汽車座椅鞭打性能提升方法

[摘要] 鞭打?qū)嶒?yàn)現(xiàn)已被各大主機(jī)廠重視，本文主要通過(guò)分析鞭打?qū)嶒?yàn)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)出提升鞭打?qū)嶒?yàn)的方法，希望可以為座椅鞭打性能的提升，提供一些參考。

[關(guān)鍵詞] 汽車座椅；鞭打；頸部傷害

中圖分類號(hào)：U463.836 " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " "文章編號(hào)：1003-8639（2023）06

收稿日期：2022-12-26

作者簡(jiǎn)介：肖陽(yáng)（1991—），男，碩士，主要從事汽車座椅研究的工作。

汽車技術(shù)不斷進(jìn)步，人們對(duì)于汽車的被動(dòng)安全要求越來(lái)越高。最初只要求汽車保障乘客的生命安全，現(xiàn)在汽車整椅對(duì)于降低傷害要求越來(lái)越高。追尾是一個(gè)常見的交通事故，追尾事故大部分情況下不能造成乘客十分嚴(yán)重傷害，因此人們對(duì)于汽車追尾事故的重視程度也不夠高。當(dāng)汽車發(fā)生追尾時(shí)，被追尾汽車的乘客軀干會(huì)受到座椅的推動(dòng)而向前，頭部由于慣性作用運(yùn)動(dòng)相對(duì)滯后，此時(shí)頸部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)揮鞭的動(dòng)作，會(huì)對(duì)頸部造成傷害，此傷害雖然每次都較小，但長(zhǎng)期受到傷害，也會(huì)對(duì)頸部造成較大損傷。

1 "鞭打?qū)嶒?yàn)評(píng)分細(xì)則

近年來(lái)，歐美已將鞭打試驗(yàn)納入考核指標(biāo)，中國(guó)也在2012年將鞭打試驗(yàn)納入C-NCAP考核體系。C-NCAP 2018版鞭打?qū)嶒?yàn)評(píng)分細(xì)則見表1。

從表1可看出，鞭打?qū)嶒?yàn)指標(biāo)較多，由于后3項(xiàng)指標(biāo)一般車型相對(duì)失分較少，因此此文不進(jìn)行分析。本文主要分析通過(guò)改變頭枕位置、頭枕強(qiáng)度、骨架強(qiáng)度、發(fā)泡硬度對(duì)其它指標(biāo)的提升。

2 "鞭打?qū)嶒?yàn)性能提升方案

追尾事故發(fā)生之后，乘客在慣性作用下會(huì)向后發(fā)生傾斜，此時(shí)座椅靠背會(huì)支撐人體軀干阻止其向后傾斜，然而人體頭部由于與頭枕存在間隙不能得到支撐，頭部會(huì)向后發(fā)生偏轉(zhuǎn)。頭部相對(duì)頸椎向后運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了X向的剪切力FX，此時(shí)頭部對(duì)頸椎還有拉伸作用，便產(chǎn)生了Z向拉力Fz，此時(shí)頭部以上頸椎為軸向后旋轉(zhuǎn)，形成了扭矩My。下頸椎與頭部運(yùn)動(dòng)方式與此類似，便形成了上頸部FX、FZ、MY。頭部以及頸椎相對(duì)于胸部發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，頸部受到損傷便產(chǎn)生了NIC。

2.1 "NIC提升方法

頸部傷害指數(shù)NIC是指枕骨鉸鏈相對(duì)胸部加速度T1的水平加速度的相對(duì)值以及速度的相對(duì)值。

NIC（t）=0.2arel x（t）+[vrel x（t）]2

公式中，加速度項(xiàng)arel x（t）占據(jù)主導(dǎo)作用[1]，因此只需要降低頭部與胸部加速度差值便可以降低NIC的分值。降低NIC分值主要有以下幾種方式。

1）降低頭后間隙。降低頭后間隙，可使人體頭部與座椅頭枕第1次接觸時(shí)間CT變短，頭部可以更加快速地得到支撐，頭部得到支撐可以降低頭部與胸部相對(duì)速度以及相對(duì)加速度，從而減小NIC值。某車型為了提升NIC值便將頭后間隙從初始的59mm改變?yōu)?6mm[1]。

