乘员保护与安全气囊、安全带和座椅的配合

1.汽车内部空间

除典型的汽车安全带拉回系统外，对汽车内部的整个空间有一些专门要求，如在可能碰撞的凸出范围（用直径为165mm的球检验），构件半径（按位置）不应小于2.5～3.2mm。

新版FMVSS 201法规要求在交通事故中乘员与有凸出形状的车内空间很多碰撞部位的加速度不超过规定值，特别的重点是在转向柱的转向盘上要配备安全气囊。安全气囊、安全带和座椅的相互配合是保护乘员的基本要素。这样，在发生碰撞时带转向盘的转向柱就不会过多地深入车内空间。虽然FMVSS 208提高了抗碰撞的技术准则，在汽车约以50km/h速度碰撞时仍限制转向盘中心在水平和垂直方向深入车内空间。定义的转向机构运动允许转向柱有一个微小移动。在“线控转向”时在转向盘中安装安全气囊（特别是采用控制手柄的转向）是不安全的。有关安全转向的基本情况见参考文献[22，23]。

同样，在前碰撞时踏板机构不应太多地深入车内空间和碎裂成锐边。

车内的其他凸出构件需要直接或间接的安全处理。特别是车门内侧对乘员的侧面保护有重要作用，见6.4.4小节。

2.乘员拉回系统

有各种保护乘员的拉回系统，如安全带和儿童安全带拉回系统就是很好的例子。还有一些安全装置在发生交通事故时可以自动激活而不需乘员做有关的事情，如安全带行程限制装置、安全带张紧器、安全气囊。

现代安全带系统，特别是与安全气囊组合的安全带系统，对抗碰撞特别有效，能很好地保护乘员。

要达到安全带拉回系统的高品质和效果就是要相互调整系统内的各个部件，即只有汽车结构、转向盘运动、座椅性能、车内配置、安全带特性、安全气囊性能各个方面的完美配合才能达到最佳的乘员保护效果。

（1）安全带 在世界范围内采用自动卷绕式3点安全带。在这期间使用的3点式安全带通常安装在座椅外面和在5人乘用车上的后排中间座椅上。在可调座椅上安全带锁（锁止件）直接固定在座椅上，安全带外侧在B柱和C柱上。

法规对安全带固定点有精确的规定（图6.5-16）。在大多数汽车上固定安全带的外部的上面点是可调的。安全带的位置对乘员的舒适性感觉和保护作用为大家公认。

在发生交通事故时，为闭锁安全带，有两个相互独立的机械系统。一个系统是利用汽车的加速度或减速度（摆动原理），在大于0.4g的加速度脉冲时触发闭锁装置。第二个闭锁装置反应安全带拉出的加速度，在高于设定的加速度时闭锁，即在安全带拉出的加速度大于1g、拉出长度在50mm以内时又进入闭锁状态。

图6.5-16 法规规定的上部安全带固定点的几何位置

为优化安全带和汽车结构的相互作用，涉及一系列子系统，如安全带夹子（安全带行程限制器）、机械或爆燃式拉紧器。这些子系统的作用如下：

安全带夹子起作用是在安全带超过自动卷动长度而被夹紧时刻，以后自动锁住，从而阻止剩余长度的安全带收到安全带收紧轮上，并根据座椅位置状况再松开安全带长度达10cm。

在还很少安装的机械式安全带拉紧器上，在减速度超过阈值后松开弹簧，在约10ms时间内弹簧力将安全带预紧。

在爆燃式安全带拉紧器上，与交通事故严重程度有关，在减速度超过阈值后，由传感技术装置控制拉紧安全。在汽车以50km/h速度与固定墙前碰撞时，在20ms时间内安全带被1000N的力拉紧。在触发脉冲后，固定在爆燃装置动作活塞上的拉索拉回，使卷绕的安全带与拉出方向相反而卷回。安全带力限制装置的最新方案见图6.5-17。在安全带拉紧后，如果大的拉紧力持续时间过长，则可利用爆燃装置将大的拉紧力转换到小的拉紧力上^[24]。

到底采用什么样的安全带附加装置，取决于交通事故过程中各个部件的相互配合：汽车变形特性、座椅、乘员拉回系统和车内空间布置。

安全带布置对乘员舒适性同样是一个重要因素。在座椅上合理安排安全带锁（锁止件）和安全带高度调节已证明是很有效的。保证安全带不松动的措施是采用安全带自动器，以优化回位力、保证流畅地卷绕安全带以及在作用范围不会出现过大的力。有时在每条安全带上提供两个自动装置，使拉出的力较小。

图6.5-17 不同大小的力的自动安全带^[24]

（2）儿童安全带拉回系统　没有适合所有儿童年龄阶段和成长阶段的单一的儿童安全带拉回系统。在设计儿童安全带拉回系统时特别要考虑与成人不同的、在生长过程中的儿童质量分布。

