一种防止车用安全带在d环处卡滞堆积的方法
技术领域
本发明涉及一种设计理论和评估方法，用于产品设计阶段进行性能评估，属于汽车设计领域，具体的说，是涉及一种防止车用安全带在D环处卡滞堆积的方法。
背景技术
安全带是汽车安全约束系统的重要组件，通常由卷收器、D环、安全带及其固定点组成。其作用是在汽车碰撞过程中，通过安全带使乘员保持正确的坐姿和约束乘员运动，从而降低乘员伤害。这要求安全带在设计过程中要与座椅R点，安全带固定点及D环位置等直接影响安全带的佩戴姿态的部件相互配合，使其达到最佳的受力状态，从而保护乘员的安全。但是在实际设计过程中发现，当以上关系匹配超出一定范围后，会出现安全带在D环处卡死，无法正常沿着D环进行滑动，造成安全带部分功能失效甚至割断的现象。
为了解决以上问题，需要一种能够评估碰撞过程中安全带与座椅R点、安全带固定点及D环的位置与安全带在D环卡滞之间的内在联系。本发明通过合理分析安全带在碰撞过程中织带在D环处的堆积现象。建立了D环的受力分析模型，给出了安全带关键点的合理布置边界计算方法。
发明内容
本发明的主要目的是给出安全带关键点布置的设计方法，保证安全带可以正常的通过D环，避免因安全带卡滞引起其他功能的失效或者异常，其设计原理是根据安全带缠绕路径上关键点位置信息，座椅R点信息，安全带与乘员佩戴关系，获取安全带缠绕路径的空间角度、位置关系；结合D环周向摩擦系数、轴向摩擦系数，分析D环在安全带工作状态承受的安全带拉力、沿周向的摩擦力、沿轴向摩擦力，建立工作状态安全带力学模型；通过受力分析，得到安全带不发生卡滞的空间布置角度边界，达到安全带关键点及座椅R点布置位置的设计目的。
为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种防止车用安全带在D环处卡滞堆积的方法，
需满足公式
其中，其中μ1为织带与D环周向摩擦系数，μ2为织带与D环轴向摩擦系数，α为两织带在XZ平面内夹角为α，β为织带与D环的包角。
包括如下步骤：
S1.根据车身结构获取安全带卷收器出口位置、D环包括其高度调节器空间坐标；根据座椅选型获取座椅R点信息，调节行程范围；获取安全带在D环滑动的摩擦系数；
S2.根据安全带路径，获取安全带绕过D环的空间角度；将该角度在整车坐标系XZ平面的投影即为两织带平面夹角α，在YZ平面的投影为安全带与D环的包角β；
步骤3，建立安全带与D环在碰撞过程中的受力分析模型；
FS为D环与乘员肩部间织带张紧力，FR为D环与卷收器间织带张紧力，FP为安全带预紧时卷收器与D环之间织带张紧力，fc为织带与D环轴向摩擦力，fh为织带与D环轴向摩擦力。初始时刻，肩带力与卷收器力合力作用线经过D环固定点并与固定点反力平衡；
FR＝FS
当安全带预紧时，织带沿D环滑向卷收器，此时
FP＝FS+fc
fc为织带在滑动方向的摩擦力，由欧拉公式得
其中μ1为织带与D环周向摩擦系数；织带不发生堆积应满足下面条件
步骤S4.根据步骤S1中D环摩擦系数和步骤3中安全带空间角度对安全带布置进行检验；当织带夹角在XZ平面投影α满足以下关系时，安全带在D环位置不会发生堆积：
步骤S5.如各参数不满足上述检验公式，重复步骤1，调节安全带卷收器固定位置，D环高调位置，座椅行程等重新校验，直至达到检验要求。
本发明的有益效果：
1.本发明通过合理匹配安全带路径上的关键角度α,β以及D环处的摩擦系数可以大大改善安全带在车辆碰撞过程中D环位置发生堆积和卡滞的问题，为乘员安全提供保障。
2.本发明的实施能够在汽车安全带布置初期通过本发明检验方法对安全带卷收器固定点、D环高调固定及调节范围、座椅R点及行程调节范围进行快速检验，避免后期因卡织带问题引起周边结构、内饰等变更，大大降低了安全带布置风险，缩短开发周期。
附图说明
图1是安全带在XZ平面D环处的受力分析；
图2是安全带在YZ平面D环处的受力分析。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：参考图1-2。
一种防止车用安全带在D环处卡滞堆积的方法，
需满足公式
其中，其中μ1为织带与D环周向摩擦系数，即安全带正常拉出时和D环表面的摩擦系数，μ2为织带与D环轴向摩擦系数，即安全带相对D环前后滑动的摩擦系数；α为两织带在XZ平面内夹角为α，β为织带与D环的包角。
详细设计方法如下：
