汽车安全带设计指导书

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1简要说明

1.1综述

安全带是汽车被动安全系统中关键的组成部分，也是乘员获得安全保障的基本要素，本节主要介绍一下安全带的基本知识。

1.2设计该产品的目的

安全带是车辆被动安全的重要组成部分，安全带的设计目的是：当车辆紧急制动或发生碰撞时，能够将乘员约束在座椅上，减轻伤害，保护乘员。

1.3适用范围

本设计指南适用于M1类车辆〔M1类车辆：指至少有四个车轮，并且用于载客的机动车辆，包括驾驶员座位在内，座位数不超过九座（见GB15089）〕的安全带布置及校核。

1.4安全带的分类

目前公司所使用的安全带根据卷收器类型可以分为以下几类：紧急锁止式（ELR）、预张紧式（PT）、简易式、自动锁止式（ALR）。

1.4.1紧急锁止式

紧急锁止式安全带只在紧急状态下将安全带锁止，约束乘客运动，保护乘客安全。正常情况不妨碍乘客身体自由。其工作原理详见本章第1.6节“安全带卷收器工作原理”。

1.4.2预张紧式

在发生撞车事故时，在普通安全带约束之外的身体肌体末端仍然有可能触及汽车挡风玻璃等部位而使乘员受轻伤；预紧式安全带因此设计出来；

利用撞车时的加速度击发气体发生器，产生的气体膨胀力使卷收器反向旋转而收紧织带，将乘客向后拉向座椅，从而更可靠地保护乘客的人身安全；

为了避免回收力过大而造成对老弱和年幼者的意外伤害，故有的卷收器设计有限力器,用以吸收多余的可能造成伤害的能量，一般搭配安全气囊使用；

1.4.

2.1安全带预张紧装置原理

当事故发生时，人向前，座椅往后，此时如果安全带过松．则后果很可能是：乘员从安全带下面滑出去，或者人已碰到了气囊，而此时安全带由于张紧余量过大而未能及时绷紧，即未能像希望的那样先期吃掉一部分冲力，而是将全部负担都交给了气囊。这两种情况都有可能导致乘员严重受伤。但问题是，正确安装的安全带,其松动余地来自何方？一是由于乘员的衣服本身有一定的厚度，另外在安全带装置中也多少隐藏了部分松动余地，这种余地无法消除，但真遇到事故时，还就应该尽量消除。怎么办？为此出现了这种安全带预收紧装置它负责提供瞬间绷紧的安全带。

预紧式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0.1s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。

控制装置分有两种：一种是电子式控制装置，另一种是机械式控制装置。

预紧装置则有多种形式，常见的预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。

1.4.

2.2预张紧安全带的附带配置--限力器

在标准型或预紧式卷收器中加上织带张力感测装置，一般为一根扭力杆，在织带收紧力超过一定限度（一般设定为450-650KG）时开始作用，使卷收器芯轴旋转数圈，使织带张力下降，此时乘客位置会再向前冲数十厘米（必须搭配安全气囊），它可以使乘客胸部受力大幅下降，进一步避免乘客受伤。限力器的实现原理如下：

事故发生后，安全带在预收紧装置的作用下，已经绷紧了。但我们希望在受力峰值过去后，安全带的张紧力度立即降低，以减小乘员受力，这份特殊任务就由安全带拉力限制器来完成：在安全带装置上，有一个如前所述的预收紧装置，底下卷绕着安全带。轴芯里边是一根钢质扭转棒。当负荷达到预定情况时，扭转棒即开始扭曲，这样就在一定程度上放松了安全带，实现了安全带的拉力限制功能。

在安全带预收紧装置和安全带拉力限制器的共同作用下，安全带的保护能力几乎达到了理想状态。所谓于细微处见精神，先进的安全带确实能给乘员提供可以信赖的安全保护。

1.4.3简易式

简易安全带没有自动锁止功能，可允许织带自由拉出，扣上带扣时乘客必须调整安全带长度；分两点简单式和三点简单式；两点简单式多用于后排中，

三点简单式多用于货车。

1.4.4自动锁止式

自动锁止式（ALR），指带卷收器的两点式安全带，卷收器一般布置在地板上。通常带KISI装置，（KISI为儿童安全装置的德文缩写），当启动功能时，卷收器即已锁死，乘客无法自由移动；常见做法是加一组齿轮在标准卷收器上，当将织带拉出最多时即自动锁死安全带，解除功能时，将带扣放松，任由卷收器将安全带收至最短时松开。

