第五节 汽车座椅安全带系统

汽车上虽然配备有安全气囊，但仅仅有安全气囊是不够的，如在未系好安全带的情况下，车速较低发生事故时安全气囊根本不起作用，此时如果身体没有被约束在座椅上，同样有可能发生重大伤亡事故。汽车座椅安全带是车辆发生事故时保护车内乘员最有效的设备之一，它能在汽车发生碰撞或紧急制动时，约束乘员尽可能保持在原有的位置上不移动，避免与车内坚硬部件发生碰撞而造成伤害。所以，安全气囊与安全带并用，才能对乘员发挥最大程度的保护作用。汽车座椅安全带如图1-71所示。

图1-71 汽车座椅安全带

安全带是重要的乘员保护约束系统设施之一，在减轻碰撞事故中乘员伤害程度方面起着重要作用。由于安全带的保护效果比较明显，因此各生产厂商也逐渐扩大了安全带的使用范围，从客车到载货车，从轻型车到中型车，从外侧座椅到中间座椅都开始使用安全带。装配的安全带形式也从二点式发展到三点式、带紧急锁止卷收器安全带及智能性安全带、自动脱戴式安全带和安全带系统式等。随着安全带使用率的大幅度提高，事故中乘员伤亡率也随之下降。统计数据表明，佩戴安全带后可使碰撞事故中乘员伤亡率减少15%～30%。安全带与其他保护约束设施（如安全气囊）相比，具有安全可靠、价格低廉、安装简便等优点，被各生产厂家普遍采用。

一、普通座椅安全带

安全带又称为紧急自动锁紧装置（Emergency Locking Retractor，ELR）。安全带可分为二点式安全带、三点式安全带两种，如图1-72所示，其中，用得最多的是三点式安全带。安全带在车辆上的安装位置如图1-73所示。

图1-72 普通座椅安全带

a）二点式安全带 b）三点式安全带

图1-73 安全带在车辆上的安装位置

普通座椅安全带一般由高强度织带、锁扣、锁舌、收紧器和限力器等组成，如图1-72所示。

1.高强度织带和带锁扣

织带多用尼龙等合成纤维原丝编织而成，宽约50mm、厚约1.5mm，具有足够的强度、延伸性能和吸收能量的性能。两点式座椅安全带仅限制乘员腰部，如图1-72a所示；三点式座椅安全带包括斜挎前胸的肩带和绕过人体胯部的腰带，如图1-72b所示，在座椅的外侧和内侧地板上各有一个固定点，第三个固定点位于座椅外侧车身支柱的上方；织带伸入车身支柱内腔并卷在支柱下端的收紧器内。乘员胯部内侧附近有一个带锁扣，带锁扣是一种能使乘员方便佩戴和解脱安全带的连接装置，它有锁舌和锁扣两个部件，该两部分插合后即可将乘员约束在座椅上。按下锁扣的红色按钮就能解除约束，如图1-74所示。

图1-74 座椅安全带锁扣

2.收紧器

收紧器既有收卷、储存部分或全部织带的功能，又有紧急锁止织带的功能。在正常情况下，安全带对人体上部并不起约束作用。当驾驶人、乘员向前弯腰时，带子可从收卷器经由上方固定点的导向板被拉出；而当驾驶人、乘员恢复正常坐姿时，收卷器又会自动将带子收起，使带子随时保持与人体贴合。当汽车的速度变化较大或车身姿态变化较大，织带的拉出速度达到一定程度时，收紧器会锁紧安全带，从而将驾驶人、乘员束缚于汽车座椅上。

普通安全带一般采用机械式收紧器。机械式收紧器大多设计安装在安全带的带扣处，主要由卷筒、卷筒轴、棘轮棘爪机构和离合器等组成，如图1-75所示。

3.安全带限力器

安全带限力器的结构如图1-76所示，主要由限力板、卷筒和固定轴等组成。安全带限力器、收紧装置与座椅安全带搭配使用，可使驾驶人和乘员受到最大的保护。当车辆发生严重的正面碰撞时，由于驾驶人和乘员进一步向前移动而使安全带所受的力超过预定值时，限力板开始变形，卷筒立即旋转，使得绕在其上的安全带得以向外拉出，如图1-76b所示。与此同时，限力板继续随卷筒的旋转而绕固定轴变形，成为安全带继续拉出的阻力。当卷筒转过1.25圈，随着限力板两端接触，限力板完成绕固定轴的转动，卷筒也不能再进一步转动，如图1-76c所示。

