汽车安全带分类结构与基本原理

烟火预紧式安全带是汽车安全带的一种，在车祸发生时，利用火药将多余的织带及卷收器锁死后织带的伸出量拉紧从而限制乘客活动。

基本原理：发生碰撞时，碰撞传感器一旦检测到前方碰撞信号即被传送到安全带烟火式气体发生器MGG，完成预紧安全带的点火启动。MGG点火后产生的气体膨胀推动钢球、齿条或snake，钢球、齿条或snake推小齿轮使芯轴倒转，实现织带收紧，在乘客因碰撞向前方移动之前，将乘客向后拉向座椅，从而更可靠地保护乘客的人身安全。安全带的预紧负荷一般设置在不会伤害乘客的程度。预紧式安全带一般都会装有限力器。

在车辆行驶的过程中，安全带织带和人体之间有一定量的间隙，这个间隙的大小由安全带卷收力控制，但是卷收力过大会造成人体不舒适。当事故发生时，人相对于座椅向前移动，此时如果安全带过松，乘员易从安全带下滑出产生下潜；或者，人碰到气囊，安全带却由于余量过大而未能及时绷紧，而是将全部负担都交给了气囊，此时气囊也易对乘员造成严重损伤。在碰撞当中需要将安全带上的这个间隙或松弛量消除，减少人体胸部向前的位移量，这有利于增加乘客生存空间，降低伤亡。

目前烟火式预紧器的结构主要分为钢珠式、钢丝式、齿轮齿条式，其原理都是将化学能转化为动能，但是执行机构有很大的区别。由于钢珠式预紧器结构紧凑、体积小巧、重量轻等优点，任何车型都可以匹配，因此目前的市场份额在95%左右。由于生产量大，因此其价格相对便宜，一致性控制较好。

预紧器作用原理

除卷收器预紧外，还有端片预紧和锁扣预紧。端片预紧和安全带锁预紧就是将预紧单元安装在端片或安全带锁上从而实现预紧。

安全带锁预紧，可以同时收紧肩带和腰带

端片预紧，可以收紧腰带

卷收器预紧，可以收紧肩带

六、安全带的限力

01 限力

限力器：碰撞发生后，巨大的惯性使人体迅速前冲，这时候安全带通过紧急锁止和预紧等功能将人牢牢地束缚在座椅上。这样做虽然可以更可靠的保护乘员安全，但是同时，人体与安全带之间也会产生巨大的相互作用力，从而对乘员造成附加损伤。为了解决这个问题，人们又发明了限力器。

限力器原理：限力器一般为一根扭力杆，在织带拉紧力超过一定限度时开始作用，扭力杆会像拧麻花一样在织带拉紧力作用转动，织带由此放出一部分，使织带拉紧力下降，此时乘客位置会再向前移动一段距离。它可以使乘员胸部受力大幅下降，进一步避免乘客受伤。

限力器原理见下图：

限力功能在肩带力（胸部加速度）曲线上的典型表现如下图：

带限力：胸部加速度峰值50 g左右，对应肩带力4-4.5 kN

不带限力：胸部加速度峰值 65 g左右，对应肩带力 5.2-5.9 kN

  

02 递减式限力 LLD

有时候为了更好地保护乘员安全，需要限力水平先高后低，限力值较高时可以有效防止乘员胸部移动量过大，限力水平较低时，又可以有效防止乘员肩带力过大受伤。当限力开始时，LLD使用一个弯曲件来提供一个额外的力，当弯曲件完成工作，限力值回到原始状态。弯曲件能提供额外20~30Nm的扭矩（动态体现1~1.5kN）。

递减式限力结构原理如下图：

递减式限力在肩带力曲线图上的典型表现：

03 限力停止（LLS）

限力功能启动时可以释放出一部分织带，从而减少胸部受力，但同时带来乘员胸部前移量增加，容易与前方汽车部件产生碰撞从而导致乘员受伤，为解决这一问题，LLS被发明出来。

LLS是一种通过特定结构使限力功能在合适的时刻退出的功能。限力Stop功能常用于后排，下图揭示了后排安全带带/不带Stop功能在发生碰撞时乘员的不同姿态。

无Stop：在限力功能作用下，乘员迁移量增加，撞击前排座椅。

带Stop：Stop功能启动，限力功能退出，减少乘员前移量，避免位移超标或撞击前排座椅。

LLS的基本结构：

LLS的基本原理：

① Stop螺母位于最下位置，限力可用

② Stop螺母随芯轴旋转时沿轴头上的螺纹旋转上升

③ Stop螺母旋转至最高位置，织带力从芯轴直接传递到轴头，不经过限力杆，限力功能退出

限力停止LLS在肩带力曲线上的典型表现：

04 双级限力LLA

双级限力器：限力器的卸载功能由两级限力杆来完成，能够较好地平衡胸部受力与移动量。第二级限力需要通过点火信号来切换。双级限力有限力杆串联式和并联式两种。

下图是串联式双级限力器的基本结构：

下图是并联式双级限力器的基本结构：

LLA的基本原理如下图：

LLA可以很好的平衡不同重量乘员（5/50/95%）肩带力和胸部位移量。

LLA在肩带力曲线上的典型表现：

05 限力家族 LL/LLD/LLS/LLA

限力家族LL/LLD/LLS/LLA在肩带力曲线上的典型表现对比如下：

安全带新技术

为了适应新时期乘员保护的需求和越来越多的舒适性，智能化需求，安全带的发展从未停止，电机安全带，主动锁扣等智能化发展逐渐成为安全带未来发展的主流方向。

01  电机预紧安全带

可逆式预紧器：又称电机预紧安全带或可逆式预紧安全带，其使用工况主要分两大类：舒适性工况和安全性工况。电机预紧安全带是安全带未来发展的主流方向，越来越多车型已经开始装备该种类型的安全带。