2）降低靠背發(fā)泡硬度。降低靠背發(fā)泡硬度可使胸部向后運(yùn)動(dòng)距離增大，縮短胸部獲得向前加速度與頭部獲得向前加速度差值，從而減小NIC值。

3）提升骨架強(qiáng)度。假人接觸到靠背時(shí)，如果骨架強(qiáng)度不足，假人會(huì)引起靠背變形，靠背變形會(huì)增大頭后間隙，頭后間隙增大，會(huì)使頭部與頭枕第1次接觸時(shí)間CT變大，從而增大NIC值。

4）改變頭枕?xiàng)U傾斜角度。使頭枕?xiàng)U向前傾斜，可以使頭部更快獲得支撐，從而獲得向前加速度，達(dá)到降低與胸部加速度差值的目的，從而減小NIC值。

5）降低靠背骨架上部剛性。

2.2 "上頸部載荷提升方法

1）增大假人與座椅靠背摩擦。增大假人與靠背摩擦，可降低假人沿靠背向上滑移距離，從而顯著降低上頸部扭矩My。某車型便通過(guò)增大假人與座椅的摩擦力，上頸部扭矩最大值從21.2N·m減小到10.2N·m，從而使上頸部載荷大大降低[2]。

2）降低頭后間隙。降低頭后間隙便能使頭部更早獲得支撐，使頭部更快與假人軀干一同運(yùn)動(dòng)，這樣便能降低上頸椎在X方向受力，從而降低FX。頭部與軀干更早同速運(yùn)動(dòng)，也能使頸椎受到拉伸較小，從而降低FZ。與此同時(shí)，人體頭部與頸椎的夾角變化也會(huì)降低，從而使頭部繞頸椎旋轉(zhuǎn)變小，而使My降低。

3）提高頭枕高度。提高頭枕高度，可以使頭部繞頸椎旋轉(zhuǎn)角度降低，從而減小上頸部My。

4）增大頭枕剛度。頭枕剛度高，向后變形便小，從而使假人頭部X向位移減小以及頸椎受到拉伸較小，從而降低FX、FZ。增大頭枕剛度一般有2種方法：①增大頭枕?xiàng)U直徑；②在頭枕?xiàng)U上增加補(bǔ)強(qiáng)板。某車型便是通過(guò)上述2種方法，從而提升頭枕剛度[1]。

5）提升骨架強(qiáng)度。假人接觸到靠背時(shí)，如果坐墊骨架或者靠背骨架強(qiáng)度不足，假人會(huì)引起骨架變形，骨架變形不僅會(huì)增大頭后間隙，同時(shí)也會(huì)使假人頸椎發(fā)生彎曲變形，從而增大上頸部載荷。某車型一方面通過(guò)對(duì)坐墊骨架增加補(bǔ)強(qiáng)板，另一方面對(duì)坐墊的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的連接板進(jìn)行增強(qiáng)從而達(dá)到了增強(qiáng)骨架強(qiáng)度的目的[1]。

3 "結(jié)束語(yǔ)

隨著追尾事故越來(lái)越頻繁，主機(jī)廠對(duì)于鞭打?qū)嶒?yàn)越來(lái)越關(guān)注。鞭打性能與座椅眾多結(jié)構(gòu)性能息息相關(guān)，本文總結(jié)了提升鞭打性能的一些方法，主要包含：降低頭后間隙、降低靠背發(fā)泡硬度、提升骨架強(qiáng)度、改變頭枕?xiàng)U傾斜角度、增大假人與座椅靠背摩擦、提高頭枕高度、增大頭枕剛度。這些方法都是相輔相成的，需要結(jié)合自身實(shí)際情況選擇最優(yōu)的方案來(lái)提升鞭打性能。希望本論文總結(jié)的這些方法，可以為座椅鞭打性能提升提供一些參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]李常青. 某車型座椅鞭打性能提升研究[C]//2015中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集，2015：545-549.

[2]王晉，趙秀強(qiáng)，王志濤，等. 基于汽車座椅鞭打試驗(yàn)的仿真模型改進(jìn)[J]. 汽車技術(shù)，2015

（9）：19-22.

（編輯 "凌 "波）