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安全人机设计

气囊式汽车安全带

---安全人机工程学产品设计

院系：

华北科技学院安全工程学院

班级：

安全B104

专业：

安全工程

指导老师：

姚建

设计学生：

孟楠钟文一卢文玉李春苗梁冠群

设计时间：

2012年10月01日

1.技术背景

1.1现有技术

1.1.1国内现有技术

我国汽车被动安全性研究经过近二十年的探索，已经有了一个良好的开端。

在天津汽车技术研究中心、长春汽车研究所、交通部试验场、清华大学等5个地方建立了汽车碰撞试验场所，具备了执行中国汽车碰撞法规的能力，中国汽车被动安全实验技术有了显著的进步和发展。

1）我国汽车安全法规

2001年12月，我国有关部委出台了中国强制性产品认证制度（CCC），在强制执行的标准中，包括汽车正面碰撞法规。

该法规要求我国M1类汽车在2003年5月1日后，凡未通过“3C”认证一律不准出厂、出口和销售。

2）我国使用安全带的规定

《中华人民共和国道路交通安全法》第五十一条规定，机动车在行驶时，驾驶人、乘坐人员应按照规定使用安全带。

公安部1992年11月15日发布《关于驾驶和乘坐小型客车必须使用安全带的通知》，规定上路行驶的小型客车驾驶人和前排乘车人必须使用安全带，并于1993年7月1日起生效。