图1-75 机械式收紧器的结构

1—织带 2—惯性卷筒 3—卷筒轴 4—平衡块 5—执行臂 6—摆锤 7—棘爪 8—平衡弹簧 9—棘轮机构 10—离合器

二、预紧式安全带系统

1.系统功能

预紧式安全带的特点是，当汽车发生碰撞事故的一瞬间，驾驶人和乘员尚未向前移动时，它就首先拉紧安全带，立即将驾驶人和乘员紧紧地绑在座椅上，然后锁止安全带防止驾驶人和乘员身体前冲，从而有效地确保驾驶人和乘员的安全。

图1-76 安全带限力器

a）未动作 b）动作 c）动作结束

预紧式安全带与普通安全带的主要区别是装备了火药式收紧器，它是预紧式安全带的核心部件。预紧式安全带火药式收紧器的具体构造因制造厂家的不同而有所差异，但其工作原理均相同。火药式收紧器主要有以下两种类型：一种是火药爆炸时，通过驱动安全带卷筒转动来卷紧安全带（其中常见的有拉索式、齿条式和滚珠式）；另一种是火药爆炸时，通过拉动安全带锁扣使安全带收紧，这种预张紧式安全带通常与安全气囊组合使用，如图1-77所示。

2.系统组成

预张紧式安全带系统的电路组成如图1-78所示。

3.安全带张紧器的类型

（1）驱动安全带卷筒转动的火药收紧器

1）拉索式火药收紧器。拉索式火药收紧器的结构如图1-79所示。平时活塞2位于缸筒的上方，如图1-80a所示，一旦发生碰撞事故，SRS ECU指令接通安全带收紧器点火器的电路时，电热丝5通电发热并引爆炸药4，炸药释放大量热量使充气剂3受热分解，释放大量无毒氮气充入收紧器的缸筒1，活塞2在膨胀气体的推力作用下带动拉索7迅速下移，与此同时，拉索通过棘轮机构带动安全带卷筒顺时针转动，急速卷动安全带下移，将安全带收

图1-77 预张紧式安全带与安全气囊的工作示意图

图1-78 预张紧式安全带系统的电路组成

紧，如图1-79b和图1-80b所示，从而防止驾驶人和乘员发生二次碰撞。丰田车系普遍应用该类型的收紧器。

图1-79 拉索式火药收紧器的结构

1—气体发生器 2—活塞 3—拉索 4—离合器 5—安全带卷筒 6—安全带卷轴 7—安全带

图1-80 安全带收紧器结构原理

1—导管（气缸） 2—活塞 3—充气剂（叠氮化钠药片） 4—引爆炸药 5—电热丝 6—线束插座 7、9—通气孔 8—气体发生器 10—钢丝绳 11—气体

安全带张紧器有两种类型，分别是滚珠式安全带张紧机构和齿轮式安全带张紧机构。下面以滚珠式安全带张紧机构为例说明安全带张紧器的工作过程。

2）滚珠式安全带张紧机构。滚珠式安全带张紧机构由充气推进装置、滚珠轨道、滚珠、触发单元、齿轮等元件组成，其结构及实物如图1-81所示。

图1-81 滚珠式安全带张紧机构图

a）结构图 b）实物图

当控制单元检测到车辆发生碰撞时，将发出信号通过电路导线给引爆装置通电。引爆过程如下：第一次推进剂由电子引爆，如图1-82a所示，流入的气体带动活塞拉紧安全带，通过一个确定的转角后活塞打开第二个撞击螺栓的入口；由此第二次引爆推进剂，如图1-82b所示，流入的气体继续带动驱动盘，直至下一个通道打开；第三次引爆推进剂，如图1-82c所示，按照这种方式安全带张紧器大概会转两圈，如图1-82d所示。

在引爆装置的作用下，转子发生旋转，撞针顶动推进器，推进器在撞针的大力撞击下产生大量的气体推动活塞与滚珠。在滚珠和转子的转动的带动下大齿轮旋转，拉动安全带张紧，防止乘员前倾，起到保护乘员的作用，如图1-83所示。

如果因加速度使安全带拉紧力过大，而造成挫伤和内伤，则必须将安全带拉力控制在可允许范围内。避免产生危害乘员的过大拉紧力，通过安全带自动装置中的转轴，安全带长度可进行最大10cm的调节，其结构与外形如图1-84所示。只要安全带展开了一定长度，安全带佩戴识别就会通过一个微型开关进行识别，如图1-85所示。

