织带损伤导致汽车安全带功能失效的临界条件研究

赵二峰 曾燕娜 杨锋 李平 韦晓晶 ��

摘要：汽车安全带织带在磨损状态下，经碰撞或其它受力可能会导致安全带功能失效。本文通过对织带进行破坏性试验，研究其磨损导致安全带总成使用功能失效的临界条件。以GB14166-2013、GB14167-2013法规中要求的织带静态强度试验、安全带固定点试验标准为准则，对人为割裂破坏的织带样件和安全带零件进行试验研究。试验结果显示當割裂发生在织带的非边缘区域且横向割裂小于7mm时，织带承载力仍能满足法规试验的载荷要求，不会发生断裂失效。割裂宽度大于7mm或边缘割裂时，撕裂会持续恶化而无法通过法规要求的载荷试验。

关键词：汽车安全带；织带；损伤；横向撕裂

中图分类号：TB文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.22.099

1引言

在汽车被动安全系统中，安全带对乘员的保护是最基础的一个环节，所有的气囊、气帘、预紧器等都是在安全带发挥正常保护作用维持乘员坐姿和缓冲的基础上进行标定的，安全带失去功能时，其它被动约束系统的保护作用将变的极其有限，甚至会因为近距离的气囊起爆导致更严重的伤害。

通过对碰撞实例和安全带固定点试验失效案例的分析，发现织带横向撕裂导致的安全带织带拉断在汽车安全带的失效模式中占比较高，但目前并无织带损伤程度导致安全带功能失效的临界参考值。

本文以织带静态拉力试验和安全带固定点试验的形式对安全带织带强度进行验证，验证对象为已进行人为破坏的安全带织带。通过试验，验证不同割裂程度下，安全带是否还能承满足国标法规的载荷要求。并测试处不满足法规载荷要求的割裂宽度临界条件。

试验主要参考标准： GB14167-2013织带静态试验（按照15倍国标要求验证：147kN）；GB14167安全带固定点拉力试验（135kN）。

2故障模式分析及临界条件确定

汽车安全带织带走向往往与座椅外侧护板、内饰板、座椅骨架车内坚硬部件等干涉存在运动，在使用拉出和回收的过程中，存在被割裂或磨损的安全隐患，织带易受损伤。

由于织物特有的性能，安全带织带拉伸强度存在较大的各向异性，在经线方向（织带长度方向）的拉伸强度可达25kN～28kN，在纬线方向（织带宽度方向）强度较低，且易发生应力集中产生撕裂。

在正常的碰撞试验中（64km/h正面碰撞），配置了限力轴的安全带织带受力一般在8kN以内，正常的普通安全带织带受力一般不会超过10kN，在GB14167-2013中，固定点试验要求的受力极限为135kN，相较于汽车用安全带织带的拉伸强度25KN～28KN，有较大余量，一般不会发生织带拉断的状况。

然而，在碰撞实例和固定点试验中，当织带的损伤达到临界条件时，织带拉断导致的安全带失效却频繁出现。通过人为割裂织带模拟织带损伤，通过对不同程度损伤的织带进行静态强度测试和固定点试验验证，试验推测出织带断裂导致安全带功能失效的临界条件。

3试验方案设定

3.1试验1测试方法

按照GB14166-2013织带的断裂强度试验（静态试验）的要求进行试验，具体步骤如下：

（1）织带预处理（光照处理、低温处理、高温处理、浸水处理、磨损处理）；

（2）使用美工刀在织带上沿宽度方向裁切出6种不同长度的缺口；

（3）织带两端夹持在拉力试验机夹具之间，加载速度大约为100mm/min，试验开始时，自由长度应为200mm±40mm；

（4）当载荷达到98kN时，应在不停机的情况下测量织带宽度。（满足国标要求）

（5）继续增加载荷值，直至织带拉断，记录断裂载荷值F（F参考值取15倍设计余量，将F>147kN的状态进行如下第二阶段试验）。

3.2试验2验证方法

将试验1中通过静态强度测试（F>147kN拉断）的样品割裂宽度重现在安全带总成零件上，在下固定点端织带进行对应宽度的割裂，进行GB 14167-2013标准的固定点试验验证。

试验以某SUV第二排左侧安全带固定点的坐标为基础，制作工装，按照GB14167-2013安全带固定点试验条件进行135kN载荷的固定点拉力试验。

3.3试验判定依据

试验1中织带拉断力值F>147kN，再对安全带总成进行试验2的固定点试验验证，通过两项试验，判定样品满足使用功能。

未通过试验，判定不满足使用功能。

4试验过程

4.1试验1：织带静态强度测试

取样方法：以某SUV后排安全带的7条纹织带为原料，经过预处理后，进行6种不同程度的认为破坏：

从外侧第二条纹和第三条纹的交界处开始，第一批样件破坏半个条纹宽度，第二批样件破坏一个条纹宽度，逐级增加半条纹宽度的破坏，直至破坏3个条纹宽度，形成6批次样件（见下示意图），每批次取样3件，合计18件试验样件。如图1所示，对试验样件登记，编号为1-1、1-2、1-3、2-1、…、6-3，依据按照21试验方法进行强度测试。对每个样件试验输出时间-力曲线，对每个样件试验进行视频录像记录，镜头正面对准破损位置，可全程全面观察破坏过程。

按照31中试验方法将试验样件夹持在如图2所示的万能拉力机上，进行织带强度测试，实测值如表1所示。

4.2试验2：安全带固定点试验

对3.1的试验数据进行分析如图3所示，判定第1组和第2组的样品的承载力大于147kN的要求，通过实验1，可以进行实验2的验证。

因第2组割裂程度大于第1组，因此选取第二组的状态（割裂7mm）对安全带总成零件进行人为破坏，在下固定点端织带割裂出和第二组样件一致的7mm的缺口。按照22中固定点试验的方法对人为破坏后的安全带进行固定点试验，验证结果如图4：

按照GB 14167-2013的标准，该安全带样品满足固定点试验的要求。

5结果

试验1和试验2的结果显示，第1组和第2组样品满足法规要求的织带强度及安全带性能要求；第3组到第6组样品不满足法规要求。即：当割裂缺口小于7mm时，可以通过实验1和试验2；当缺口长度大于7mm时，试验失败。

6结论

（1）安全带织带在磨损或割裂严重的情况下，横向撕裂最终会导致安全带失效。

（2）拉力试验结果与理论推断一致，并得出如下实际参考结论：

a）当织带破损发生在边缘区域时，拉力试验中破损口会引起较大的应力集中，直接导致织带横向撕裂断开失效。

b）当织带破损发生在非边缘区域，破损长度在7mm（包含7mm）以内时，可通过15倍的静态强度试验、安全带固定点试验，满足法规试验要求的载荷。

c）当织带破损发生在非边缘区域时，破损长度在7mm以上时，无法通过15倍的静态强度试验，会导致安全带总成因撕裂而失去保护功能。

参考文献

[1]王跃贞. 汽车安全带织带被割断解决方案的研究[A]. 中国汽车会议网、上海雷尼会展服务有限公司.2011汽车车身内外饰产品及新材料应用国际研讨会暨展览会论文集[C].中国汽车会议网、上海雷尼会展服务有限公司， 2011：4.

[2]GB 14166-2013. 机动车乘员用安全带、约束系统、儿童约束系统ISOFIX儿童约束系统[S]. 2013.

[3]GB 14167-2013. 汽车安全带安装固定点[S]. 2013.endprint