汽車座椅坐墊傾角對正面碰撞乘員保護影響分析

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程度。在汽車乘員約束系統中增設座椅坐墊傾角調節裝置，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。本文結合乘員安全約束系統，對座椅的傾斜角與正面碰撞時對成員的保護程度進行分析，希望能夠為相關人員提供參考。

關鍵詞：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、側碰、追尾和翻滾占有較大比例，當前汽車上普遍配置了乘員約束系統，乘員約束系統是汽車碰撞時保護乘員的有效措施。在乘員乘坐到汽車上后，就給汽車乘員提供了有效的約束。而當前乘員約束系統中存在的最大問題，就是座椅不能對乘員正面碰撞提供有效保護，因此需要加強對該方面內容的研究。

一、乘員約束系統中座椅設計的發展方向

1、座椅結構不斷優化，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、頭頸部保護系統設置于前排座椅，在車輛被追尾時，整個靠背隨乘員一起向后運動，使乘員的整個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的力量，通過座椅設計的精密結構來緩沖追尾時碰撞所產生的能量，減小在后碰撞時頭枕對乘員的頭、頸部的沖擊；4、防尾部沖撞座椅，采用可撕裂變形的金屬結構件替換傳統的座椅前端與地板之間的剛性連接，在車輛發生后碰撞時，乘員在慣性力作用下推動座椅向后仰動，這時汽車座椅前端的金屬連接件發生撕裂變形，使坐墊前端圍繞后端鉸接點上傾及椅背后傾一定角度，整個座椅后向運動，吸收了在碰撞沖擊瞬間乘員受到座椅施加的大部分動能，降低頸部損傷事故發生的概率，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，能夠明顯降低乘員頸部負荷。

二、座椅的被動安全性

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

三、發生正面碰撞時座椅對人員影響程度分析

對乘員起到主要約束作用的內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。座椅靠背的力學特性也會影響乘員損傷，發生正碰時，如果前排座椅靠背強度不足，后排乘員的慣性會擊潰前排座椅，造成前排乘員損傷；同時，前排座椅強度太高，會增加后排乘員的傷害。

四、正碰中坐墊傾角的研究

（一）簡單正碰約束系統的建立。所建立的簡單正碰約束系統中包括駕駛員座椅、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標準調整假人的乘坐姿態。損傷指標選擇了頭部加速度、胸部加速度和髖部加速度，建立約束系統模型。

（二）坐墊傾角對人體的影響。設坐墊初始角度為13°，在此基礎上，上下調節5°，即8°和18°，得到頭部、胸部、髖部加速度情況和損傷峰值。通過對所得數據的分析發現，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，而髖部加速度峰值則逐漸增加。這是因為坐墊傾角增大，髖部加速度增大是因為坐墊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，因此適當增加坐墊傾角不會對乘員造成傷害。由以上的分析可知，適當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節機構的必要性。圖1以頭部加速度數據為例，繪制了加速度曲線圖，僅供參考。

（三）座椅靠背傾斜角對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頸部的受力情況數據，進而進行深入的分析。1、在靠背傾斜角為101°時，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，可見頸部動力學響應對座椅靠背傾斜角較為敏感。有研究顯示，轎車座椅后傾角達到15°時，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、通過進一步分析可知，在頭部運動的初始階段，96°傾角的靠背對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較大101°傾角的靠背對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，但同時增大了軸向力，而剪切力對彎矩影響較大，減小頸部剪切力可以減小彎矩。

五、結語

針對汽車座椅不能對乘員正面碰撞提供有效保護的情況，要加強對座椅進行改進設計的研究。采用座椅坐墊動態傾角調節裝置，可以在汽車發生碰撞時增大座椅坐墊與地面的夾角，降低碰撞對頭部、胸部以及下肢的傷害。設計合理的汽車座椅傾斜角，能夠有效地減少乘員的傷害，具有良好的應用前景。

參考文獻：

[1]趙新鋒.正面碰撞中主動式座椅參數對50th乘員保護的仿真研究[D].湖南大學，2016.