3）齿条式火药收紧器。齿条式火药收紧器主要由大齿轮、小齿轮、安全带卷筒齿轮、安全带卷筒、活塞、齿条和气体发生器等组成，如图1-86a所示。平时活塞和齿条位于缸筒的下方，如图1-86b所示，一旦发生碰撞事故，SRS ECU指令接通安全带收紧器点火器的电路时，气体发生器产生大量的爆炸气体，这时，爆炸气体的作用力经活塞、齿条、小齿轮、大齿轮、安全带卷筒齿轮传至安全带卷筒，使卷筒顺时针转动，急速卷动安全带上移，将安全带收紧，从而防止驾驶人和乘员发生二次碰撞，如图1-86c所示。大众迈腾轿车应用该类型的收紧器。

（2）拉动安全带锁扣的火药收紧器 安全带收紧器缸筒内有一个点火器，拉索两端分别连接活塞和锁扣，如图1-87a所示。一旦发生碰撞事故，SRS ECU指令接通安全带收紧器的点火器电路时，气体发生器产生大量的爆炸气体，推动活塞急速左移，活塞通过拉索带动锁扣急速下移，将安全带收紧，从而防止驾驶人和乘员发生二次碰撞，如图1-87b所示。雪铁龙轿车和通用别克轿车应用该类型的收紧器。

图1-82 滚珠式安全带张紧机构工作过程图（1）

图1-83 滚珠式安全带张紧机构工作过程图（2）

三、装备预紧式安全带收紧器的SRS工作原理

装备预紧式安全带收紧器的SRS的工作原理如图1-88所示，左前、右前碰撞传感器与安装在SRS ECU内的安全传感器相互并联；驾驶人侧安全气囊点火器与乘客席安全气囊点火器并联；左、右安全带收紧器点火器并联。在SRS ECU中，设有两只相互并联的安全传感器，其中一只与收紧器及SRS ECU中的点火引爆电路构成回路，收紧器的点火器受控于SRS ECU；另一只安全传感器与安全气囊点火器和碰撞传感器构成回路，安全气囊点火器同样也受控于SRS ECU。

图1-84 安全带力量限制器

a）结构 b）外形

图1-85 安全带佩戴识别

a）结构 b）外形

在汽车行驶过程中，安全传感器、中心传感器和前碰撞传感器随时检测车速变化信号，并将信号送到SRS ECU。SRS ECU经过数学计算和逻辑判断后，再向收紧器的点火器或安全气囊点火器发出点火指令，使安全带收紧器动作或收紧器与安全气囊同时动作。

当汽车行驶速度低于30km/h时，碰撞产生的减速度和惯性力较小，安全传感器、中心传感器和前碰撞传感器将此信号送到SRS ECU，SRS ECU判断结果为不引爆安全气囊的点火器，仅引爆座椅安全带收紧器的点火器。与此同时，向左右安全带收紧器的点火器发出点火指令使安全带收紧。所以，在低速（减速度较小）碰撞时，只需安全带预紧器单独工作，向后拉紧安全带，就足以保护驾乘人员不撞向前方，如图1-89所示。

当汽车行驶速度高于30km/h时，发生碰撞后产生的减速度和惯性力较大，安全传感

图1-86 齿条式火药收紧器的结构原理示意图

a）结构 b）初始位置 c）工作终了位置

图1-87 锁扣式火药收紧器的结构原理示意图

1—锁扣 2—拉索 3—点火器 4—缸筒 5—活塞 6—爆炸气体

器、中心传感器和前碰撞传感器将此信号送到SRS ECU，SRS ECU判断结果为需要安全气囊和安全带收紧器共同动作。与此同时，向安全带收紧器点火器和安全气囊点火器同时发出点火指令，引爆所有点火器，在座椅安全带收紧使驾驶人和乘员向前移动距离缩短的同时，驾驶人安全气囊与乘客安全气囊同时膨开，从而防止其面部、胸部与转向盘、风窗玻璃或仪表板发生碰撞，达到保护驾乘人员的目的，如图1-90所示。

图1-88 装备预紧式安全带收紧器的SRS系统的工作原理

图1-89 只引爆安全带收紧器的点火器工作原理框图

图1-90 同时引爆安全带收紧器和安全气囊点火器的工作原理框图

为了提醒驾驶人系好安全带，在仪表盘上设有座椅安全带警告指示灯，如图1-91所示。安全带警告指示灯通过常亮、闪烁等方式向驾驶人发出报警信号。当指示灯点亮时，只要驾驶人系上安全带，指示灯就会熄灭。如果系上安全带后又解开，指示灯将重新持续点亮，并重复本过程。

图1-91 安全带警告指示灯