8月1日后，凡不按规定使用安全带的驾驶人或乘车人，一律处以警告或者5元罚款。

北京市实施《道路交通安全法》办法第八十三条规定，乘车人没有系安全带，可被处以20元的罚款。

云南省道路交通安全条例第四十六条对机动车驾驶人在道路上驾驶机动车作了这样的规定：

一、使用安全带，并保持齐备、完好；二、提醒乘坐人员使用安全带或者戴安全头盔。

我国香港法律规定，乘坐出租车包括后座如不使用安全带最高罚款5000港元及入狱三个月。

3）安全带、绳和金属配件要符合破坏负荷指标。

腰带必须是一整根，其宽度为40~50mm，长度为1300~1600mm。

护腰带宽度不小于80mm，长度为600~700mm。

带子接触腰部分垫有柔软材料，外层用织带或轻革包好，边缘圆滑无角。

带子缝合线的颜色和带颜色一致。

围杆带折头缝线方形框中，用直径为4.5mm以上的金属铆钉一个，下垫皮革和金属的垫圈，铆面要光洁。

带子颜色主要采用深绿、草绿、桔红、深黄、其次为白色等。

腰带上附加小袋一个。

安全绳直径不小于13mm，捻度为8.5~9/100（花/mm）。

吊绳、围杆绳直径不小于16mm，捻度为7.5/100（花/mm）。

电焊工使用悬挂绳必须全部加套，其他悬挂绳仅部分加套，吊绳不加套。

绳头要编成3~4道加捻压股插花，股绳不准有松紧。

金属钩必须有保险装置，铁路专用钩例外。

自锁钩的卡齿用在钢丝绳上时，硬度为洛氏HRC60。

金属钩舌弹簧有效复原次数不小于2万次，钩体和钩舌的咬口必须平整，不得偏斜。

金属配件表面光洁，不得有麻点、裂纹；边缘呈圆弧形；表面必须防锈。

金属配件圆环、半圆环、三角环、8字环、品字环、三道联，不许焊接，边缘成圆弧形。

调节环只允许对接焊。

1.1.2国外现有技术

安全带作为汽车发生碰撞过程中保护驾乘人员的基本防护装置，它的诞生早于汽车。

早在1885年，安全带出现并使用在马车上，目的是防止乘客从马车上摔下去。

1902年5月20日在纽约举行的一场汽车竞赛场上，一名赛车手为防止在高速中被甩出赛车，用几根皮带将自己和同伴拴在座位上。

竞赛时，他们驾驶的汽车因意外冲入观众群，造成两人丧生，数十人受伤，而这几名赛车手却由于皮带的缘故死里逃生。

这几根皮带也就成为汽车安全带的雏形，在汽车上首次使用，便挽救了使用者的生命。

1922年，赛车场上的跑车开始使用安全带；1955年，美国福特汽车装用了安全带；1968年，美国规定轿车面向前方的座位均要安装安全带。

欧洲和日本等发达国家都相继制定了汽车乘员必须要佩带安全带的规定。

安全带的技术进步包括预紧器、力道限制器，以及三点式或四点式的组合等。

在撞击的时候，预紧器可以把安全带拉紧，防止由于松懈而带来会造成身体伤害的位移。

撞击结束后，力道限制器可以使安全带略微松弛以减轻对车内乘员的压力。

三点式安全带可束住乘客的胸腔和大腿前部，在微型轿车中可以将对前座乘客的严重伤害减少44%（与不系安全带的乘客相比），对后座乘客的严重伤害可以减少44%，如果跟横向安全带相比，对后座乘客的严重伤害可以减少15%。

更重要的是，前座乘客使用三点式安全带而不是横向安全带，对乘客腹部和头部的伤害将分别可以减少52%和47%*。

典型的四点式安全带包括两条竖向的吊带，可以束住车内乘员的胸腔，并在底部与横向安全带扣接。

四点式安全带已经在赛车上使用了很多年，现在一些客气制作厂商，比如沃尔沃，正尝试将其应用到微型轿车上。

设计的出发点是在汽车发生滚翻时，四点式安全带可以将撞击力更均匀地分散掉，同时还可以将乘客牢牢地固定在座椅。

预紧式安全带

预紧式安全带（PRETENSIONERSEATBELT）也称预缩式安全带。

这种安全带的特点是当汽车发生碰撞事故的一瞬间，乘员尚未向前移动时它会首先拉紧织带，立即将乘员紧紧地绑在座椅上，然后锁止织带防止乘员身体前倾，有效保护乘员的安全。

预紧式安全带中起主要作用的卷收器与普通安全带不同，除了普通卷收器的收放织带功能外，还具有当车速发生急剧变化时，能够在0.1秒左右加强对乘员的约束力，因此它还有控制装置和预拉紧装置。

预紧式安全带的主要分类

控制装置分有两种：

一种是电子式控制装置，由电子控制单元（ECU）检测到汽车加速度的不正常变化，经过电脑处理将信号发至卷收器的控制装置，激发预拉紧装置工作，这种预紧式安全带通常与辅助安全气囊组合使用。

另一种是机械式控制装置，由传感器检测到汽车加速度的不正常变化，控制装置激发预拉紧装置工作，这种预紧式安全带可以单独使用。

预拉紧装置则有多种形式，常见的预拉紧装置是一种爆燃式的，由气体引发剂、气体发生剂、导管、活塞、绳索和驱动轮组成。

当汽车受到碰撞时预拉紧装置受到激发后，密封导管内底部的气体引发剂立即自燃，引爆同一密封导管内的气体发生剂，气体发生剂立即产生大量气体膨胀，迫使活塞向上移动拉动绳索，绳索带动驱动轮旋转号驱动轮使卷收器卷筒转动，织带被卷在卷筒上，使织带被回拉。

最后，卷收器会紧急锁止织带，固定乘员身体，防止身体前倾避免与方向盘、仪表板和玻璃窗相碰撞。

1.2.1国内现有状况

安全带被认为是汽车制造历史上最为伟大的发明之一，这种最为简单同时也是最为有效的安全配置，至今已经挽救了上百万人的生命。

在一些发达国家，安全带的佩戴率已经达到了90%以上。

那么中国安全带的使用情况又如何呢？

2009年中国汽车安全主题巡展中，我国和著名安全带生产厂家奥托立夫对中国安全带的使用情况进行了一次调查：

2009年中国汽车安全主题巡展共分北京、沈阳、成都、南京、上海和广州6站。

在6个城市的巡展中，共有1081位体验者参加了调查，其中无论开车或坐车，始终佩戴安全带的有229人，占21.2%；无论开车或坐车，从来不佩戴安全带的有254人，占23.5%，其中有97人为驾驶员；无论开车或坐车，有时戴有时不戴的有598人，占55.3%。

