針對(duì)全球市場(chǎng)的座椅鞭打設(shè)計(jì)研究

湯波

摘 要：對(duì)全球主要市場(chǎng)的鞭打法規(guī)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的差異點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，總結(jié)出全球車型的座椅鞭打在不同市場(chǎng)獲得優(yōu)秀得分的設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：鞭打 X-NCAP IIHS CIASI

Research of whiplash design for global markets

Tang Bo

Abstract：The article compares and analyzes the differences of global main markets requirements of whiplash tests and assessment criteria， and summarize the key technologies of getting good scores in different markets with one same seat design.

Key words：whiplash， X-NCAP， IIHS， CIASI

1 引言

座椅的鞭打，又稱Whiplash，用于評(píng)估在低速追尾事故中，前車座椅對(duì)乘客的頸部傷害的保護(hù)性能。雖然追尾發(fā)生概率不高，但因?yàn)樽肺矊?dǎo)致的醫(yī)療費(fèi)用高昂[1]，全球主要市場(chǎng)都規(guī)定了不同的測(cè)試項(xiàng)目來(lái)評(píng)估其安全性能表現(xiàn)，也是整車安全星級(jí)評(píng)估中的一個(gè)組成部分。國(guó)內(nèi)可以查詢到的關(guān)于鞭打方面的文獻(xiàn)[4-13]都是關(guān)于C-NCAP或者ENCAP的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，本文通過(guò)全球市場(chǎng)的鞭打法規(guī)進(jìn)行對(duì)比分析，給座椅工程師如何設(shè)計(jì)出滿足全球市場(chǎng)鞭打目標(biāo)提供參考。

2 全球主要市場(chǎng)的鞭打標(biāo)準(zhǔn)差異分析

在汽車市場(chǎng)，有兩類星級(jí)評(píng)價(jià)的測(cè)試程序跟鞭打相關(guān)：一類是NCAP（新車評(píng)估項(xiàng)目），另一類是由保險(xiǎn)協(xié)會(huì)組織的測(cè)試項(xiàng)目，如IIHS（美國(guó)公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)）和CIASI（中國(guó)保險(xiǎn)汽車安全指數(shù)）。通過(guò)整理歸納，我們把全球主要市場(chǎng)最新的鞭打要求（基于2021年最新版本）列表對(duì)比，如表1所示：

根據(jù)表1可以得知，鞭打測(cè)試的試驗(yàn)速度有4種：15.5km/h、15.65km/h、20.0km/h、24.45km/h。我們根據(jù)試驗(yàn)速度來(lái)分類，對(duì)每一類的測(cè)試進(jìn)行分析測(cè)試方法和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)差異。

3 各市場(chǎng)鞭打測(cè)試規(guī)程的差異對(duì)比

3.1 速度15.5km/h的鞭打測(cè)試

速度為15.5km/h的鞭打試驗(yàn)有IIHS、CIASI、K-NCAP，三者的波形形狀、加速度峰值一致，但三者的評(píng)估方法并不一致，如表2所示。

根據(jù)表2可知，K-NCAP動(dòng)態(tài)評(píng)估所采用的指標(biāo)最多和最全，共計(jì)7項(xiàng)，IIHS的指標(biāo)最少，共計(jì)4項(xiàng)，CIASI的指標(biāo)比IIHS多了NIC。因此在鞭打的FEA分析和物理試驗(yàn)中，我們可以將7項(xiàng)指標(biāo)全部采集齊，然后根據(jù)各自的評(píng)估準(zhǔn)則，則可以分別得到K-NCAP、IIHS、CIASI的得分或者等級(jí)。

對(duì)于靜態(tài)的得分，需要特別注意的事是，K-NCAP對(duì)于前排座椅的頭枕，靜態(tài)評(píng)估得分為1分，如果采取一體式或者不可調(diào)設(shè)計(jì)，則會(huì)扣掉2分;同時(shí)對(duì)于后排頭枕幾何尺寸的靜態(tài)評(píng)估，分值達(dá)到4分。因此對(duì)于K-NCAP來(lái)說(shuō)，如果想拿到較好的分?jǐn)?shù)，則需要注意三點(diǎn)：前排頭枕高度調(diào)節(jié)功能，前排頭枕的高度和頭后間隙（HRMD測(cè)量法），后排的頭枕高度以及頭后間隙（△CP測(cè)量法）。

3.2 速度15.65km/h和24.45km/h的鞭打測(cè)試

速度為15.5km/h和24.45km/h的鞭打試驗(yàn)有E-NCAP 2021、A-NCAP 2021，兩者測(cè)試方法和評(píng)估準(zhǔn)則完全一致。Latin-NCAP 2021則只規(guī)定了E-NCAP的中波形的測(cè)試。E-NCAP 2021中靜態(tài)評(píng)估規(guī)則規(guī)定：前椅頭枕幾何尺寸靜態(tài)評(píng)估只要Backset小于45mm即可得到1分，動(dòng)態(tài)評(píng)估規(guī)則也做了較大改動(dòng);同時(shí)增加了后排靜態(tài)評(píng)估，如表3所示，表中動(dòng)態(tài)和靜態(tài)得分為原始分，其中前椅原始分滿分為8分，折算星級(jí)得分為3分;后椅原始分為4分，折算星級(jí)得分為1分。

Latin-NCAP在2020年5月制定的鞭打要求與E-NCAP 2018版基本一致，只做E-NCAP的前椅中波形試驗(yàn)，評(píng)估項(xiàng)目如表4。