操作方式：

儿保（儿童保护的简称，以下统称为儿保）是为防止由于儿童拉扯而使其滑出安全带，以达到安全锁止的目的而增加的卷收器附加功能。当儿童坐在座位上后，成人应拉出卷收器中的全部安全带，当安全带全部拉出后稍稍回卷会听到“嗒”的一声，说明儿保已经触发，这时将锁舌插入带扣锁，织带自然回卷至收紧，织带将不能再被从卷收器中拉出。松开锁舌，安全带继续回卷一定长度，儿保解除，织带就可重新拉出。而当成人佩带此安全带时，可以不启动儿保装置，所以可与一般的安全带一样收放自如地使用。

儿保功能工作原理：

织带锁紧：当织带全部拉出并回卷一定长度时，儿保装置启动，一行星齿轮带动一棘爪运动，棘爪带动控制爪，使织带只能回收，但不能拉出，直至回收到一定长度，另一行星齿将棘爪复位，儿保关闭，织带可以拉出或是回收。所以当儿童佩带此安全带时，启动儿保装置，可防止儿童拉扯并滑出安全带，达到安全锁止的目的。当成人佩带此安全带时，可以不启动儿保装置，所以可与一般的安全带一样收放自如地使用，如图4-1所示

图4-1

1.5零件构成图

图4-2前排三点式安全带示意图：

一般三点式安全带均包括以下部分：卷收器，织带，导向环，锁舌，端片，子母扣，锁扣，高度调节器（根据配置不同，可能没有），导向件（根据实际布置需要而定）及螺栓，螺母等。

图4-2

图4-3为紧急锁止式安全带卷收器零部件构成图

图4-3图4-4

是双头扣环和两点式的安全带，也称两点式腰带。

图4-4

1.6安全带卷收器工作原理

安全带卷收器通过以下三种机制达成其ELR功能：

双头扣环腰带

1.6.1车体敏感（车敏）

由于撞车时产生的加速度和钢球本身的惯性作用，使钢球离开钢球座的最低点，托起敏感机构杆，顶起棘爪锁住棘轮，从而使卷收器锁止，保护乘员安全。

车体加速度超过0.7g时锁止安全带，感应件有滚珠式和摆锤式两种；

1.6.2倾斜锁定（角敏）

由于钢球重心的作用，正常时钢球落在钢球座的最低点（如果4-5），车身的任何倾斜都将导致钢球离开钢球座的最低点，当车身倾斜超过一定角度时，被钢球托起的敏感机构杆足以顶起棘爪，锁住棘轮，从而使卷收器锁止，保护乘员安全；

图4-5

车体倾斜超过一定角度时，限制织带拉出，一般与车敏通用一个感应件；1.6.3织带感应（带敏）

快速拉出织带时，芯轴带动车敏组件的惯性块和棘爪一起运动（如图4-6）

图4-6

织带匀速拉出时，芯轴带动惯性块如图顺时针转动，当加速拉出时（大于

1.5G），由于滞后惯性作用，惯性块相对逆时针转动，而推出棘爪使之卡住控制盘，如图4-7所示；

图4-7

控制盘被咬合之后，由于轴、控制盘、芯套一体，所以带动芯轴和芯套向图示8点钟方向运动，如图4-8，此时回位簧受挤压；

图4-8

轴向左下方运动后，如图示，轴上的齿轮便卡住框架上的齿，如此，通过棘爪卡住控制盘，再由芯轴咬合框架，使得安全带可以在相当大的作用力下锁死安全带；随后由于外力的消失，回位簧的弹性使得芯轴回到正常状态，安全带由可以灵活拉出了，如图4-9。

图4-9

当织带拉出加速度超过2.0g时，锁止安全带，一般以弹簧或片簧为感应件；

1.7安全带开发流程（详见安全带开发流程）

2设计构想

2.1设计原则

2.1.1该零件的功能要求

安全带要求在车辆发生紧急制动或倾斜，碰撞等情况时能够将乘员约束在座椅上。这项功能在法规中有相应的要求。

2.1.2该零件的顾客要求

一般驾驶员或乘员配戴安全带时，要求安全带能适当约束乘员而不至于驾驶员或乘员产生被绑的感觉，并能方便乘员的活动。

2.1.3该零件的性能要求

安全带是安全件，要实现其安全功能，必定需要保证安全带本身的性能要求。

我们在设计新车时，通常会从供应商提供的现有产品中选择一种合适型号的产品，来进行布置，使之符合整车的要求从而满足法规和其它的性能要求，因此我们在做安全带的布置时首先应该从法规入手，只有法规要求满足了，才可以继续进行下一步的工作。

