汽车安全带自紧装置研制.docx

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汽车安全带自紧装置研制

杭州科技职业技术学院

毕业设计任务书

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汽车安全带自紧装置研制

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要

求

一、设计的技术要求（或论文的主要内容）：

近年来预紧式安全带广泛应用于汽车，它通过使用预紧装置，当汽车碰撞的时刻，驾驶者尚未向前移动时，预紧器立即将安全带收紧和消除放松量，消除安全带蜿蜒的间隙和佩戴间隙，消除影响空行程的约束，迅速把驾驶员的有效地约束在座位上，防止驾驶者的身体向前，有效地保护驾驶员的安全，驾驶员约束性能得到提高。

本文提出了安全带预紧器新离合器机制，应用该装置开发的一种新型的预紧式汽车安全带,利用ADAMS软件仿真研究和和MADYMO驾驶员约束保护效率，并用物理样机试验来验证其部分的性能。

二、实施操作的技能要求：

设计的方案合理可行，在某些方面应有独到的见解和创新，收集信息丰富，处理信息能力强。

正确地综合运用本专业的基本知识和技能，熟练掌握计算方法，计算结果准确，能较好地联系生产实际，有较好的应用价值。

在整个设计中有组织、管理、施工的能力。

三、时间安排与要求：

2012.10.1-10.26：

学生查阅资料，与指导教师商议，确定选题；学生撰写开题报告，由指导教师组织开题；

2012.10.27-12.23：

撰写论文；

2012.12.24：

定稿；

2012.12.28：

论文答辩。

教研室

审批意见

教研室主任（签字）

年月日

系部

审批意见

分管系主任（签字）

年月日

指导教师（签字）

年月日

汽车安全带自紧装置研制

【摘要】汽车安全带自动预紧装置目前是国外广泛使用的安全带新技术，主要用于车辆碰撞时,机组人员不能前进,快速复卷安全带，为了消除由于驾驶员服装等因素的安全带放松量,立即约束驾驶员身体，所以，安全带系统有效地利用有限的空间，在车辆碰撞时快速吸收驾驶员的动能，减少车辆碰撞船员的损害。

安全带预紧装置通常和安全气囊式是一起的，机械预紧装置安装在大多数设计安全带扣的地方。

当传感器车辆碰撞信号发出时，引发机械驱动传动皮带扣向后移动，直到安全带达到消除放松量为止。

本文研究一种安全带预紧器的核心部分，应用该装置成为一种新型的预紧式汽车安全带,并介绍了其结构、工作原理和性能。

安全带的建立机制力学模型,利用ADAMS软件仿真和进行运动学分析。

【关键词】预紧器汽车安全带伤害指数

引言

近年来预紧式安全带广泛应用于汽车，它通过使用预紧装置，当汽车碰撞的时刻，驾驶者尚未向前移动时，预紧器立即将安全带收紧和消除放松量,消除安全带蜿蜒的间隙和佩戴间隙，消除影响空行程的约束，迅速把驾驶员的有效地约束在座位上，防止驾驶者的身体向前，有效地保护驾驶员的安全，驾驶员约束性能得到提高。

作为一个预紧式的装置的重要组成部分,预紧器包括电源，驱动机制和离合器机制三个部分，包括离合器机制是最重要的，这在很大程度上决定与预紧器的性能。

本文提出了安全带预紧器新离合器机制，应用该装置开发的一种新型的预紧式汽车安全带,利用ADAMS软件仿真研究和和MADYMO驾驶员约束保护效率，并用物理样机试验来验证其部分的性能。