从中可以看出，有一半以上的人对于安全带的态度是时戴时不戴。

这部分人的主要表现是：

1.开车时戴，坐车时不戴；

2.坐前排时戴，坐后排时不戴；

3.开高速时戴，不开高速时不戴；

4.有警察时戴，没警察时不戴。

这也说明，在中国，安全带的佩戴意识仍很淡薄，大部分人都还没有建立起主动佩戴安全带的意识。

这部分人在实际行车中佩戴安全带的情况很少，大部分时间都是没有佩戴安全带的，一旦发生事故，缺乏安全带的有效保护，这部分人将处于非常危险的境地。

此外，这部分人有时佩戴安全带也意味着这部分被调查者在一定程度上了解佩戴安全带的好处，只是还没有建立起每次乘车都佩戴的习惯。

这意味着，可以提醒乘员佩戴安全带的安全带提醒装置在中国现阶段仍然是一项能发挥巨大作用的安全配置。

安全教育任重道远

从调查数据中我们还可以看出，有23.5%的调查者从来不佩戴安全带。

调查发现，这部分人不佩戴安全带的主要原因是对安全带的保护作用和佩戴安全带的重要性不了解；同时对发生碰撞时，碰撞冲击可能对车内乘员造成伤害的严重程度不了解。

这说明造成中国安全带佩戴率低的一个重要原因是针对安全带重要性的宣传教育还远远不够，汽车安全宣传和教育仍然任重而道远。

在中国汽车安全主题巡展期间，每站都有非常多的观众去体验“安全带体验滑车装置”，对12km/h发生碰撞时产生的冲击感到惊讶。

有不少体验者在体验完滑车后表示：

以后无论开车还是坐车都会佩戴安全带。

同时观看“为什么佩戴安全带“视频的观众也非常多。

这说明，加大汽车安全宣传力度可以有效提高安全带的佩戴率

安全带使用不能投机取巧

除了安全带佩戴率不乐观外，调查还发现，社会上存在着一些不正确使用安全带的现象。

主要表现有：

1.擅自对安全带织带加附加装置以阻止安全带织带的正常收回；

2.为了避免醒装置报警，将安全带锁舌插入安全带插锁内，人坐在安全带之外；

3.在安全带插锁外套一个橡皮筋，将安全带锁舌插入橡皮筋内以应付交警检查；

4.为了避免安全带提醒装置报警，从汽配市场购买单独的锁舌插入安全带插锁内（有些塑料模拟锁舌在使用后断在安全带插锁内，使安全带无法正常使用）；

5.出租车后排在更换坐垫套时把安全带插锁压在坐垫下，使乘客无法使用安全带。

这些都是安全带使用中的投机取巧的行为，不仅使政府和汽车厂家对提高安全带佩戴率的努力失效，而且由于汽车安全带起不到应有的保护作用，从而将车内乘员置于非常危险的境地，可谓是最不该出现的社会怪状。

1、未系安全带，乘车人被抛出车外遇难

2005年06月29日，在上海杨浦大桥浦西至浦东方向，一辆车牌为沪EG7741的蓝色中巴车在准备驶入德平路方向的下匝道入口时，车辆突然向右撞上大桥护栏，一名男子被抛出当场身亡。

事后查明，从车中摔出的乘客，事发时坐在车内副驾驶座上，因未系安全带，撞破挡风玻璃后落到桥下丧命。

在杨浦大桥管理所停车场内，记者见到了出事的中巴车。

车身右侧车头已被撞得瘪了进去，车头上印出两道深深的杨浦大桥护栏的形状，上面还留有护栏的桔黄色油漆，车前的挡风玻璃已经不知去向。

记者了解到，当时车上连司机在内共坐有4人，坠落男子当时正坐在副驾驶座上，而且未系安全带。

晨报记者采访此事之余，在人民广场、外滩附近4个主干道，对出租车前排乘客系安全带情况进行了调查，结果在182辆坐有前排乘客的出租车中，仅有29辆车中的乘客系上了安全带，其中包括3位外籍人士。

汽车为什么要有安全带？

安全带主要是在紧急情况下，缓冲驾驶员身体与方向盘的冲击力，以降低和避免车上人员受伤，而安全带的有效距离是已经设计好的，人为设置夹子延长安全带，实际上是让安全带失去作用，增加安全隐患。

