汽车座椅的安全性设计分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 23 日 作者简介：黄婉飞（1990），女，壮族，广西柳州人，本科，学士学位，研究方向为汽车项目管理。-147-汽车座椅的安全性设计分析 黄婉飞1 黄贺鸣2 1.湖南湖大艾盛汽车技术开发有限公司，广西 柳州 545199 2.柳州奥德永兴汽车零部件科技有限公司，广西 柳州 545000 摘要：摘要：汽车座椅是汽车安全件的一部分，不仅起到支撑乘员的作用，还能减少乘员受伤。汽车座椅安全带固定点试验是车辆强制性试验项目之一。在发生车辆碰撞时，如果安全带的固定点强度不符合法规要求，那么安全带固定点周围区域的撕裂或断裂可能会导致人员受伤。为了使座椅在整个车辆碰撞过程中更好地保护乘员，许多座椅制造企业会设计出超过法规标准要求的高性能产品。关键词：关键词：汽车座椅；安全带；安装结构；改进设计 中图分类号：中图分类号：U463 0 引言 现代城市交通的发展不仅为人们提供了便利，同时也带来了一些安全隐患。交通安全是乘客生命安全和社会和谐建设的重要关键。在汽车行驶中，安全带是保障车内乘客和司机安全的首要措施。本文重点研究和分析了改进汽车座椅安全带的安装结构，以供参考。1 汽车座椅安全带研究现状 国内的企业和研究机构在汽车安全系统研究方面起步较晚。整体而言，汽车的安全技术相对落后，特别是安全带装配方面，其核心技术相对不足。1992 年，公安部发布了一则关于驾驶和乘坐小型客车必须使用安全带的通告，之后陆续出台了相关法规。1995 年，广州标致汽车公司的陈润灿对紧急锁止卷收器的结构特点和锁止工作原理进行了初步分析。2001 年，上汽天合的方根明进一步分析了紧急锁止式安全带的工作原理，并提出了使用安全带时应该注意的事项；2019年，鲍马飞对一种名为安全带卷收器的装置的车感锁止能力、带感锁止能力和倾斜锁止能力进行了详尽的量化分析，并验证了卷收器的强度性能。他还对降低产品成本和提高系统可靠性方面进行了富有成效的研究。2 汽车座椅结构分析 根据前后位置，车辆的座椅可以被划分为前排座椅、中排座椅和后排座椅。通常情况下，家用汽车只装有前排座椅和后排座椅；商务汽车是个例外，中间还加装了中排座椅。随着私家车数量的不断增长，相关汽车制造企业必须以确保行车安全为前提，全面分析私家车可能存在的安全隐患问题，并进一步减少交通事故发生的风险。根据丰富的实践案例，我们可以得知，私家车的后排座椅主要是为女性和儿童乘坐的，而这两个群体的受伤几率较高。因此，我们应该高度重视后排座椅结构的安全设计，以提高座椅的主动安全性能。主动安全性是指通过优化座椅结构，为驾驶员和乘客创造一个安全舒适的驾驶和乘车环境，从而进一步确保车辆的行驶安全。汽车座椅结构同时采用主动安全设计模式，不仅能大幅减轻驾驶员的疲劳感，还能使其全身心地专注于驾车过程。此外，在充分考虑汽车内部装饰设计的基础上，综合考虑多种影响因素，兼顾各种设计细节，例如座椅尺寸、坐垫舒适度、座椅布局以及靠背压力分布，以确保驾驶体验和降低行车事故风险。此外，汽车交通安全问题非常复杂。除了需遵守交通规则和提高交通安全意识，还需加强汽车自身安全性能。为了增强汽车自身安全性能，可采取多种方法，如配备安全座椅、安装安全气囊和防撞报警系统等。因此，从汽车整体安全性的角度考虑，优化设计汽车座椅结构至关重要。3 汽车座椅的安全性 汽车座椅的安全性主要取决于其对乘客损伤的减轻效果。汽车的安全防护包括主动式和被动式两个方面。中国科技期刊数据库 工业 A-148-主动式安全防护是指座椅能够提供乘客良好的驾乘体验，从而避免意外事故的发生。被动式安全防护是指汽车在发生交通事故后对驾驶者和乘客提供的保护。被动安全指的是汽车自身的保护能力。通常情况下，汽车座椅的安全性与驾驶人的驾驶习惯密切相关。另外，也与司机和乘客的身材、年龄等因素有所关联。当然，座椅内部结构也对安全性产生一定影响。座椅的安全性划分根据情况而定，通常可分为两种情况：动态安全性标准和静态安全性标准。动态安全性标准指的是座椅在汽车行驶过程中的安全保护能力。