第一章结构与原理

汽车安全带卷起设备在卷轴上的安全带缠绕在一起，安全带在驾驶员使用时能够扯出，解除时设备能返回在卷收器中，所以常见的工作条件卷收器是双向的。

在汽车碰撞时预紧器通过气体发生器产生动力，驱动机制传递动力，通过离合器机构将力卷起装置卷收，滚动驱动带的方向旋转，实现预紧装置的紧缩。

因此，在离合器机制的作用下，预紧器和折叠器滚动之间的工作关系是，预紧器不工作时折叠器滚动可以双向，预紧器不干涉滚动；预紧器工作时必须能够驱动折叠器滚动单向旋转。

棘轮棘爪机制、槽轮机构、摩擦离合器和固定齿活动齿机构目前用于预紧器的主要离合器机制，这种机制是由几个著名的国际安全带生产公司严格控制。

本文提出了一种新的离合器机构预紧器，如图1所示，其中包括传动齿轮，和传动齿轮同轴折叠器滚动和内在与外在接触弧面的马蹄离合器片三个部分。

在驱动齿轮腔通过特定的弧面，马蹄离合器块是有两个特定的弧面的六面体。

为了更好的实现离合器机制功能，所有接触轴承表面都可以使锯齿状，是为了进一步增加摩擦系数，进一步提高接触可靠性。

从动轴即折叠器卷轴的联合端伸展到预紧器传动齿轮腔内，将腔分为两个独立的空腔，离合器块被安装在两个空腔，离合器阻止弧面和腔内弧面贴合，离合器块拱和滚动弧表面有一定的间隙。

离合器片离合器角为15度，安全带约束空行程反映在角度上，改变角度可以改变约束空行程。

图1新型离合机构

l一传动齿轮；2—卷收器卷轴；3—蹄形离合块

当一个驱动齿轮（即逆时针方向）转动，离合器片外弧面在传动齿轮腔内表面接触压力，径向接近折叠器滚动；当预紧器传动齿轮转到一定角度，离合器片内表面完全和折叠器滚动接触，然后传动齿轮继续旋转将离合器片挤压和夹在腔和滚动之间，滚动在齿轮传动的同步旋转，完成力的传输。

基于新的离合器研制的预紧器机制，该机构的工作原理如下；气体的发生器在气室内发生爆炸后产生高压气体迅速推动齿条和齿轮装置，马蹄离合器片定位销在齿轮接触压力被剪除，离合器片径向接近折叠器滚动，把一个特定的角齿轮将离合器片挤压和夹紧在齿轮和滚动之间，滚动在齿轮传动的同步旋转，快速带动滚动的安全带往回拉，从而达到安全带自紧的目的。

第二章力学模型的建立与仿真分析

安全带的回收量是预紧装置的一个重要的性能指标,它反应在预紧器上的表现为滚动在预加载方向的滚动的旋转角。

这角不仅被带滚动阻力矩的影响，但也和气体发生器的作用下爆炸的推力密切相关。

在汽车发生相碰时，预紧器力的供应是气体发生器产生爆炸气体产生的力推动齿轮齿条,离合器,折叠器机制,最后传递到安全带，从而收紧驾驶员在座位上。

为了获得合格的安全带回收量，在设计过程中需要得到气体发生器气体压力。

探索合适的气体压力，需要建立预紧器力学模型。

根据齿条移动距离s和预先设定的预紧器t作为时间，简化计算出齿条的加速度值a，并通过齿轮分度圆半径r计算齿轮角加速度α：

对齿条和齿轮分别进行力的平衡分析，得到如下方程组：

式中：

F气为气体发生器压力；m条为齿条的质量；M织带为碰撞瞬间织带的阻力矩（与图3峰值对应）；J为卷轴与齿轮的合转动惯量；F轮-条为齿轮和齿条之间的相互作用力；M销为离合块定位销的阻力矩（由剪切许应力求得）．

参见图2中M1基准测试中在实验过程中司机的肩膀皮带张力曲线的基础上，预紧器机械结构的相关设计资料，解决上述参数方程，初步估计预紧器需要气峰值压力大约是63MPa。

图2M1基准测试驾驶员肩带拉力

考虑到气体爆炸，加载过程结束后的泄气的过程中，借鉴峰值压力，某公司提供了几种类型的气体发生器可供选择。

为了探索适当的规格的气体发生器，在预紧器基本机理的基础上,简化模型,利用ADAMS软件建立预紧器动力学仿真模型,从而得到预紧器的安全带恢复曲线证明了不同规格的气体发生器预应力效应。

和实际的运动相对应,仿真模型的滚动添加了如图2显示安全带拉力所产生的阻力矩，同时齿条被添加到气体发生器供应商如图3所示的气体推力线。

图3作用于齿条的气体推力

图4为卷轴转角—时间ADAMS仿真曲线,结果表明在这种气体发生器的作用下，滚动的复卷旋转角在预紧器火药爆炸30ms左右时的最大值是4100。

根据安全带复卷数量L和滚动杆半径R，滚动角关系:

L=rdt0/180，如果不考虑厚度的安全带及约束的影响，设计新的预紧器预紧的距离可以达到114毫米，表明安全带预紧是有效的。

物理样机实验表明，新的预紧器预应力距离98毫米。

仿真结果得到了非常好的证明。

图4卷轴的转角一时间仿真曲线

分析发现，气体发生器的火药被电流引爆5ms开始产生高压气体，预紧器滚动在火药爆炸后，产生相应的回卷作用；在点火后30到45ms的时间间隔，滚动角基本上维持在360度左右，这是安全带有效预应力区间；气体发生器产生的气体泄漏，安全带拉力开始超过气体推力，滚动角迅速减小，安全带的性能在人体的作用下的惯性向前发展的势头开始快速撤出。

这些现象都可以使用新的离合器机构在预紧器来解释这个角色，因为预紧器的离合器机构采用锯齿形曲面的表面接触马蹄离合器片，增加压力区和摩擦系数，离合器片曾经在啮合状态，传动齿轮和滚动不发生相对旋转，驱动之间靠高传动效率，因此都可以迅速满足合并转移大功率，安全带能及时到有效预应力状态，安全带预应力量能有效地保证，驾驶员前进的距离小，减少驾驶员发生碰撞的危险。

第三章基于MADYMO的安全仿真分析

MADYMO是广泛应用于汽车被动安全性的首选工程学领域的软件，通过安全带约束系统的保护仿真，可以对预紧器的约束力的提供量评估。

在建立的MADYMO安全带系统仿真模型的一般过程包括车体建模、假人定向、安全带定位和预紧器和限制力装置建模等。

本文主要包括座位,身体建模与、地板、脚踏板、仪表板、仪表板、方向盘约束系统等；假人使用目前世界前进接触分析常用的HybridⅢ男性第50个百分位数虚拟模型；预设坐在重力场进行处理的力场；然后手臂和颈部调整，安全带使用三角单元有限元带和传统的多体带相结合的方式，可以模拟安全带在虚假个人身体上滑动和摩擦，更准确的模拟安全带和虚拟模型互动；安全带和虚拟模型交互部分采用有限元带模型，这一连接部分采用MB带模型。

建模MADYMO，真正的汽车环境作为惯性空间，驾驶员系统外部定义为两个加速度场，一个是加速效应对人体和方向垂直向下的重力加速度g，另一个是水平加速，这对真正的车辆碰撞加速度测试测量身体减速度的反向曲线，如图5所示。

在新的预紧装置利用约束系统进行保护，在仿真假人虚拟的脖子弯曲量不大，头部和胸部向前量较小，头也没有碰到方向盘。

位移较小，表明安全带给假人的张力较大，碰撞发生预紧器及时的行动可以使安全带很快将驾驶员有效约束在座位上，防止驾驶员身体部位和方向盘、仪表板、挡风玻璃碰撞，减少二次碰撞的危险。

图5车体减速度反向曲线

从MADYMO仿真结果文件整理出新型的预紧约束系统相关的人体损伤评价指标，指标显示D（t）、VC和C……ECER94比欧洲标准指定的值小，进一步验证上面的推测，降低假人模型的加速度可以有效降低假人的ＨＩＣ３６和VC。

参考GBI155l-2003和ECER94要求，新安全带ＨＩＣ３６、胸部加速度、FPC,胸部变形等在标准和容许范围内，发现以新的离合器机制为基础设计的新安全带可以起到有效的保护作。

结论

提出了预紧式汽车安全带的新离合器机制，应用程序的机制设计一套新型的预紧式汽车安全带预紧器，并分析了了ADAMS机制动力学仿真。

仿真结果表明，预紧器传输可靠，平均预应力大，安全带复卷总额达到114毫米，安全带可以迅速进入预紧状态，假人前进的距离小，减少驾驶员二次碰撞发生的风险。

物理样机实验表明，新的预紧器预应力距离98毫米，仿真结果得到很好的验证。

致谢

本论文的所有研究工作从论文的选题、实现条件到论文的写作等阶段都是在指导老师的悉心指导下完成的。

他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。

从课题的选择到项目的最终完成，老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。

两年多来，导师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向导师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!

最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们。

参考文献

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机械工业出版社，2003：

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Victoria，1997．

毕业设计（论文）考核表

指导教师对毕业设计（实习）及论文的评语：

指导教师（签名）

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评阅小组或评阅人对毕业设计（论文）的评语及能否参加答辩的意见：

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