本发明的主要目的是给出安全带关键点布置的设计方法，保证安全带可以正常的通过D环，避免因安全带卡滞引起其他功能的失效或者异常。
其设计原理是根据安全带缠绕路径上关键点位置信息，座椅R点信息，安全带与乘员佩戴关系，获取安全带缠绕路径的空间角度、位置关系；结合D环周向摩擦系数、轴向摩擦系数，分析D环在安全带工作状态承受的安全带拉力、沿周向的摩擦力、沿轴向摩擦力，建立工作状态安全带力学模型；通过受力分析，得到安全带不发生卡滞的空间布置角度边界，达到安全带关键点及座椅R点布置位置的设计目的。
安全带关键点包括卷收器、D环在车身上的固定点，安全带与D环接触点；座椅R点位置涉及到安全带与乘员肩部的接触位置，可以通过仿真方法缠绕安全带获取；通过安全带固定点及安全带与乘员肩部接触点可以获取安全带从卷收器到假人肩部的空间路径及角度；分析安全带工作时的受力状态，当D环两侧织带张紧且沿D环周向滑动时，如两织带合力在D环轴向的分力大于轴向摩擦力，织带沿D环轴向相对运动容易造成安全带的卡滞；反之，如织带合力小于轴向摩擦力，则不会造成织带卡滞。
受力分析过程如下：
S1.根据车身结构获取安全带卷收器出口位置、D环包括其高度调节器空间坐标；根据座椅选型获取座椅R点信息，调节行程范围；获取安全带在D环滑动的摩擦系数；
S2.根据安全带路径，获取安全带绕过D环的空间角度；将该角度在整车坐标系XZ平面的投影即为两织带平面夹角α，在YZ平面的投影为安全带与D环的包角β；
步骤3，选取α角度最大工况，建立安全带与D环在碰撞过程中的受力分析模型；
FS为D环与乘员肩部间织带张紧力，FR为D环与卷收器间织带张紧力，FP为安全带预紧时卷收器与D环之间织带张紧力，fc为织带与D环轴向摩擦力，fh为织带与D环轴向摩擦力。初始时刻，肩带力与卷收器力合力作用线经过D环固定点并与固定点反力平衡；
FR＝FS
当安全带预紧时，织带沿D环滑向卷收器，此时
FP＝FS+fc
fc为织带在滑动方向的摩擦力，由欧拉公式得
其中μ1为织带与D环周向摩擦系数。此时肩带力与卷收器力合力方向发生变化，D环受到织带的拉力分力及沿D环轴向摩擦力fh作用。当织带张力沿轴向合力小于摩擦力时，二者不发生相对滑动，织带不会出现堆积现象；当张力合力大于摩擦力时，二者将发生相对滑动，容易产生织带的堆积，因此织带不发生堆积应满足下面条件
步骤S4.根据步骤S1中D环摩擦系数和步骤3中安全带空间角度对安全带布置进行检验；当织带夹角在XZ平面投影α满足以下关系时，安全带在D环位置不会发生堆积。
沿D环轴向的摩擦力fh与正压力、摩擦系数有关,其中正压力N＝FS·β，通常D环都会设计防滑特征增大其轴向摩擦系数，设D环轴向运动摩擦系数为μ2。α与卷收器、D环固定点及座椅R点位置相关，通过调整各关键点位置可以改变α角度。因此将角度α作为防止织带堆积的控制参数进行评估，角度α需满足下式
其中，μ1，μ2为D环摩擦系数为常数；β与车辆Y向空间相关可作常数；根据上式可以确定α的角度范围，结合角度范围设计安全带卷收器固定点、D环固定点及座椅R点位置。
步骤S5.如各参数不满足上述检验公式，重复步骤1，调节安全带卷收器固定位置，D环高调位置，座椅行程等重新校验，直至达到检验要求。
在实际设计过程中，通过合理匹配安全带路径上的关键角度α,β以及D环处的摩擦系数可以大大改善安全带在车辆碰撞过程中D环位置发生堆积和卡滞的问题，为乘员安全提供保障。
应用实例
目前安全带的布置仅考虑其连接件强度、乘员佩戴舒适性问题，而忽视了安全带碰撞过程中出现的织带在D环卡滞的问题。研究表明D环位置织带堆积会引起乘员胸部安全带力值增加600-1000N，对乘员胸部无法达到设计的保护效果。而对安全带布置的检验通常都是通过工装滑台实验，检测周期较长，实验成本较高。应用本发明可以在设计初期对安全带在D环的堆积进行检测，大大降低安全带布置风险。
本案例中某车型安全带空间布置角度在XZ平面的投影α为66.5°，安全带在D环的包角β为123.3°。按实际布置状态的安全带布置角度检验α应小于59.8°。应用其基础方案进行工装实验。试验后，织带在D环位置出现严重的堆积，同时肩部安全带较设计值增加约600N。将D环固定点位置上调减小α角度至61.9°，仍出现轻微堆积。继续减少α角度至57.7°。测试实验表明安全带在D环位置未形成堆积。
表1.D环固定点调节及测试结果
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