安全带是我们生命的一道防护线，我们必须要重视它！

1.2．2国外现有状况

对大部分人而言，布连（nilsbohlin）不是一个家喻户晓的名字，但对不少曾被安全带从鬼门关救回来的人来说，他肯定是伟大的发明家。

布连发明的3点式安全带在1985年被德国专利发明注册处评选为跨世纪8大发明之一，就是这种汽车安全设备对人类贡献的最佳证明。

汽车业的乐土——美国，是初期最看不起安全带的地方。

早于1953年，当地一位汽车生产商已经提供前座安全带作可供选购装备，可惜市场毫无反应，即使数年后，该公司再一次推广安全带，结果还是一样。

当时、美国舆论更批评安全带碍手碍脚，令乘客感到不舒服。

及至1963年，所有沃尔沃出品的汽车的前座都已经配备3点式安全带作为标准装置，布连为了打开庞大的美国市场，于是联同负责瑞典国内安全带测试及批核的艾当（bertilaldam）博士到美国讲学，并向公众及车厂讲解安全带的优点，可惜收效仍然不大。

3点式安全带开始为人接受始于1967年，布连在美国发表了《28000宗意外报告》，当中记录了1966年瑞典国内所有牵涉沃尔沃汽车的交通意外，数字清楚显示，3点式安全带不但能够保住性命，更能在超过半数的个案中，减低甚至避免乘客受伤的机会。

该报告遂成为世界各地有关汽车安全带立法的重要游说工具，特别是在依然顽固的美国。

其时美国国家高速公路安全局（nhtsa）的赫顿（williamhaddon），早已积极争取在车厢内安装安全带，及至布连的报告出现，美国第一条关于安全带的规例终于在1968年出现。

现在，不少国家都已强制规定使用安全带，虽然大部分地区只要求前座乘客佩戴。

但是第一条强制佩戴安全带的法规直至1971年是才在澳洲的维多利亚省通过，接着陆续有其他国家效法，包括1975年的瑞典。

然而，美国却一直没有联邦法规规定车中乘客佩戴安全带，目前美国的安全带使用率约为60%——65%，因为部分州政府已订立有关法规。

至于欧洲，使用率大概是七成，但由于地理及文化因素，各地的差异颇大。

当然，最理想的是达到100%，但这个目标短期内还是遥不可及。

当汽车前进时，车中人也以相同的速度向前推进，假如车子突然停下来，乘客的身体便会继续以高速惯性前冲，要将身体维持在座位上，必须有3000—5000kg的力量，因此，安全带一定要强而有力，但又富弹性及易于佩戴。

初期的2点式斜式安全带缺乏足够的力量将前冲的身子固定，至于由两名美国空军夏云（hughdehaven）及格斯沃（rogerw.griswold）发明的y型3点式安全带，则由于安全扣位置在乘客的背后，不单未能完全锁紧身子，更会压伤内脏而不能产生应有的保护作用。

其实，汽车最初面世时，已经有人发觉只要用一条带，将臀部缚在座椅上，便能令颠簸的身子稳定下来，尤其是当时的马路凹凸不平，经常把车上人颠个半死。

可是，即使这种围绕式安全带早于1907年已经注册，可是也一直未受重视。

直至第二次世界大战，才有人开始认真研究安全带的实际用途，但他们却非汽车业人士，而是当时发展迅速的航空工业从业人员。

布连发明的3点式横放v型安全带出现后，情况才扭转过来，这种简单而安全的设计模式，基本上一直沿用下来。

早于1967年已将3点式安全带定为后座标准装置的沃尔沃，更将使用权开放给其他汽车制造商，日后的改良也集中于提高效率及使用时的舒适和方便性。

3点式安全带的第一次改革于1968年出现，当时一种名叫固定转芯的小装置，首次应用在前座安全带上，3年后后座也采用了。

由于可以容许乘客有更多的活动自由，省却了因适应不同人体形而作出特别调校的麻烦，而且闲置时亦不会碍手碍脚，终于巩固了现代安全带的模式。

不过，直到1986年，后排中间的座位才成功安装3点式安全带，令全车乘客都可以得到周全的安全保护。

1990年，早已把3点式安全带列为所有座位的标准装置的沃尔沃汽车再进一步，增设了一种附加设备——安全带束紧器（belttensioner），它能够藉着感应器于制动时作出的反应，收紧安全带，加强保护力。