主流的电机预紧安全带，包括autoliv的PPMI，ZF的ACR系列，均胜的SPR系列卷收器，如下图所示：

电机预紧安全带可以实现的功能比较多，主要包含舒适性功能和安全性功能两大类：

 

舒适性工况包括：

- 织带预收紧

- 织带回收辅助

- 织带推送

- 佩戴时降低肩带力

- 降低拉出力

- 可控制张紧力等

安全性工况：

    - 碰撞安全（燃爆预紧）

    - 安全警示

    - 乘员姿势

    - 紧急反应

    - 碰撞预测等

02  夹紧锁舌

夹紧锁舌CLT是一种特别设计的锁舌，在碰撞中腰带力大于肩带力时夹紧织带，以阻止织带从肩带（胸部）向腰带（臀部）方向的移动。

夹紧锁舌原理：

① 刚系上安全带，织带未受力

② 肩带力≥ 腰带力，织带不夹紧

③ 肩带力 ＜ 腰带力，夹紧织带

夹紧锁舌影响分析：腰带力增加，降低肩带力

03  主动锁扣

主动式可升降型安全带锁，ABL(Active Buckle Lifter)，与主动电机预紧安全带类似，代表了未来智能化时代安全带的发展趋势。ABL提供安全，动态支持和舒适性功能。

如下是ZF主动锁扣的基本功能：

ABL提供三种不同的锁扣长度位置状态：

舒适状态：锁扣伸出最长，舒适性最好，车辆稳定行驶中的状态

普通状态：系上安全带插入锁舌后由舒适位置回收至设计状态

安全状态：锁扣伸出最短。车辆失稳，紧急状态下锁扣迅速回收至安全位置。

04  新型锁扣

发光锁扣：

在锁扣顶部增加LED光源的锁扣。成本较常规锁扣增加约50RMB，具备夜间提示功能，可根据要求定义灯光颜色，增加氛围效果。

防异物锁扣/锁舌：

由于锁扣顶部开口的开放式设计，一些异物如硬币，纽扣，线头，回形针等经常落入锁扣内部导致无法锁紧安全带。而防异物锁扣/锁舌是特殊设计的锁扣和锁舌，锁头顶部开口减小，能够防止常见的异物如纽扣，线头，回形针等通过锁扣顶部落入。

新型锁扣

无锁式安全带

放弃传统的锁扣锁舌卡接式结构，实用新型夹紧或其他锁紧方式的安全带

05  新型安全带

双级卷簧安全带：

卷簧提供两种等级的力值，根据定义的织带长度，可以使得乘员系上安全带后切换到低等级的力值，以保证舒适性，避免压肩。

安全带回收时，张紧力大，有助于快速回收。

安全带佩戴时，张紧力小，提高佩戴舒适性。

彩色/logo 织带：

不同颜色的安全带织带或者在织带上定制特殊logo以满足消费者差异化需求。

集成麦克风织带：

集成微型麦克风的安全带织带，使安全带成为通讯接口。

迎宾安全带：

在接近端片或者导向环处的安全带织带上集成记忆金属，利用记忆金属的特性，使得佩戴安全带时织带连同锁舌可以自动向前伸出，方便佩戴。在导向环处增加专用的织带前伸器，同样起到方便佩戴的效果。

变宽织带：

通过增加安全带宽度，从而提升或改善乘员保护性能的安全带。

充气式安全带（气囊式安全带）：

气囊式安全带即充气式安全带，其结构如图所示。将气囊内置于从锁扣到肩点之间的肩带上，发生碰撞时气囊展开增加人体躯干与充气安全带之间的接触面积，分散胸部力的分布，气囊式安全带集成了安全带的约束性能和气囊的保护性能，提升了乘员保护效果。

充气式安全带结构特点：

卷收器部分不变，囊袋串在织带上

气体通过锁扣和锁舌充气到织带的囊袋中

锁舌在最下方，无锁舌限位扣

针对不同车型囊袋尺寸不同，需要重新开发

充气式安全带布置建议：

气体发生器安装在锁扣上，锁扣布置需要更多预留空间

气囊的气体发生器在锁扣上，所以锁扣一般为钢板式

充气式安全带潜在风险：

囊袋的宽度和厚度比织带大很多，佩戴舒适性差，易引发客户抱怨

车型不同囊袋均需重新开发，因此单品开发成本远高于普通安全带

需满足气囊与安全带开发要求，开发周期长，试验认可难度大

极少采用的安全配置，供应商尚无报价参考，成本较高

充气式安全带碰撞保护效果：

气囊式安全带增加了乘员躯干与气囊安全带的接触面积

力被分散到气囊式安全带上，因此胸部变形量要小

 

气囊式安全带整体佩戴舒适性比较差，且对于乘员保护的贡献比较有限，很多供应商都停止开发或没有开发。气囊式安全带目前只在福特集团旗下车型使用过：北美福特2011款探路者高配。

充气式安全带原理图：

充气式安全带-肩带充气：

充气式安全带-腰带充气：

自适应安全带系统：

通过电器元件将卷收器和电动高调器连接，根据不同大小的乘员适时调节高调器位置和卷收器限力等级的安全带系统。通常与电动式高调器配合实现。

心率/呼吸感应安全带：

安全带集成心率/呼吸感应传感器，实时感知乘员身体状态。

充电式安全带：

安全带集成充电接口，用于智能手机等设备充电。

孕妇安全带：

孕妇专用安全带，特别设计的腰带最大限度的保护孕期乘员安全。

一体式安全带（VOLVO）

座椅集成安全带：

全背式安全带（跑车）：

乘员异位安全带：