3.3 速度20.0km/h的鞭打測(cè)試

速度為20.0km/h的鞭打試驗(yàn)有C-NCAP 2021和J-NCAP 2018。C-NCAP和J-NCAP的波形要求相同。C-NCAP只要求做主駕座椅的鞭打測(cè)試，而J-NCAP則是要求主副駕都做鞭打測(cè)試。C-NCAP 2021 版中前椅座椅和J-NCAP的評(píng)估項(xiàng)目基本一致，但評(píng)估準(zhǔn)則有些差異;C-NCAP 2021版同時(shí)規(guī)定了后排座椅也需要做動(dòng)態(tài)測(cè)試;J-NCAP則要求做前排主副駕。J-NCAP把動(dòng)態(tài)測(cè)試分為階段1和階段2，階段1里只評(píng)估NIC，階段2則評(píng)估上/下頸部剪切力Fx+，上頸部拉力Fz+，頸部扭矩My，下頸部拉力Fz+這4項(xiàng)并從中選取最低得分并乘以2作為階段2有效得分。具體信息如表5所示。

CNCAP 2021規(guī)定了后排座椅也需要做鞭打動(dòng)態(tài)測(cè)試，由于后排座椅的假人穿透量遠(yuǎn)比前排的小，而且后排頭枕在高度上和頭后間隙上都比前排惡劣，因此很難得到較高分?jǐn)?shù)，一般得分率在50%-60%左右。

4 結(jié)論

針對(duì)全球項(xiàng)目的鞭打要求，如果需要在各個(gè)市場(chǎng)都得到較好表現(xiàn)，需要遵守以下規(guī)則：

a）CAS階段，對(duì)頭枕的高度和頭后間隙進(jìn)行校核和改進(jìn)，前排使用HRMD校核，后排采用△CP方法校核，確保靜態(tài)測(cè)量不失分;

b）E-NCAP和C-NCAP是最具有代表性的兩個(gè)評(píng)估準(zhǔn)則，應(yīng)優(yōu)先保證E-NCAP和C-NCAP性能;

c）NIC是所有項(xiàng)目最容易失分的項(xiàng)目，可以考慮適當(dāng)?shù)奈軝C(jī)構(gòu)如WHIPS[2];

d）考慮到乘坐舒適性，頭后間隙不宜小于30mm;但因?yàn)镋-NCAP和IIHS都將頭枕接觸時(shí)間作為一個(gè)考察項(xiàng)，因此，頭后間隙在25-35之間為宜;

e）頭枕內(nèi)部支撐骨架的設(shè)計(jì)對(duì)改善鞭打性能有較好效果，在成本允許情況下可以考慮在頭枕內(nèi)部增加塑料支撐或者EPP支撐;

f）骨架的MTM（Meat to Metal）不僅僅對(duì)舒適性有好處，跟鞭打性能也正相關(guān);

g）在韓國(guó)市場(chǎng)，盡量不要用一體式頭枕或者不可調(diào)頭枕，會(huì)導(dǎo)致較大罰分。

參考文獻(xiàn)：

[1]婁磊，楊運(yùn)生，張曉龍. 鞭打試驗(yàn)在歐洲_日本與中國(guó)[J]. 交通標(biāo)準(zhǔn)化. 2010年9月下半月刊：37-41.

[2]Daniel W.H. Mang，Gunter P. Siegmund & Jean-Sébastien Blouin. A comparison of anti whiplash seats during low moderate speed rear end collisions. Traffic Injury Prevention[J]. 2020， VOL. 21， NO. 3：195-200.

[3]M. Acar， S.R. BewsherDesign concepts for an integrated whiplash mitigating head restraint and seat[[C]. INTERNATIONAL JOURNAL OF CRASHWORTHINESS， 2016， VOL. 21， NO. 5： 386-395.

[4]Li Hongling1，Dong Yude1，Chen Changliang， etc. Combined with finite element analysis of car seat safety performance improvement[J]. Journal of Mechanical Science and Technology 35（1）2021：79-89.

[5]Mustafa Ozdemir， Sltkl Kemal Ider， Mustafa Ilhan Gokler. Parametric analysis of an anti-whiplash system composed of a seat suspension arrangement[C]. J Braz. Soc. Mech. Sci. Eng. （2015）37：777-784.

[6]Mustafa Ozdemir，Sltkl Kemal Ider， Mustafa Ilhan Gokler.Experimental and numerical investigation of comparability of whiplash sled test results[C]. J Braz. Soc. Mech. Sci. Eng. （2016）38：395-402.

[7]李勛，李永剛，王庭槐等. 基于2021版和2015版C-NCAP的某駕駛員座椅鞭打試驗(yàn)對(duì)比分析及改進(jìn)[J]. 汽車科技， 2021年第1期：75-81.

[8]寧成業(yè)，楊平，胡祥玲等. 基于C-NCAP 的座椅鞭打性能研究及改進(jìn)[J]. 中國(guó)汽車，2019. 28-32.

[9]胡遠(yuǎn)志，胡源源，劉西等.基于LS-DYNA 的某座椅鞭打性能分析和優(yōu)化[J]. 重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)，第31卷第6期，2017：8-14.

[10]岳國(guó)輝，呂寶鋒，韓峰等.基于某座椅防揮鞭傷性能提升[J].汽車工程師，2016年第1期：39-43.

[11]孔德偉，馬良，胡祥. 某車型座椅鞭打性能研究[J]. 中國(guó)汽車，2020：4-9.

[12]張程.汽車座椅揮鞭傷性能要求及提升方案[J]. 汽車工程師，2021年第1期：51-54.

[13]趙建新. 汽車座椅開(kāi)發(fā)中鞭打性能的改善研究[J]. 機(jī)電信息2017年第21期：109-112.