90年代初，另一种被动的汽车安全装置——安全气袋面世，但安全带的作用却并末因此减弱，反而由于部分气袋张开时力度过猛，令人意识到安全带加气袋，方可在意外时为乘客提供最信心十足的保障。

话说回来，自60年代3点式安全带面世以来，至今已有长达1000万公里的安全带，装进全世界超过10亿辆汽车内，长度足以围绕地球的赤道250圈，或是往返月球13次之多。

然而，最重要的是40年内无数生命因而获救，证明3点式安全带是最有效的单一汽车安全设备，加上可以长期使用，成本相对地较低，因此，相信在可见的未来其地位仍不会有任何改变。

1.3存在的问题

清华大学汽车碰撞实验室在对国产M1类汽车进行碰撞试验的过程中发现，国产车型在乘员保护性能上存在不少问题，并提出了六项问题，其中有两项涉及汽车安全带：

1.安全带质量得不到保证，经常发生失效现象；2.安全带固定点强度不够。

汽车乘务员保护系统主要包括安全带、安全气囊和吸能式转向管柱等。

安全带是乘员保护的第一道防线，统计表明，使用安全带可使事故发生时乘员的伤亡率大大降低。

目前，我国安全带生产质量很难保证，这会降低队乘员的保护效果，甚至起不到保护住用。

我们应该提高安全带各部件的质量，并开展车型与安全带的匹配研究最大限度地发挥安全带对乘员的保护作用。

安全带自问世以来，不知挽救了多少生命。

随着安全气囊的出现，驾乘者的安全系数也大大提高。

可就是有不少人不重视安全带与安全气囊的重要性，“明知故犯”，总是抱有侥幸心理。

　　安全气囊已经成为绝大多数现代轿车上的标准安全配置，这是为了更好地保护驾乘者，然而当驾驶并乘坐汽车尤其是装有安全气囊的汽车时，安全带必须要系好！

　　因为安全气囊的开发设计就是基于安全带有限的保护作用之上的，安全带与安全气囊组成辅助乘员保护系统（SRS—SupplementalRestraintSystem），它俩互相配合才能充分发挥对驾乘者的辅助保护作用。

　　当汽车前部发生强烈的碰撞时，由于惯性，驾乘者的身体向前快速移动，这时安全带便会尽力“拉住”驾乘者的身体，吸收部分冲击能量，同时安全气囊以“迅雷不及掩耳之势”充气并完全打开；接着驾乘者的身体上部便沉向安全气囊，气体也开始从气囊的排气口匀速逸出，并吸收了大部分冲击能量；随后，驾乘者身体向后并回到座椅上。

以上整个过程几乎都是发生在一瞬间的，驾乘者完全处于被动的局面，在这种情况下，被动地依靠辅助乘员保护系统是惟一的选择。

　　如果碰撞之前没有系好安全带，那么安全气囊将反而会伤害驾乘者。

由于没有了安全带的束缚，不仅一部分冲击能量无法从驾乘者身上“卸”下来，而且正在“一如既往”快速充气的安全气囊将与快速移动的驾乘者正面相撞，气囊快速膨胀所发出的巨大冲击力，将重重地撞向驾乘者的头部及胸部。

可想而知，在这次“撞击”中，驾乘者的头部及胸部将严重受伤，安全气囊反而成了伤害驾乘者的“罪魁祸首”。

2设计原理

因为发生事故时，汽车乘员由于惯性作用容易前冲而产生碰撞。

气囊式安全带可在触发后迅速充气，让乘员的头部无法移动，从而避免由于惯性作用而造成的伤害。

2.1设计方案

一旦传感器侦察到撞车可能发生，安全带就会充气，迅速膨胀到平时的3倍左右。

通过分散冲击力，进而有效地保护乘客的胸腔。

2.2设计原理

2.3产品特点

2.4创新点

3产品功能

3.1产品结构