对汽车安全带卷收器锁止性能的设计探究

对汽车安全带卷收器锁止性能的设计探究
摘要：本文介绍汽车安全带卷收器锁止机构的强制性设计要求，进行锁止机构的非常态系统分析，运用ADAMS进行锁止机构动力学仿真分析，希望能够为锁止机构的设计研究提供一定的依据。

关键词：汽车；安全带；卷收器；锁止；
前言
安全带在汽车的被动防护措施中扮演着至关重要的角色，对于保护驾驶员和乘客的安全具有至关重要的作用。

因此，对于安全带的研究已经成为国内外很多科研工作者重点关注的课题，也是提高汽车安全的重要关注点，相关方面的研究具有很好的实际应用价值。

1.复合敏感紧急锁止型卷收器的强制性要求介绍
国家汽车行业相关标准要求规定，卷收器工作过程卷收力大小为1N<F<7N，并且需要配备一个相应的锁止机构能够在卷收器出现紧急状况实现工作。

其相关标准规定主要有以下几个方面：
1.1.汽车减速度大于0.45倍重力加速度时，卷收器中设计的锁止机构必须实现锁止状态，安全锁止，安全带的织带拉出长度不能够大于50mm。

1.2.当安全带织带在其伸长方向产生的加速度低于0.8倍重力加速度，安全带织带拉出的长度在50mm以内时，卷收器中设计的锁止机构不能进行锁止。

1.3.在以下两种情况下锁止机构不能锁止工作，敏感装置在标准规定的安装位置倾斜角度小于12°或者安全带的织带拉出长度低于50mm过程中；当敏感装置的倾斜角度超过27°以后，安全带的织带的拉出长度不能够大于50mm。

因此，要保证卷收器的锁止机构能够满足以上标准要求，在进行研发设计锁止机构过程中必须要进行卷收器整体功能指标的实验和分析工作。

2.非常态锁止系统分析
所谓汽车安全带的非常态锁止系统指的是汽车行驶过程中加速度出现瞬间变化、驾驶员或者乘客人为进行安全带织带的拉伸动作或者汽车行驶过程中由于路面出现的瞬间倾斜状况时，汽车安全带设计中锁止器的车感锁止系统、带感锁止系统和倾斜锁止系统能够满足标注规定实现安全带织带的锁止。

3.车感、倾斜锁止机构分析
安全带卷收器的车感锁止系统和倾斜锁止系统位于卷收器右端下部位置，主要有车感外棘轮、车感敏感球总成以及车感棘爪三个主要部分组成。

其中，车感敏感球总成球坐设计在壳体右端下部位置，敏感球设计在球坐的凹陷部位内；敏感球总成上部为球盖结构，能够实现定轴转动，其主要功用是实现车感棘爪的工作，保证车感棘爪能够进行织带芯轴的固定机构进行车感外棘轮的锁止动作。

当汽车在行驶过程中出现冲击或者碰撞是，此时敏感球坐的线加速度大小等于汽车整体前进的加速度，当汽车整体前进加速度小于0.45倍重力加速度时，此时敏感球收到两个力，敏感球自身重力和敏感球前进的惯性力，敏感球的整体作用力为二力合力，从而推高敏感球，使得敏感球上升实现车感棘爪机构和车感棘轮机构的结合，使得轮轴不能转动，从而实现机构的锁止功用。

4.带感锁止机构分析
安全带卷收器的带感锁止机构设计在卷收器的右端内部，处于卷收器主体结构与卷收器车感锁止机构的中间位置，和车感外棘轮实现相对方向的装配，其结构图如图1所示。

图1 卷收器带感锁止机构
车感棘轮轴套与织带芯轴是固定连接，可随织带芯轴转动，而带感棘轮轴套套装在车感棘轮轴套上，且带感内棘轮与右端盖有一固定连接点，不能转动，只能沿滑槽移动。

在车感外棘轮的内圆槽中，芯轴轴套上安装惯性盘，该惯性盘可在车感棘轮轴套上自由转动，还有可定轴转动的带感棘爪和带感片弹簧。

5.对安全带卷收器锁止性能进行动力学仿真分析
为了能够更好的实现汽车安全带卷收器结构锁止性能的研究，使用多体动力学软件ADAMS进行机构的动力学模拟仿真分析。

使用三维建模软件Proe建立卷收器锁止机构的三维结构模型，然后导入多体动力学软件ADAMS中进行各个组成结构的模型建立，对所有的零部件赋予材料属性，设置其相应的物理属性参数，表1所示为卷收器锁止机构各个部件的主要属性参数。

表1 卷收器锁止机构主要属性
动力学仿真模型建立完成后，进行整体锁止机构不同工况的动力学仿真分析计算。

设计完成的卷收器锁止机构的要求标准如下：车感加速度为0.385倍重力加速度；敏感装置倾斜角度为21°；带感加速度为1.2倍重力加速度。

对卷收器各组成构件创建响应的运动为和约束，输出芯轴旋转经过的角度历程曲线，进行确定锁止机构工作状况是否满足标准规定。

图2所示为不同工况下卷收器锁止机构芯轴转过角度和时间的历程曲线。

由图2（a）所示为车感加速度为0.45倍重力加速度，卷收器锁止机构芯轴转过角度和时间的历程曲线，当芯轴转过角度等于15.5°时，锁止机构进行锁止，满足
此锁止机构设计要求。

如图2（b）所示为敏感装置倾斜角度为12°时，卷收器锁止机构芯轴转过角度和时间的历程曲线，动力学仿真时间设置为0.2s，仿真步数设置为20步，由图可知在仿真时间内芯轴正常运转，说明锁止机构没有进行锁止动作，所以设计满足标准规定。

如图2（c）所示为安全带织带拉出加速度大小为0.8倍重力加速度时，卷收器锁止机构芯轴转过角度和时间的历程曲线，由图可知在仿真的0.2s时间内，芯轴一直没有停止运转，说明设计满足标准规定。

如图2（d）所示为安全带织带拉出加速度大小为2倍重力加速度时，卷收器锁止机构芯轴转过角度和时间的历程曲线，由图可知，当芯轴转动角度为122.5°时，锁止机构实现锁止，此时安全带织带拉出长度大小为35.5mm，所以设计满足标准规定。

图2 卷收器不同工况下芯轴转角时间历程曲线
除此之外，在进行卷收器锁止机构动力学仿真分析时，安全带织带的延伸率没有考虑之内，通常情况下织带的延伸率都小于16%，满足要求，也在一定程度是提高了安全带的作用时间，对于驾驶员和乘客的保护有着积极的作用。

6.总结
对于安全带卷收器锁止机构性能的研究能够很好的提高安全带的安全性，保证安全带的锁止性能满足国家的标准规定。

在今后的工作中，应该创新方法和手段，进行锁止机构结构上的改进和优化，全面提高锁止机构的性能，对于提高汽车的整体安全有着至关重要的价值。

参考文献：
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