为满足产品的法规规定的锁止条件时的锁止要求，首先应该满足安全带卷收器的角度要求，一般安全带卷收器都是有一定的角度要求的，这个角度的误差（包括制造误差）是±3°，法规规定当车辆倾斜≤12°时，车辆不得锁止，

因此如果安全带布置的不合适，布置的角度不在卷收器本身的角度公差范围内时，就会产生车辆倾斜时安全带不符合法规要求，通常安全带卷收器的角度是系列化的，也就是说同一型号的卷收器有一系列的角度，这个角度通常是通过卷收器内部的角度敏感机构来实现的，（第一代安全带使用的是摆锤敏感机构，第二代安全带使用的是钢球敏感机构），一般安全带供应商都会有系列钢球座，从而满足不同的角度要求，但是并不是所有的角度都能满足，所以在设计时必须根据整车布置情况选用合适的角度的卷收器。

安全带的其它性能主要是靠安全带本身来保证的，所以在此就不再细说，但

动态性能与整车中安全带的布置有关，这就要求安全带布置合理，与织带接触的零部件不能有尖锐的棱边，在受力时不能被破坏产生尖锐的物体等。如果织带与尖锐物体接触的话，在碰撞过程中安全带受力时，很小的一个毛刺都会将织带割断，从而不能将乘员约束在适当的位置。

★安全带所需要进行的性能试验可参照附件二中的DVP&R。

2.1.4零部件标识要求

安全带上应有产品零件号制造厂等标识的标签和3C认证标签，如出口欧美，还应有相应的当地法规认证标签（如E-MARK标签等）。

安全带为精确追溯件，产品上就带有条形码，具体要求见Q/SQR.04.346《精确追溯件物料条形码编制规则及条形码标签要求》（试行）

2.1.5防错措施

在卷收器上通常需要贴上识别左右侧的标签，以防装配时发生误装（后排中间三点式安全带除外）；

如果后排中间为三点紧急锁止式安全带，通常需要两个双头扣环，故需要将锁舌与插锁进行防错设计，如图

4-10：

图4-10

此外，也可以从结构上进行防错设计，如图4-11可以用专用的锁舌与锁扣向配合，已达到防错的目的小插锁

图4-11

2.2设计参数

安全带的设计参数包括尺寸参数，重量参数，成本控制，电器参数等方面。

2.2.1安全带的尺寸参数

安全带在设计过程中，一般卷收器、导向环等部件都是采用现有的供应商的产品，因此，选用合适的安全带产品进行布置就能解决尺寸方面的问题，但毕竟产品的尺寸也不可能太小，这就要求我们在做设计时要合理的布置，通过其它办法来解决安全带产品尺寸的影响，如在布置前排安全带时，B柱下部空间有限，而卷收器又比较大时，我们就可以考虑将卷收器往下移，或者使卷收器旋转，与B柱的倾斜趋势一致，这样就有可能避免或减小安全带产品本身尺寸的影响。一般安全带卷收器等都是成熟产品，大小基本都已经确定，但是不同的安全带供应商的产品大小是不一样的，如TRW的就要比AUTOLIV的稍大。

安全带总成在设计时有一个重要尺寸需要考虑，这就是织带的长度，这是根据车型布置确定的，一般的车型的安全带织带长度为3500mm，但是如果座椅可以向前滑动，而且行程比较长的话，安全带织带的尺寸就要适当增长，这样才能保证在座椅滑到最前部时乘员仍能较舒适地佩带安全带。但是，安全带的长度是不能随意增长的，每个卷收器本身的容量都是有限的，不同的供应商的、不同型号的卷收器都会有所不同，因此，当遇到车型需要长距离滑动的座椅（如S22第二排座椅）时，就需要与供应商讨论卷收器的容量是否足够大，当座椅滑到离安全带最近时，如容量不够大，安全带将无法收回剩余的部分。这时就要选择适当的卷收器，并加长织带，如果织带不加长的话，当座椅滑到最前部时，乘员将不能很舒服甚至无法佩带安全带。

一般安全带尺寸标注方式如图4-12（此处仅以S12左前安全带为例为例）2.2.2安全带的重量参数及成本控制

一般安全带供应商都有现成的成熟的卷收器产品,这些产品一般都是优化过的,重量都已经很轻，我们在做新车设计的时候,最好直接选用这些产品，而不是借用现有的某些车型的安全带，因为我们现有的很多车型的卷收器都是在供应商的原始产品的基础上增加了支架和其它固定辅助结构，这使得安全带的重量增加。如下图4-13中为现在的B11，S12的预紧式安全带卷收器；图4-14是供应商的原始卷收器，图4-15为供应商为适应我们的车型要求而加的转接板；因为供应商在设计安全带卷收器产品时已经考虑重量及成本方面的因素，

