織帶損傷導(dǎo)致汽車安全帶功能失效的臨界條件研究

趙二峰 曾燕娜 楊鋒 李平 韋曉晶

摘要：汽車安全帶織帶在磨損狀態(tài)下，經(jīng)碰撞或其它受力可能會(huì)導(dǎo)致安全帶功能失效。本文通過(guò)對(duì)織帶進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，研究其磨損導(dǎo)致安全帶總成使用功能失效的臨界條件。以GB14166-2013、GB14167-2013法規(guī)中要求的織帶靜態(tài)強(qiáng)度試驗(yàn)、安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)則，對(duì)人為割裂破壞的織帶樣件和安全帶零件進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果顯示當(dāng)割裂發(fā)生在織帶的非邊緣區(qū)域且橫向割裂小于7mm時(shí)，織帶承載力仍能滿足法規(guī)試驗(yàn)的載荷要求，不會(huì)發(fā)生斷裂失效。割裂寬度大于7mm或邊緣割裂時(shí)，撕裂會(huì)持續(xù)惡化而無(wú)法通過(guò)法規(guī)要求的載荷試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：汽車安全帶；織帶；損傷；橫向撕裂

中圖分類號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.22.099

1引言

在汽車被動(dòng)安全系統(tǒng)中，安全帶對(duì)乘員的保護(hù)是最基礎(chǔ)的一個(gè)環(huán)節(jié)，所有的氣囊、氣簾、預(yù)緊器等都是在安全帶發(fā)揮正常保護(hù)作用維持乘員坐姿和緩沖的基礎(chǔ)上進(jìn)行標(biāo)定的，安全帶失去功能時(shí)，其它被動(dòng)約束系統(tǒng)的保護(hù)作用將變的極其有限，甚至?xí)驗(yàn)榻嚯x的氣囊起爆導(dǎo)致更嚴(yán)重的傷害。

通過(guò)對(duì)碰撞實(shí)例和安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)失效案例的分析，發(fā)現(xiàn)織帶橫向撕裂導(dǎo)致的安全帶織帶拉斷在汽車安全帶的失效模式中占比較高，但目前并無(wú)織帶損傷程度導(dǎo)致安全帶功能失效的臨界參考值。

本文以織帶靜態(tài)拉力試驗(yàn)和安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)的形式對(duì)安全帶織帶強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證對(duì)象為已進(jìn)行人為破壞的安全帶織帶。通過(guò)試驗(yàn)，驗(yàn)證不同割裂程度下，安全帶是否還能承滿足國(guó)標(biāo)法規(guī)的載荷要求。并測(cè)試處不滿足法規(guī)載荷要求的割裂寬度臨界條件。

試驗(yàn)主要參考標(biāo)準(zhǔn)： GB14167-2013織帶靜態(tài)試驗(yàn)（按照15倍國(guó)標(biāo)要求驗(yàn)證：147kN）；GB14167安全帶固定點(diǎn)拉力試驗(yàn)（135kN）。

2故障模式分析及臨界條件確定

汽車安全帶織帶走向往往與座椅外側(cè)護(hù)板、內(nèi)飾板、座椅骨架車內(nèi)堅(jiān)硬部件等干涉存在運(yùn)動(dòng)，在使用拉出和回收的過(guò)程中，存在被割裂或磨損的安全隱患，織帶易受損傷。

由于織物特有的性能，安全帶織帶拉伸強(qiáng)度存在較大的各向異性，在經(jīng)線方向（織帶長(zhǎng)度方向）的拉伸強(qiáng)度可達(dá)25kN～28kN，在緯線方向（織帶寬度方向）強(qiáng)度較低，且易發(fā)生應(yīng)力集中產(chǎn)生撕裂。

在正常的碰撞試驗(yàn)中（64km/h正面碰撞），配置了限力軸的安全帶織帶受力一般在8kN以內(nèi)，正常的普通安全帶織帶受力一般不會(huì)超過(guò)10kN，在GB14167-2013中，固定點(diǎn)試驗(yàn)要求的受力極限為135kN，相較于汽車用安全帶織帶的拉伸強(qiáng)度25KN～28KN，有較大余量，一般不會(huì)發(fā)生織帶拉斷的狀況。

然而，在碰撞實(shí)例和固定點(diǎn)試驗(yàn)中，當(dāng)織帶的損傷達(dá)到臨界條件時(shí)，織帶拉斷導(dǎo)致的安全帶失效卻頻繁出現(xiàn)。通過(guò)人為割裂織帶模擬織帶損傷，通過(guò)對(duì)不同程度損傷的織帶進(jìn)行靜態(tài)強(qiáng)度測(cè)試和固定點(diǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)推測(cè)出織帶斷裂導(dǎo)致安全帶功能失效的臨界條件。

3試驗(yàn)方案設(shè)定

3.1試驗(yàn)1測(cè)試方法

按照GB14166-2013織帶的斷裂強(qiáng)度試驗(yàn)（靜態(tài)試驗(yàn)）的要求進(jìn)行試驗(yàn)，具體步驟如下：

（1）織帶預(yù)處理（光照處理、低溫處理、高溫處理、浸水處理、磨損處理）；

（2）使用美工刀在織帶上沿寬度方向裁切出6種不同長(zhǎng)度的缺口；

（3）織帶兩端夾持在拉力試驗(yàn)機(jī)夾具之間，加載速度大約為100mm/min，試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，自由長(zhǎng)度應(yīng)為200mm±40mm；