静态安全性标准则考虑了各种路况环境，在汽车设计阶段就需确保在发生交通事故时对驾乘人员提供良好的保护。随着科技的不断进步，人们越来越重视安全性问题，尤其是座椅在碰撞时的冲击力。为了深入探讨这个问题，人们进行了一系列的碰撞实验和电脑辅助软件仿真计算。与人体所能感受到的冲击相比较，座椅在碰撞时的冲击力必须小于人体的承受能力，这才能被认为是合格的座椅。实验结果显示，即使在低速碰撞时，如果座椅设计不合理，也很容易对人员的颈部造成严重伤害。座椅的构造在影响座椅的因素中扮演着重要的角色。任何对结构进行的改动都会牵动座椅上的所有零部件，从而对座椅的不同部位产生影响。每个零部件都直接安装在汽车座椅的结构上，所以汽车座椅的结构质量直接决定了座椅的品质。此外，座椅内的泡沫材料是座椅的重要组成部分，对座椅的舒适度起着重要作用。此外，座椅的开发和研究还需要特别关注其他因素。4 汽车座椅安全带类型及安装方式 目前行业内的两点式安全带，一般分为自锁式和紧急锁止式两类，在卷收器的形式上有所不同。这两种安全带的使用特点如下：首先，自锁式卷收器能够根据需要自由地拉出织带，而且在扣紧时，能够根据佩戴者的体型自动调整织带的长度。除非佩戴者有意解锁，否则织带无法再进一步拉出。首先是限制佩戴者活动自由的安全带，容易让人误以为卷收器已经损坏。此外，随着佩戴者的活动，织带还会进一步锁紧，给佩戴者带来不舒适的感觉。其次，紧急锁止式卷收器通过长度调节装置，能够根据佩戴者的体型自动调整织带的长度。正常情况下，安全带佩戴者可以自由活动，安全带织带也可以进一步拉出，提供良好的佩戴舒适性，不会限制活动。目前座椅安全带卷收器主要有水平放置和竖直放置两种安装方式，其特点如下：第一，水平放置安装方式。先将每个座位上的安全带卷收器水平放置在相应座位下面的固定板上，将导向套和织带的出口保持在水平方向。安装时，先用螺栓将卷收器固定在底架上，然后将安全带织带与导向套向上翻转约 90，并使锁舌露出座垫上方。座垫之间的间隙只有 5 到 10 毫米，座垫可以限制导向套的位移。该安装方式特点是座椅底部无突出部件，节约了座椅下方空间；卷收器不容易受到外力碰撞而受损；织带与座垫、角铁、织带出口等多个位置发生摩擦，织带的拉力较大；织带与导向套需要折弯约 90安装，导向套容易受损；由于佩戴安全带时织带拉力的方向与导向套的方向不一致，织带容易出现折痕，且难以调整拉力角度；另一种安装方式是竖直放置。座位安全带卷收器的安装方式有所变化：现在需要将每个座椅的卷收器逆时针旋转 90，直立地安装在座椅下部的固定板上。而导向套和织节出口也需朝向垂直向上的方向。如果是双人座椅，两个卷收器将共同固定在一个固定板上，只需使用单个螺栓进行固定。5 汽车座椅安全带安装结构存在的问题 首先，安全带并非适用于所有个体。由于人体形态和惯性的差异，安全带不能完全保护乘客和驾驶员的生命安全。安全带存在一些人性化设计不足的问题，无法充分预测事故情况和及时作出反应。其次，安全气囊的展开和安全带的勒紧可能会对人体造成二次伤害。出于多种原因，事故发生时可能会导致安全带锁扣无法解开或安全气囊未弹出。这种情况对驾驶员和乘客的安全造成了无法挽回的危害。此外，汽车座椅并不能在所有情况下确保乘客的安全。在汽车发生前方碰撞时，座椅会给乘客和驾驶员带来巨大的惯性，可能导致车内人员身体受伤。而在狭小的车厢内，座椅和车身形变后的空间变小，这将增加乘客和驾驶员的逃生困难；此外，对安全带扣锁的设计和优化的研究还不充分。大部分设计是基于安全带的卷收器与安全带的肩带对人体的影响，在考虑舒适性和故障排查时，很少有对安全带卷收器和肩带设计的关注，因此难以预防二次事故的发生。为了保护乘客的安全，有必要对汽车上的安全带卡扣进行研究和改进。鉴于上述问题，对安全带进行改良和优化是合理而必要的措中国科技期刊数据库 工业 A-149-施，以提高其可靠性。6 有限元法在座椅安全性设计中的应用分析 对于汽车座椅安全性设计研究的探讨过程，早期研究人员通常采用简单的研究方法。一般而言，他们会结合实验法对不同设计结构和样式的效果进行检验，但这种试验往往需要耗费大量的资源，此外，随着科学技术的迅猛发展和计算机技术的日益成熟完善，有利于大大减少进行座椅安全性研究所需的时间和成本。