图4-12

所图以4-14中的卷收器是最优化的，加上图4-15中的转接板，重量及成本都有所增加，所以我们在设计新车型的时候，尽量采用供应商的原始卷收器进行布置设计，这样既能减轻重量也能节约成本。

图4-13图4-14图4-15

下表为我公司目前S系列车型几款车的安全带供货零件的重量清单，为保证整车经济性与成本的要求，需要在设计初期就要考虑安全带的重量。

2.2.3安全带的其他参数

安全带其他参数包括：锁扣插件，电器参数等，下面以S12预紧安全带为例对相关参数进行介绍。

S12P/T预张紧安全带参数

序

号项目要求宏奥实际达到的要求

1预拉长度above70mm80mm

2预拉力above 4.0KN无此项目

3预紧时间above8msec符合

4织带延伸率12%12%（按TL-VW470）

5电阻2±0.5Ω 2.15±0.3Ω

6限力值 3.5±0.3KN 4.5KN

7起爆电流无要求>800mA

8锁扣插件型号AMP191972712AMP191972712

2.3环境条件

安全带需要在一定的环境条件使用，一般车内使用安全带环境需要根据销售市场的区域不同而定。

但按照目前常规设计要求为安全带总成要满足在相对湿度为：15％～90％，温度为：-40°～100°的条件下，一定时间其性能不会受到较大影响（具体可参考XX标准SQR.04.139）。

2.4设计基本限制因素

2.4.1总成装配设计

安全带为关键件，直接影响乘员的安全，因此，安装时应该严格按照装配调整说明操作，一般安全带的固定点螺栓为7/16〞-20UNF-2A，力矩为50±5N.M，为了安装方便,我们要求螺栓头的对边值统一为17mm或者14mm(请在设计的时候与规划设计院确认与哪个车型共线,这样就必须与这个车型使用对边值相同的螺栓)。装配时应保护好安全带各部件不被损伤。否则很小的损伤也有可能造成整个安全带的隐患。

2.4.2卷收器装配设计

安全带在总装装配的时候按照安装顺序,首先是安装卷收器,设计时要首先定义好采用什么安装方式,一般为了设计简单,我们尽量采用结构简单的设计方式,即采用原始的卷收器,一个定位结构,一个安装螺栓,如图4-16所示。但有时候侧围力矩空间的原因,无法直接采用原始的卷收器结构,我们就需要采用转接板结构与车身连接,那么该卷收器上还有一个十字槽盘头螺钉（Q2140612，紧固力矩为3±0.5N.m）作为定位，如图4-17所示：

图4-16图4-17

2.4.3影响装配位置和一些部件定位的因素

影响装配位置的因素一般为安装固定点，如：要求后排中间安全带、双头扣环在地板上的固定点处的钣金上的凸台设计为限位装置（如图4-18），以便限制

装配时固定端片的转动。

图4-18

导向片通常是为了避免织带在护板内过长而与护板或钣金干涉而设计的，故此一般设计在上护板与下护板中间的位置，为了便于装配，将两个固定孔中的其中之一作为定位基准，将另外一个固定孔做成腰型孔，使用的紧固件为十字槽盘头螺钉（Q2140612，紧固力矩为3±0.5N.m）,如图4-19所示。在选择该导向片时可根据钣金与护板的周边边界的情况选择不同角度(安装面与织带导向面之间的夹角)的导向片。

防止安全带固定片

转动的限位凸台

图4-19

2.4.4其他限制因素等

由于侧围钣金与护板之间的间隙有限，卷收器的外形尺寸需要控制在可以安装且不与护板及立柱干涉的范围内,必要时将护板做成局部凸台结构

2.5零部件设计

2.5.1卷收器的设计

2.5.1.1卷收器的装配模式

卷收器为安全带的核心部件，但其装配工艺相对并不复杂，仅将织带通过膨胀销固定在卷轴上，并且将安装螺栓通过纸垫圈固定在安装孔上即可完成卷收器的装配。

2.5.1.2影响装配位置和一些部件定位的因素

卷收器的定位方式见2.4.1

2.5.1.3装配后工作能力的分析

卷收器装配后需要检测其拉出的舒畅程度及拉出力，故此，需要对安装角度和卷簧的卷收力进行定义。目前，安全带常见能够实现的安装角度一般为±（20°±3°），卷收器卷簧的材料碳钢（一般为80#），卷簧厚度一般从0.18mm到0.25mm 不等（根据不同的卷收器而定），公差控制在：±0.006mm；宽度一般从6mm到10mm之间。

