汽車座椅坐墊傾角對(duì)正面碰撞乘員保護(hù)影響分析

袁清彬

摘 要：汽車座椅坐墊傾角的大小影響著成員的舒適度和安全保護(hù)程度。在汽車乘員約束系統(tǒng)中增設(shè)座椅坐墊傾角調(diào)節(jié)裝置，利用座椅坐墊在乘員的重心形成有效約束，從而減輕乘員傷害。本文結(jié)合乘員安全約束系統(tǒng)，對(duì)座椅的傾斜角與正面碰撞時(shí)對(duì)成員的保護(hù)程度進(jìn)行分析，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：乘員約束；座椅坐墊；正面碰撞；傾角

在所有的汽車交通事故事故中，碰撞事故正碰、側(cè)碰、追尾和翻滾占有較大比例，當(dāng)前汽車上普遍配置了乘員約束系統(tǒng)，乘員約束系統(tǒng)是汽車碰撞時(shí)保護(hù)乘員的有效措施。在乘員乘坐到汽車上后，就給汽車乘員提供了有效的約束。而當(dāng)前乘員約束系統(tǒng)中存在的最大問題，就是座椅不能對(duì)乘員正面碰撞提供有效保護(hù)，因此需要加強(qiáng)對(duì)該方面內(nèi)容的研究。

一、乘員約束系統(tǒng)中座椅設(shè)計(jì)的發(fā)展方向

1、座椅結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，使用新材料制作安全座椅；2、完善座椅和其他安全裝置的連接方式；3、頭頸部保護(hù)系統(tǒng)設(shè)置于前排座椅，在車輛被追尾時(shí)，整個(gè)靠背隨乘員一起向后運(yùn)動(dòng)，使乘員的整個(gè)背部和座椅靠背緊緊貼在一起，最大限度的降低頭部向前甩動(dòng)的力量，通過座椅設(shè)計(jì)的精密結(jié)構(gòu)來緩沖追尾時(shí)碰撞所產(chǎn)生的能量，減小在后碰撞時(shí)頭枕對(duì)乘員的頭、頸部的沖擊；4、防尾部沖撞座椅，采用可撕裂變形的金屬結(jié)構(gòu)件替換傳統(tǒng)的座椅前端與地板之間的剛性連接，在車輛發(fā)生后碰撞時(shí)，乘員在慣性力作用下推動(dòng)座椅向后仰動(dòng)，這時(shí)汽車座椅前端的金屬連接件發(fā)生撕裂變形，使坐墊前端圍繞后端鉸接點(diǎn)上傾及椅背后傾一定角度，整個(gè)座椅后向運(yùn)動(dòng)，吸收了在碰撞沖擊瞬間乘員受到座椅施加的大部分動(dòng)能，降低頸部損傷事故發(fā)生的概率，提高車輛的乘坐安全性；5、頭枕氣囊，自充氣頭枕專為后排乘員提供尾部沖撞頸部防護(hù)，能夠明顯降低乘員頸部負(fù)荷。

二、座椅的被動(dòng)安全性

座椅的被動(dòng)安全性是指發(fā)生事故后座椅減輕乘員損傷的能力，座椅的被動(dòng)安全性能與汽車座椅的靜強(qiáng)度特性、坐墊及靠背的剛度、安全帶性能有著密切的聯(lián)系，座椅在碰撞事故中對(duì)乘員有著不同程度的保護(hù)作用。

三、發(fā)生正面碰撞時(shí)座椅對(duì)人員影響程度分析

對(duì)乘員起到主要約束作用的內(nèi)飾件為安全帶和安全氣囊，它們共同約束乘員，避免乘員的頭部、儀表板等硬飾件接觸，減輕乘員損傷。座椅靠背的力學(xué)特性也會(huì)影響乘員損傷，發(fā)生正碰時(shí)，如果前排座椅靠背強(qiáng)度不足，后排乘員的慣性會(huì)擊潰前排座椅，造成前排乘員損傷；同時(shí)，前排座椅強(qiáng)度太高，會(huì)增加后排乘員的傷害。

四、正碰中坐墊傾角的研究

（一）簡單正碰約束系統(tǒng)的建立。所建立的簡單正碰約束系統(tǒng)中包括駕駛員座椅、安全帶、假人、汽車地板及膝部擋板。駕駛員座椅和安全帶的特性不變，假人模型使用的是多面體假人，按照乘用車正面碰撞乘員保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整假人的乘坐姿態(tài)。損傷指標(biāo)選擇了頭部加速度、胸部加速度和髖部加速度，建立約束系統(tǒng)模型。

（二）坐墊傾角對(duì)人體的影響。設(shè)坐墊初始角度為13°，在此基礎(chǔ)上，上下調(diào)節(jié)5°，即8°和18°，得到頭部、胸部、髖部加速度情況和損傷峰值。通過對(duì)所得數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，隨著坐墊傾角的增大，頭部和胸部加速度峰值呈下降的趨勢(shì)，而髖部加速度峰值則逐漸增加。這是因?yàn)樽鴫|傾角增大，髖部加速度增大是因?yàn)樽鴫|的傾斜使得乘員骨盆與坐墊的接觸力增大，從而髖部加速度增大，但是人體髖部承載能力較強(qiáng)，因此適當(dāng)增加坐墊傾角不會(huì)對(duì)乘員造成傷害。由以上的分析可知，適當(dāng)增大坐墊傾角能夠減小乘員在正面碰撞中的損傷，這也說明了在座椅中增加坐墊傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的必要性。圖1以頭部加速度數(shù)據(jù)為例，繪制了加速度曲線圖，僅供參考。

（三）座椅靠背傾斜角對(duì)乘員頸部損傷的影響。分別以96°和101°為例，匯總了座椅傾斜角對(duì)頸部的受力情況數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行深入的分析。1、在靠背傾斜角為101°時(shí)，各位置的假人頸部損傷值都有所下降。而靠背傾斜角僅增加5°，平均值就有所下降，可見頸部動(dòng)力學(xué)響應(yīng)對(duì)座椅靠背傾斜角較為敏感。有研究顯示，轎車座椅后傾角達(dá)到15°時(shí)，在追尾碰撞中能得到較低的乘員頸部損傷值，從而有更高的安全性。設(shè)法增大后排座椅靠背傾角是提高其碰撞安全性的一種較有效方法。2、通過進(jìn)一步分析可知，在頭部運(yùn)動(dòng)的初始階段，96°傾角的靠背對(duì)乘員背部的作用力方向基本是水平的，在頸部受到的剪切力也相應(yīng)較大101°傾角的靠背對(duì)乘員背部的作用力方向則是垂直于背部且偏向上，這樣就減小了在水平方向上的剪切力，頸部彎矩也有所減小，而軸向力卻有所增大。這說明101°靠背能使得水平剪切力減小，但同時(shí)增大了軸向力，而剪切力對(duì)彎矩影響較大，減小頸部剪切力可以減小彎矩。

五、結(jié)語

針對(duì)汽車座椅不能對(duì)乘員正面碰撞提供有效保護(hù)的情況，要加強(qiáng)對(duì)座椅進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)的研究。采用座椅坐墊動(dòng)態(tài)傾角調(diào)節(jié)裝置，可以在汽車發(fā)生碰撞時(shí)增大座椅坐墊與地面的夾角，降低碰撞對(duì)頭部、胸部以及下肢的傷害。設(shè)計(jì)合理的汽車座椅傾斜角，能夠有效地減少乘員的傷害，具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙新鋒.正面碰撞中主動(dòng)式座椅參數(shù)對(duì)50th乘員保護(hù)的仿真研究[D].湖南大學(xué)，2016.