一些生产厂家提供用于汽车的、优化设计的座椅。图6.5-18是欧盟对儿童座椅安全带拉回系统要求的概况^[25]。图6.5-19是顶部系绳锚（Top Tether Anchorage）的、ISOFIX固定的儿童座椅^[26]。期望目前的儿童座椅系统能成为国际标准。在汽车上安装儿童座椅有两种不同的方向：朝汽车后部和朝汽车行驶方向。在回位座椅系统中，儿童坐在汽车行驶方向对面，这种系统特别为婴儿和幼儿推荐，因为这种坐姿可特别降低在前碰撞时颈椎严重受伤的危险。正好是这个年龄段，与成长的颈部肌肉相比，他们的头部太重。因此，在带有前排乘员安全气囊的汽车上，如在该处安装儿童座椅时要减活安全气囊。年龄较大点的儿童，随着颈部肌肉的成长，不考虑在汽车行驶方向安装儿童座椅。(www.xing528.com)

（3）安全气囊系统　安全气囊也有各种款式，这源于美国的立法。

美国提出“被动限制”不是完全愉快的意见后，在安全气囊用户方面出现了下降的势头而转向安全带。但这恰是一个真正的安全预防思路。安全气囊应该、且可以是安全带的补充。不同的乘员运动学、系或未系安全带，则要求不同的安全气囊系统，并要将安全气囊系统与安全带拉回系统一起调整在最佳状态。

图6.5-18 儿童安全带拉回系统概况^[25]

图6.5-19 固定儿童座椅^[26]

3点式安全带系统在汽车前碰撞时乘员首先相对汽车向前运动直至安全带闭锁。此后乘员减速地继续向前运动。带有垂直力的骨盆安全带使这种相对向前的运动向下。在碰撞结束阶段产生较强的前后点头运动，而附加的驾驶人和前排乘员安全气囊系统则可明显地降低前后点头运动。

安全气囊系统是一个紧凑的部件。一个或多个传感器检测减速度—时间变化历程，也即检测事故的严重程度。如果传感器触发，在爆燃装置容器中的点火器激活而点燃爆燃材料，爆燃材料产生的燃烧气将安全气囊充满。在汽车以50km/h速度与固定墙碰撞时传感器触发时间可达30ms，接着使安全气囊鼓起（充气）的时间约为25ms。安全气囊的内压（指示压力）约为1.8～2.2bar。图6.5-20是汽车在前碰撞时驾驶人侧和前排乘员侧安全气囊、3点式安全带拉回系统瞬时工作过程和保护作用。

在安全带使用份额较小的一些国家，如美国，必须达到没有安全带系统的乘员的允许载荷值（在碰撞时）。这要求在仪表板下面有一个相应的提高安全性的设计，如配置吸能的膝盖反护垫，它的作用像汽车上的被动安全带。

在将安全气囊作为唯一的拉回系统设计时，传感器系统必须精确工作。在与汽车纵轴成倾斜碰撞（-30°～+30°）时还应可靠触发。安全气囊系统的设计应能单独承担“拉回”乘员的全部功能。这时驾驶人安全气囊容积约为80L，前排乘员安全气囊容积约为150L。调整安全气囊不只针对50%男人，还必须考虑身材不高的（特殊情况是站在仪表板前的儿童）和身材高大又重的乘员。安全气囊中的开口是为控制力—升程特殊性。快速张开安全气囊也会发生很少量的乘员死亡。基于这一理由，要根据交通事故状况和乘员身材及座椅位置激活安全气囊和改变安全气囊充气压力—时间的变化过程。

图6.5-20 在前碰撞时安全气囊、3点式安全带拉回系统瞬时工作过程和保护作用

在使用安全气囊初始阶段，在美国有100多人受伤而死亡^[28]。为此要求完全修订有关安全气囊法规，以考虑如“位置在偏离（out of position）”和乘员不同的身材、重量。表6.5-3为对安全气囊系统的试验要求，FMVSS208。

表6.5-3 对安全气囊系统的试验要求，FMVSS208

（续）

在美国，对汽车上的“先进安全气囊的要求分两步走”（第一步到2007年，第二步到2009年）。第二步是提高系安全带乘员在汽车对障碍物前碰撞时的碰撞速度从48km/h提高到56km/h。

在这期间，对其他的座椅位置和防止其他的交通事故，如后排乘员和侧向碰撞保护，也采用安全气囊。在侧向碰撞时识别严重的交通事故特别困难。识别交通事故和给安全气囊充气的时间必须非常短，因为乘员在50km/h侧向碰撞时约在25ms后已与车门侧面接触。为从侧面保护乘员，首先在侧面要有安全气囊，它可以保护乘员的胸部和骨盆部位。在很多汽车上，在汽车前、后排两侧面扩大了头部安全气囊，见图6.5-27。这种安全气囊再加上相应的传感技术也可在汽车翻滚的交通事故中保护乘员，以减少头部伤害。

（4）座椅、座椅靠背和头枕 在改善汽车在前碰撞和侧碰撞时的乘员保护的同时，也不断聚焦在抗汽车后（尾）碰撞和完善头枕功能上。颈椎受伤的治疗常是漫长的过程。为此制定了改善安全性的新方案。如沃尔沃，靠背与乘员的上身平行地向后运动；或萨伯，（图6.5-21）在后碰撞时头枕向上并同时向靠近头部方向移动。

图6.5-21 在后碰撞时头枕向上、向前运动（萨伯）