（4）當(dāng)載荷達(dá)到98kN時(shí)，應(yīng)在不停機(jī)的情況下測(cè)量織帶寬度。（滿足國(guó)標(biāo)要求）

（5）繼續(xù)增加載荷值，直至織帶拉斷，記錄斷裂載荷值F（F參考值取15倍設(shè)計(jì)余量，將F>147kN的狀態(tài)進(jìn)行如下第二階段試驗(yàn)）。

3.2試驗(yàn)2驗(yàn)證方法

將試驗(yàn)1中通過(guò)靜態(tài)強(qiáng)度測(cè)試（F>147kN拉斷）的樣品割裂寬度重現(xiàn)在安全帶總成零件上，在下固定點(diǎn)端織帶進(jìn)行對(duì)應(yīng)寬度的割裂，進(jìn)行GB 14167-2013標(biāo)準(zhǔn)的固定點(diǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證。

試驗(yàn)以某SUV第二排左側(cè)安全帶固定點(diǎn)的坐標(biāo)為基礎(chǔ)，制作工裝，按照GB14167-2013安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)條件進(jìn)行135kN載荷的固定點(diǎn)拉力試驗(yàn)。

3.3試驗(yàn)判定依據(jù)

試驗(yàn)1中織帶拉斷力值F>147kN，再對(duì)安全帶總成進(jìn)行試驗(yàn)2的固定點(diǎn)試驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)兩項(xiàng)試驗(yàn)，判定樣品滿足使用功能。

未通過(guò)試驗(yàn)，判定不滿足使用功能。

4試驗(yàn)過(guò)程

4.1試驗(yàn)1：織帶靜態(tài)強(qiáng)度測(cè)試

取樣方法：以某SUV后排安全帶的7條紋織帶為原料，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，進(jìn)行6種不同程度的認(rèn)為破壞：

從外側(cè)第二條紋和第三條紋的交界處開(kāi)始，第一批樣件破壞半個(gè)條紋寬度，第二批樣件破壞一個(gè)條紋寬度，逐級(jí)增加半條紋寬度的破壞，直至破壞3個(gè)條紋寬度，形成6批次樣件（見(jiàn)下示意圖），每批次取樣3件，合計(jì)18件試驗(yàn)樣件。如圖1所示，對(duì)試驗(yàn)樣件登記，編號(hào)為1-1、1-2、1-3、2-1、…、6-3，依據(jù)按照21試驗(yàn)方法進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試。對(duì)每個(gè)樣件試驗(yàn)輸出時(shí)間-力曲線，對(duì)每個(gè)樣件試驗(yàn)進(jìn)行視頻錄像記錄，鏡頭正面對(duì)準(zhǔn)破損位置，可全程全面觀察破壞過(guò)程。

按照31中試驗(yàn)方法將試驗(yàn)樣件夾持在如圖2所示的萬(wàn)能拉力機(jī)上，進(jìn)行織帶強(qiáng)度測(cè)試，實(shí)測(cè)值如表1所示。

4.2試驗(yàn)2：安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)

對(duì)3.1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析如圖3所示，判定第1組和第2組的樣品的承載力大于147kN的要求，通過(guò)實(shí)驗(yàn)1，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)2的驗(yàn)證。

因第2組割裂程度大于第1組，因此選取第二組的狀態(tài)（割裂7mm）對(duì)安全帶總成零件進(jìn)行人為破壞，在下固定點(diǎn)端織帶割裂出和第二組樣件一致的7mm的缺口。按照22中固定點(diǎn)試驗(yàn)的方法對(duì)人為破壞后的安全帶進(jìn)行固定點(diǎn)試驗(yàn)，驗(yàn)證結(jié)果如圖4：

按照GB 14167-2013的標(biāo)準(zhǔn)，該安全帶樣品滿足固定點(diǎn)試驗(yàn)的要求。

5結(jié)果

試驗(yàn)1和試驗(yàn)2的結(jié)果顯示，第1組和第2組樣品滿足法規(guī)要求的織帶強(qiáng)度及安全帶性能要求；第3組到第6組樣品不滿足法規(guī)要求。即：當(dāng)割裂缺口小于7mm時(shí)，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)1和試驗(yàn)2；當(dāng)缺口長(zhǎng)度大于7mm時(shí)，試驗(yàn)失敗。

6結(jié)論

（1）安全帶織帶在磨損或割裂嚴(yán)重的情況下，橫向撕裂最終會(huì)導(dǎo)致安全帶失效。

（2）拉力試驗(yàn)結(jié)果與理論推斷一致，并得出如下實(shí)際參考結(jié)論：

a）當(dāng)織帶破損發(fā)生在邊緣區(qū)域時(shí)，拉力試驗(yàn)中破損口會(huì)引起較大的應(yīng)力集中，直接導(dǎo)致織帶橫向撕裂斷開(kāi)失效。

b）當(dāng)織帶破損發(fā)生在非邊緣區(qū)域，破損長(zhǎng)度在7mm（包含7mm）以內(nèi)時(shí)，可通過(guò)15倍的靜態(tài)強(qiáng)度試驗(yàn)、安全帶固定點(diǎn)試驗(yàn)，滿足法規(guī)試驗(yàn)要求的載荷。

c）當(dāng)織帶破損發(fā)生在非邊緣區(qū)域時(shí)，破損長(zhǎng)度在7mm以上時(shí)，無(wú)法通過(guò)15倍的靜態(tài)強(qiáng)度試驗(yàn)，會(huì)導(dǎo)致安全帶總成因撕裂而失去保護(hù)功能。

參考文獻(xiàn)

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