速度达到0.45g或者织带加速度达到12g之间安全带必须锁止l.为了满足法规要求,安全带供应商在设计时一般把织带拉出加速度设定在靠近下限即1.21.5g之间,以确保锁止敏感度高.这样的设计容易发生乘客快速拉出安全带时意外锁止而无法拉出,导致乘客不舒适.同样,当安全带快速回收时也会?35?没潞究汽车科技第4期2011年7月发生卷收器意外锁止从而无法拉出安全带这也是FMVSS法规没有要求卷收器必须具备织带加速度敏感机构的原因.还有一种情况是车感加速度设计在下限值时,当整车振动传递到卷收器安装结构上的加速度达到锁止加速度则会导致卷收器锁止.这时佩戴安全带的乘客会感觉不舒适所以在满足法规要求的前提下,进行适当的锁止加速度设计可以提高安全带佩戴舒适性.2.9安全带回收性能安全带回收缓慢和回收太快都会引起客户抱怨和问题.回收缓慢会发生锁舌停留在人身上的问题而引起抱怨,当用手帮助安全带回收时,可能停留在车门立柱处从而在关门时会把锁舌夹坏.而回收太快同样会发生撞击饰板和卷收器意外锁止的问题作者对一些市场热销车型后排安全带的拉出性能做了主观调查和试验研究.结果显示:安全带在最后段100into距离回收力很小而抱怨较多:当50mm处回收力>0.5N时,满意度会在90%以上.虽然法规规定了卷收器回收力在17N之间,但不同车型会选择不同的回收力区段(见图4).同时,安全带走向及系统摩擦力,对回收力影响更多.2.52苣1.5卡曰10.5O02004006008001000拉出长度/ram图4不同车型的安全带回收力降低摩擦力可以通过优化安全带布置和使用低摩擦导向件和安全带织带实现.其中低摩擦织带是一种容易拉出,佩带舒适性更高的安全带,它将织带编织部分由标准编织改为优化了端部与中央织距的改进型海力蒙(Herringbone)编织法.使带子变得柔软,易于弯曲,将拉出安全带时的阻力降低了约10%,佩带时的压迫感也减轻了约20%J.2.10锁扣的开启力锁扣的开启力是打开锁扣时按压按钮所需要的?36?力.开启力小,乘客会感到操作舒适,但太小会导致意外开启,产生安全性后果.ECE法规对开启力规定了在l060N的范围,而FMVSS则只规定了开启力小于134NE.一般来讲,平衡舒适和安全性能,开启力在1025N之间比较合适.3总结国内在安全带舒适性研究方面文献很少,而伴随着安全带的发展和安全性的提高,国外针对安全带舒适性一直在进行研究和改进.本文结合国外文献,各国法规以及作者的工作经验比较全面地对安全带舒适性进行了研究.很多结果已经给出了具体的要求,可以供汽车工程师参考.安全带舒适性要结合乘客主观感受来研究,需要做大量调查,所以基于国外人群的研究结果还需要我们做进一步验证.我们相信,随着安全带舒适性的提高,可以有效提高乘客实际安全带配戴比例从而挽救更多生命.参考文献:1占强.中国安全带使用情况调查J.世界汽车,20l0,(31:1415.2DOT.ReasonsForSeatbehUseAndNonuseEB/OI.NHTSA,2000,(3).http//people/injury/research/SafetySurvey/Chapter2.htm1.3R.L.McCarthy.AnAnalysisoftheSafetyRelatedhnpactofComfortFeatureIntroductioninGMVehicles31.SAEPapers,1989120021.4RanaBalci,AliciaVertz.ComfortandUsabilityoftheSeatBeltsJ.SAEPapers,2001一叭一0051.5FMVSS208,OccupantCrashProtectionS.6CaseyJ.Pruett,JochenBalzulat,ChristinaM.Brown.DevelopmentofanElectronicBeltfitTestDevice(eBTD)forDigitallyCertiingSeatbeltFitComplianceJ.SAEPapers,20010l一2087.7ChristinaM.Brown,Y.IanNoy,CaseyJ.Pmett.TheElectronicBeltfitTestDevice(eBTD)AmethodforCeniingSafeSeatbeltFitJ1.SAEPapers,2001010081.8LiangChen,RanaBalci,AlieiaVertiz.SafetyBeltfit,Comfort,andContactPressurebasedOilUpperAnchorageLocationandSeatbackAngleJ.SAEPapers,2003-01-0954.(下转第32页)浚讲鹾究汽车科技第4期2011年7月内后视野校核图.可以看到驾驶员眼点后60m处,成像包络面的截面线把三角形区域完全包括在内,说明内后视野满足设计要求同理校核5%女性驾驶员内后视野也满足法规要求2.3.3外后视镜视野校核先对驾驶员一侧外后视镜视野进行校核,依照国标在驾驶员眼点后10111处作3个点并连接成一个三角形区域.采用95%男性驾驶员,在驾驶舒适姿态下选定左外后视镜转动中心点,选取左外后视镜的镜面轮廓面,调节左外后视镜角度,直到该包络面包含三角形区域将此状态设置为左外后视镜工作位置,截取驾驶员眼点后10m处包络面.用同样的方法进行右后视镜视野校核,不同的是在驾驶员眼点后20m处平面内建立3个点并在此平面内截取成像包络面.95%男性驾驶员左右外后视野校核图见图ll一一b1右后视野校核图1195%男性驾驶员后视野校核上图显示三角形区域完全包含在包络线之内,说明驾驶员一侧外后视野满足设计要求.同理校核5%女性驾驶员侧后视野也满足法规要求.3结论以某轿跑车为例,基于RAMSIS软件对其进行了视野分析,结果显示该车的视野设计完全符合法规要求.RAMSIS的功能非常广泛,除了视野校核外,它还能进行驾驶员伸及性分析,舒适性分析和内部空间大小分析等国内虽然也越来越重视人机工程学领域的研究,但是对其重视程度显然还不够,为了缩短与世界先进水平在汽车人机工程领域的差距,引进和推广国外优秀的设计工具非常必要.另外,还有一些其他问题需要解决,如现在仍在使用的中国成年人人体尺寸数据库是上世纪80年代建立的,已经不能真实反映现在中国成年人的实际尺寸.汽车人机工程方面的法规比较陈旧,应该适当地进行更新和修改,才能满足我国汽车行业日益发展的需要.参考文献:1任金东,范子杰,黄金陵.基于知识的汽车后视野分析系统J.汽车工程,2006,28(2):159162.f2李华.基于知识的轿车视野校核系统研究与开发D.秦皇岛:燕山大学.2005.3岳岱衡.基于RAMSIS的轿车内部人机工程布置与分析D1.长春吉林大学,2007.4