碰撞中安全带系统失效模拟方法

　　图1：PAM-SAFE中的安全带系统

　　卷收器允许织带拉出或回收。在锁紧之前，卷收器可以自由的提供拉出所需的织带，除非拉出力小于所定义的安全带预紧力。在卷收器模块中可以根据需要设定预紧力、预紧参数和锁止参数，其中通过传感器(sensor)来触发系统预紧或锁止。锁止后的安全带限力作用可以通过定义绕轴效应（film spool effect）来模拟，即用一条“力―织带拉出量”曲线来定义film spool effect。在PAM-SAFE的安全带系统模型中，如果预紧触发器激活，则会自动引起锁止触发器激活，而不考虑锁止触发器的状态，并且一旦预紧器被激活，film spool effect也就失去作用。

　　肩带滑环（SHOULDER SLIPRING）、带扣（BUCKLE SLIPRING）都是使用Slipring模块来描述的。两者在具体的参数定义上有所不同。

　　所有经过滑环（slipring）发生滑移的单元必须定义为205号材料。既然滑环算法允许单元的滑移，则每个滑环可以用一个分隔节点来方便的描述。而连接于滑环的两侧织带间的节点的运动受到滑环节点的约束，两者运动轨迹保持一致。当一个单元滑过滑环时，与滑环相连接的单元号和受约束节点号则自动更新。滑环节点可以将其固定，或连接在模型的其他部分上。作用于滑环的载荷会自动转移到滑环节点上。

　　由于膜单元与卷收器模型及滑环模型不兼容，所以织带在卷收器、肩带滑环和带扣的附近需要使用杆单元。在织带与人体相接触的部分使用膜单元。杆单元和薄膜单元的材料需要分别定义。

　　3．安全带失效模拟模型的建立

　　在建立安全带系统模型时，RETRACTOR、SLIPRING、ANCHOR一般是直接在车身结构上选取相应坐标的节点来定义的。但是由于要模拟带扣与座椅连接处发生断裂的失效，所以在定义带扣（BUCKLE SLIPRING）时需要在相应坐标建立一个自由节点，然后在此自由节点上定义BUCKLE SLIPRING模块。

　　在PAM-CRASH前处理软件GENERIS中，将定义了BUCKLE SLIPRING的自由节点和座椅骨架相应节点定义为一个刚体，即模拟正常情况下安全带的连接。接着需要定义该刚体中的SENSOR设置。在刚体的SENSOR定义中，可选的SENSOR类型必须是“逻辑功能开关”。

　　把该“逻辑功能开关”应用到刚体的SENSOR设置中，以实现在52.8ms时刚体的定义失效，即使得定义了BUCKLE SLIPRING的节点在52.8ms之后变得“自由”，不再受到前面所定义刚体的约束。通过这样就可以实现对带扣与座椅连接处发生断裂的情况的模拟。

　　4．计算模拟结果

　　分析碰撞过程画面看出，在碰撞的前段时间里，安全带系统工作正常，对乘员起着有效约束作用；当触发了“逻辑功能开关”后，约束BUCKLE SLIPRING的刚体失效，安全带带扣处发生断裂。从上面的后两幅画面可看到BUCKLE SLIPRING已脱离原先的位置，人体也不再受到安全带的约束，产生明显的滑动。

　　计算模拟得出的人体头部伤害指标HIC值为976，试验的HIC值为948，两者误差为2.95%，有着较好的精度。

　　5．结语

　　汽车发生碰撞时，安全带对乘员的保护作用是很有效的，它能约束住受到巨大冲击惯性力的人体的运动状况，避免人体与车舱内部件发生剧烈二次碰撞，更重要的是安全带的有效约束作用能保证人体良好的运动轨迹，即大致在车身纵向运动，以达到配合安全气囊给乘员良好的保护作用的目的。所以如果在碰撞过程中安全带系统被破坏，那么对乘员的运动响应和伤害指标的影响是很大的，是不能不考虑的。

　　本文运用PAM-CRASH软件，将安全带带扣（BUCKLE SLIPRING）定义在自由节点上，再把该自由节点与结构上的节点定义成一个刚体，通过设置刚体失效的“逻辑功能开关”，在某时刻触发使得该刚体失效，从而实现了对安全带带扣连接处断裂的模拟。从计算模拟结果看出，该方法能较好地模拟碰撞过程中的安全带失效情况。