结合模拟计算和实验验证，采用复合管控策略常常能够取得良好的管控效果。为了应对复杂多样的设计形式，我们可以采用有限元法来进行仿真模拟，这具备重要的实际意义。有限元法可以节约大量的人力、物力、财力，并且在设计管控方面也能取得良好的效果。在汽车座椅的设计过程中，通常在初始阶段，座椅的骨架部分主要采用钢管结构，然而，由于当时设备硬件水平较低，对座椅有限元模型的构建相对简单。涉及的单元和节点数量较少。然而，梁单元无法充分描述座椅的骨架结构。现在，结合了空间单元、实体单元等多种单元模式，并使用了各种有限元软件，进一步完善了设计表述。6.1 模型构建 在利用有限元进行座椅建模时，有效构建座椅的几何模型至关重要。座椅通常由众多的零部件构成，这些零部件之间需要相互配合、协同工作，才能达到预期的管控效果。因此，在建模之前，我们需要进行对整个座椅结构的分析工作，本研究旨在对当前座椅强度受各零部件影响的分析和确认进行探讨，并根据不同的影响程度来有效选择零件。座椅设计过程中，支撑零部件的选择应结合科学、合理、精确的模型，以确保模型的精确性、正确性和完整性，对于不会对座椅的强度特性产生大影响的零部件，只需着重考虑其几何形状进行模型构建。而对于不会影响座椅结构强度的部件，可以选择不进行建模或简化建模处理。例如，座椅在遭受外力冲击时，主要承受力的部分是骨架，然而，骨架的表面上覆盖的蒙皮和软垫等材料通常吸收能量较少。因此，这种材料在面对外部较大压力时很难有效承载负荷。如果对这种软垫和蒙皮结构进行有限元建模，将会增加工作量，并且可能导致计算结果的不准确。对于不影响结构强度的零部件区域，通常不进行建模。6.2 座椅总成强度有限元计算分析 座椅设计完成后，需对总成结构强度进行分析以确保其能够吸收负荷。首先建立模型后，结合 lsdyna软件进行模拟计算，检验其能力，为了验证座椅的强度是否达到设计标准，我们需要充分考虑座椅在水平向前和水平向后的受力情况，并描述其内部的受力特征。在分析过程中，我们应着重分析和计算关键的受力部件，并从整体的角度综合考虑各项参数。7 汽车座椅安全带安装结构的改进设计 科学智能控制系统能够提高汽车的安全性，防止发生生命安全事故。该系统利用自动控制技术和自动感应技术进行研究和设计，对传统的三点式安全带进行升级改造。这种改进能够带来良好的社会经济效益：7.1 感应方面 感应自动控制系统可以用于监测车辆内是否有乘客并检测安全带的使用情况。这些数据都是通过传感器实时收集并发送到后台，以便驾驶员能够合规地驾驶汽车。7.2 控制方面 座椅和安全带自动控制系统是一种可以控制汽车启动的系统。它能控制启动开关，并在座位上有人但未系安全带的情况下自动切断电路并发出语音提示。这样可以防止车辆驾驶，并保证车辆只能启动而无法行驶。此系统操作方便，能有效减轻事故中的伤害程度。7.3 感应自动控制系统的优势 对于汽车的控制系统来说，可以通过座垫上是否有人和安全带是否系上的数据感应来操作。这样，驾驶员就可以直观地感知并进行操作，不再依赖经验。通过感应变化，可以实现调控或自动控制系统、启动系统等，从而确保行驶更加安全、高效和科技化。8 结束语 综上所述，智能联动车辆安全带装置的设计对于未戴安全带的司乘人员来说是至关重要的。该产品允许汽车启动，但如果未佩戴安全带，则无法行驶。此时，智能装置会发出语音提示，要求佩戴安全带，以充分发挥安全带在紧急情况下保护司乘人员安全的功能。中国科技期刊数据库 工业 A-150-参考文献 1应朝阳.汽车座椅安全带的配置要求及三点式汽车安全带的适用范围J.汽车与安全,2020(07):66-69.2韩飞.汽车座椅安全带使用调查及对策研究D.北京:北京交通大学,2013.3韩淑洁.基于有限元的汽车安全带固定点的优化设计J.机械工程与自动化,2011(06):56-58.4李莉,战磊.汽车后排座椅安全带上固定点支架的优化设计J.汽车零部件,2019(12):5.5梁艳来.汽车安全带固定点布局形式优化设计J.时代汽车,2020(19):2.