安全带产品设计开发指南.docx
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安全带产品设计开发指南
汽车有限公司商研院车身部设计指南
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批准：
商用车工程研究院
1.概述
概念：
安全带--具有织带、带扣、调节件和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带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。
简要说明
轿车上利用的安全带，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，软带从腰的双侧挂到腹部，形似腰带，在碰撞事故中能够避免乘员身体前移或从车内甩出，长处是利用方便，容易摆脱，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，可同时避免乘员躯体前移和避免上半身前倾，增强了乘员的安全性，是目前利用最普遍的一种安全带。
安全带的大体结构和功能
安全带的大体结构：
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）：
①安全带固定螺栓②织带③锁舌④导向环⑤卷收器固定螺栓⑥卷收器⑦预张紧器⑧锁扣⑨高调器⑩导向片
安全带的组成部份：
织带：
织带是组成安全带的主体，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数宽度尽可能均匀散布，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头各100mm处标明初始点，测定拉伸载荷为11100N时两头点之间的距离。
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。
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通过适当的工艺处置消除锐边，可在锐边喷涂塑料，也可增加金属或塑料制的保护垫。
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贮存织带的零件。
它能够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份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。
①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必然值后，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：
它利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必然值时，钢球转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，是目前普遍利用的结构。
②锁止机构：
包括收卷机构锁止式、织带锁止式和预张紧机构。
收卷机构锁止式：
无论是通过车感和带感锁止，仍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。
能够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。
当敏感机构作历时，第一锁止卷轴，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，现在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。
由于其制造本钱高，一般仅用于装有安全气囊的前排座椅。
敏感机构是触发还拉机构工作的一种装置，分机械式和电子式两种。
回拉机构常常利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。
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，要求导向件表面滑腻、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滑腻的镀铬表面、包涂尼龙层表面、镶嵌式滑腻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，应使合模棱角处光滑，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。
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。
①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，其开启性能稳固，而且在锁体内易于安装安全开关或警告灯开关，强制驾驶员利用安全带，若驾驶员不利用安全带，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。
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：
钢丝外衣塑料管或热塑管，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，当连接部份搁在座垫上不使历时，也便于将锁头移至适合的地方。
由于带扣锁系统在动态碰撞时，受力超级大，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。
②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形较好，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，因此在快速摆脱时操作方便。
③锁扣系统设计要点
锁扣的设计应能排除任何不正确利用的可能性，例如后排中主座与边坐安全带锁舌应能避免误插，同时要特别保证锁扣不能处于部份啮合的位置，因此在带扣闭锁或打开的进程中感觉必需明确。
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cm2，宽度不小于10mm。
按钮的表面应为红色，以示夺目警示。
④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，不能利用脆性材料，热处置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。
安全带先进技术（仅供参考）
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。
为取得腰部和头部适当的移动关系，产生了腰带部份折叠缝合一段的安全带。
织带折叠部份断开力控制在2940～4900N之间，长度一般为50mm，拉开长度为100mm。
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：
充气织带
因车辆碰撞而取得触发信号后，使中空的织带在刹时充满紧缩气体，由此降低织带对人体压力的峰值，减少对乘员的伤害程度。
织带卷轴限力杆
当车辆发生碰撞时，织带对人体产生专门大压力。
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，即在达到必然值时，限力杆发生扭转变形。
常见力矩为50～100N•m。
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取得较舒适的肩带佩带位置。
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。
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，其他情形下，大小卷簧一路工作。
2.标准
安全带标准
序号
标准号
标准名称
1
GB14166-2003
汽车安全带性能要求和试验方法
中国
2
GB14167-1993
汽车安全带安装固定点
中国
3
GB8410-2006
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
5
FMVSS209
安全带
美国
6
ECER16
安全带及成人约束系统
欧洲
7
Q/
型车用安全带
奇瑞企标
3.安全带的配置概念和结构选择
产品的配置概念
①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。
②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，和销售区域合理的肯定产品的配置和产品概念。
安全带的结构选择
尽可能在现有的产品结构当选择需要的产品。
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、螺钉等尽可能采用
标准件。
特别注意的是，同一个零件布置不同的供给商时必然要保证产品的互换性。
安装固定点螺孔尺寸
依照GB14167-93的要求：
安装固定点螺孔尺寸为7/16″-20UNF2A或2B。
一般情形：
螺栓7/16″-20UNF2A级
螺母7/16″-20UNF2B8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《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
与安全气囊的匹配实验：
3~5个月
5.产品本钱
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
主如果产品组装。
关键件（卷收器、插锁）采用入口件。
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通过适当的工艺处置消除锐边，可采用精冲工艺，也可在锐边喷涂塑料和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，需要安全带供给商提供在国家检测中心做的符合GB14166和GB8410的实验报告原件，和相关的3C认证证书的副本复印件及包括该产品的清单。
主机厂需要提供所有安全带固定点的三维数据。
主机厂需要依照GB14167做白车身的强度实验。
座椅厂需要依照GB14167做座椅的强度实验（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实验。
8.安全带开发中需要注意的问题：
安全带设计时应知足不同市场的法规要求：
对于欧洲市场，安全带应知足欧洲法规：
ECER16等；
对于国内市场应知足国家标准：
GB14166-2003、GB14167-1993等；
对于美国市场应知足美国法规：
FMVSS209等。
安全带装配及布置应注意的问题
安全带布置
1.α1、α2应在20°~75°之间。
α1、α2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α1、α2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。
、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+。
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450mm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。
上固定电位置
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：
高度调节器装配空间
立柱护板
导向环
导向环包角
织带与护板、座椅间隙
导向片
锁扣与座椅的配合尺寸
1.钣金上应有限位爪与卷收器上限位孔配合，这样可以保证安全带的工作角度。
卷收器限位装置
卷收器装配空间
.⒑卷收器安装角度
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