乘用車安全帶舒適性虛擬評價研究

文/周 俠 皮士華 吳雪珍

當前，在乘用車領域，無論是高端車型還是中低端車型，合資品牌車還是國產車，前排安全帶均存在無高度調節功能的現象。由于安全帶高度與人體佩戴舒適性有關聯，眾多用戶抱怨的情況由此而生。

乘用車是指包括駕駛員座位在內，座位數不超過9座的載客車輛。[1]安全帶是乘用車標配的安全配置，涉及的國內外標準主要有《汽車安全帶安裝固定點、ISOFIX固定點系統及上拉帶固定點》（GB 14167-2013）、《汽車座椅安全帶鎖扣》（ECE R14）和《汽車安全帶固定裝置 設計建議》（SAE J383-2022）等。這些標準對安全帶固定點、性能和試驗等方面提出了規范要求，但目前尚未涉及安全帶舒適性要求。因此，為了進一步提升用戶滿意度，以滿足用戶舒適度的需求，本文展開安全帶相關的舒適性設計、虛擬評價方法等標準的研究。

一、評價安全帶舒適性的標準

乘員在佩戴安全帶時，安全帶主要與乘員的頸、肩、軀干和腹等部位接觸，用于緊急情況下迅速限制人體位移，從而起到保護駕乘人員安全、減少傷害的作用。大量調研發現，安全帶的不舒適感主要體現在安全帶緊勒頸部或易從肩部滑落等方面。安全帶舒適性與不同的人體大小有強相關性，據《中國成年人人體尺寸》（GB/T 10000-2023），只有當5%、50%和95%人體（5%人體為女性，50%、95%人體為男性）[2]佩戴的安全帶與頸部/肩部距離都≥10 mm時（通過大量項目經驗總結，得出該數值），可認為勒頸部/滑肩風險較低，安全帶佩戴舒適性可接受（見表1）。

表1 安全帶舒適性評價標準 單位：mm

5%人體校核時，將座椅R點調整至①點、②點2個位置（見圖1）；50%人體校核時，將座椅R點調整至③點、④點、⑤點3個位置；95%人體校核時，將座椅R點調整至⑥點、⑦點2個位置，至少需要校核上述7個位置的人體。其中，⑥點為95%人體H點（H點是指模擬人體臀部點或臀部鉸接點）[3]位置，⑦點為⑥點沿人體舒適性曲線調到下極限的位置；④點為50%人體H點位置，③點、⑤點分別為④點沿人體舒適性曲線調整到上、下極限的位置；②點為5%人體H點位置，①點為②點沿人體舒適性曲線調整到上極限的位置。

圖1 座椅參考（R）點位置

二、安全帶上固定點和人體H點相對位置與舒適性的關系

依據《H點和R點確定程序》（GB/T 29120-2012），安全帶上固定點和人體H點在X、Y和Z方向上的相對距離，直接影響安全帶的舒適性。具體來說，H點在X方向上遠離安全帶上固定點時（即人體往車前方向移動），勒頸部的風險上升，滑肩的風險則降低；H點在Y方向上遠離安全帶上固定點時（即人體往車內方向移動），勒頸部的風險降低，滑肩的風險則上升；H點在Z方向上遠離安全帶上固定點時（即人體往下移動），勒頸部的風險上升，滑肩的風險則降低（見圖2）。

圖2 安全帶上固定點和人體H點相對位置與舒適性的關系

三、基于RAMSIS軟件的安全帶舒適性虛擬評價方法

目前，在新能源乘用車設計領域，RAMSIS軟件在人機工程分析方面使用較為廣泛。該軟件由某公司研發，本文將通過以下的RAMSIS軟件應用來闡述安全帶舒適性虛擬評價方法。

1.基于RAMSIS軟件的安全帶舒適性仿真方法

檢測人員使用RAMSIS軟件，設置好人體正常坐姿，上擊模塊（Modules）、安全帶分析（Belt analysis）、人體模型（Manikin）、定義（Definition）和預處置（Define）等功能按鈕后，可進行安全帶參數的設置，如安全帶固定點鎖扣的長度、鎖扣旋轉軸、鎖扣和旋轉軸的偏移量、鎖扣旋轉的角度等（見圖3、圖4、圖5）。

圖3 安全帶上點參數設置

圖4 安全帶內側下點參數設置

圖5 安全帶外側下點參數設置

安全帶參數定義完成后，檢測人員可返回Definition菜單，點擊模擬（Simulation），然后點擊計算（Calculate）進行仿真，即可生成人體位于某一座椅位置時的仿真結果（見圖6、圖7）。該仿真方法同樣可以應用于后排乘員安全帶舒適性的校核。

圖6 仿真結果（安全帶及與人體相對關系參數）

圖7 仿真結果（安全帶與人體實體數據）

2.基于RAMSIS軟件仿真結果的安全帶舒適性評價

根據以上RAMSIS軟件生成的仿真結果，檢測人員通過測量人體肩頸部特征線與安全帶的距離，來評價安全帶舒適性的好壞（見圖8）。圖8顯示，5%、50%人體安全帶與頸部與肩部邊緣距離都≥10 mm，滿足舒適性要求；95%人體安全帶與頸部邊緣距離≥10 mm，滿足舒適性要求，但是安全帶與肩部邊緣距離為負數，即安全帶出現滑肩現象，不滿足舒適性要求，需要對安全帶方案進行優化設計。

圖8 5%、50%、95%人體在設計R點位置時安全帶舒適性評價仿真結果

3.實車主觀評價

實車階段評價人員可通過樣件或者樣車驗證安全帶舒適性，實車驗證是評價安全帶舒適性最可靠的方式。本次實車驗證組織了71人進行主觀評價，評價結果見表2、表3。評價結果表明，體型較大的人體較易出現滑肩現象，與仿真結果一致。另外，出現了兩例中等體型人體（身高分別為162 cm、164 cm）頸部與安全帶距離較小從而引起抱怨的情況，可能由于人體尺寸差異、坐姿和個體感受不同所導致，屬于小概率事件，可以在評價結果中剔除。

表2 樣本情況信息

表3 某車型抱怨信息

四、 結 語

本文基于國內外相關標準與現狀的研究發現，安全帶上固定點和人體H點在X、Y、Z這3個方向上的相對距離，直接影響安全帶的舒適性；提出評價乘用車座椅安全帶舒適性的標準，即人體佩戴的安全帶與頸部/肩部距離都≥10 mm時，可認為勒頸部/滑肩風險較低。本文建議，基于RAMSIS軟件的安全帶舒適性虛擬評價方法，對安全帶設計方案進行虛擬評價。希望本研究能對相關企業乘用車安全帶系統設計、相關標準制修訂提供一些參考。