2.5.2织带

2.5.2.1织带的装配模式

织带是连接整个安全带总成的纽带，装配时还要有一定的装配顺序，因为导

向片、导向环及插锁在织带上的位置都是有一定顺序的，一旦安装错误，将无法将安全带总成装配到整车上去。其顺序如图4-20所示。另外织带是通过缝制固定在安全带总成上的。

图4-20

2.5.2.2该部件材料

织带材料一般由多用尼龙、聚脂、维尼纶等合成纤维原丝编织而成。2.5.2.3装配后工作能力的分析

织带装配后一般需要进行拉出回收试验，以验证其功能的可实现性。

2.5.2.4织带的限位设计

一般设计安全带时，需要将织带预留出卷收器一段距离，一般为（50～60）mm，而此段距离是通过子母扣将其限位的。

2.5.2.5织带的延伸率的设计

织带延伸率的设计需要根据整车性能而进行，由于织带延伸率越大成本越低，而延伸率过高会影响整车的安全性能，目前我公司织带延伸率以12％为基准延伸率，上下进行浮动,微型车三点式安全带基本上是6~9%,两点式是11~14%,一般我们安全带会与气囊一起做匹配试验最终定义织带的延伸率,如S12车型预紧的延伸率为12%,普通安全带为6~9%。

2.5.3导向片

2.5.

3.1该零件和该部件的装配模式

导向片的装配需要考虑其装配顺序，参考2.5.2.1。

2.5.

3.2该部件材料

根据安全带的布置不同，导向片材料也有不同的选择，若织带在立柱护板内没有过大的变形或与立柱护板间隙较大，则导向片一般不需要承受过大的拉力，可以使用塑料材料（如POM、PP等），以降低成本；反之，需要使用强度较高的钢材（如20#、35#、45#等）。

2.5.

3.3尺寸要求

为保证织带在导向片中可以顺利的拉动，导向片的开口需要留有一定的余地，可参考图4-21，其余导向片尺寸设计要求详见2.4.1，

图4-21

2.5.4导向环

2.5.4.1该零件和该部件的装配模式

导向环的装配需要考虑其装配顺序，参考2.5.2.1。

2.5.4.2该部件材料

考虑到导向环需要与织带之间经常发生摩擦，需选用耐磨且有一定润滑性能的材料（如POM等），并做喷涂处理。

2.5.4.3尺寸要求

导向环的设计同导向片一样，需要考虑织带拉动的顺畅性能（如下图），另外，有高度调节功能的安全带，还需要对其调节螺栓进行详细设计，而且需要考

虑调节按钮的人机工程，保证人手使用舒适性。同时要在织带拉出的开口处设计一定倒角。

2.5.4.4其他要求

导向环分为隐藏式和外露式两种，我公司在开发M11以前的导向环都为外露式，现考虑内部凸出物的要求，一般需要将导向环做成隐藏式。图4-22为外露式与隐藏式导向环的区别：

S12外露式导向环M11隐藏式导向环

S12外露式导向环M11隐藏式导向环

图4-22

2.5.5锁舌

2.5.5.1该零件和该部件的装配模式

锁舌的装配需要考虑其装配顺序，参考2.5.2.1。

2.5.5.2该部件材料及装配要求

锁舌材料通常为45#，经喷涂处理。

2.5.5.3尺寸要求

锁舌一般为沿用件，在此不做详细描述。

2.5.6锁扣

2.5.6.1该零件和该部件的装配模式

前排锁扣通常需要安装在前排座椅上，与座椅总成供货，可以提高装配效率，但需要考虑线束的固定。可以考虑在座椅骨架上设计出线束固定孔。双头扣环的装配需要考虑定位片的限位，详见2.4.2。

2.5.6.2该部件材料及装配要求

锁扣可以参考附件三（安全带材料清单）。

2.5.6.3尺寸要求

锁扣属于沿用件，在此不做详细描述，锁扣支架需根据座椅及空间位置进行设计，锁扣一般需高出座椅坐垫（具体需要根据人机工程进行分析）。为了防错，有时需要对锁扣进行特殊结构或颜色的设计，详见2.1.5（防错措施）。

★锁扣支架的分类(如图4-23)：

图4-23

2.5.6.4法规要求(GB14166)

(1)根据GB14166标准中4.2.2.1：无论带扣与佩戴着身体的哪个部位接触，在

距接触面不超过2.5mm出的接触区面积不得小于2000mm2，宽度不得小于46mm。对于全背带式安全带带扣部分，如果带扣同佩戴者身体的接触区域在2000mm2～4000mm2之间，则认为满足要求。该条标准是规定了锁扣的宽度以