汽車座椅鞭打性能提升方法

[摘要] 鞭打實驗現已被各大主機廠重視，本文主要通過分析鞭打實驗的評分標準，總結出提升鞭打實驗的方法，希望可以為座椅鞭打性能的提升，提供一些參考。

[關鍵詞] 汽車座椅；鞭打；頸部傷害

中圖分類號：U463.836 " 文獻標志碼：A " " "文章編號：1003-8639（2023）06

收稿日期：2022-12-26

作者簡介：肖陽（1991—），男，碩士，主要從事汽車座椅研究的工作。

汽車技術不斷進步，人們對于汽車的被動安全要求越來越高。最初只要求汽車保障乘客的生命安全，現在汽車整椅對于降低傷害要求越來越高。追尾是一個常見的交通事故，追尾事故大部分情況下不能造成乘客十分嚴重傷害，因此人們對于汽車追尾事故的重視程度也不夠高。當汽車發生追尾時，被追尾汽車的乘客軀干會受到座椅的推動而向前，頭部由于慣性作用運動相對滯后，此時頸部會產生一個揮鞭的動作，會對頸部造成傷害，此傷害雖然每次都較小，但長期受到傷害，也會對頸部造成較大損傷。

1 "鞭打實驗評分細則

近年來，歐美已將鞭打試驗納入考核指標，中國也在2012年將鞭打試驗納入C-NCAP考核體系。C-NCAP 2018版鞭打實驗評分細則見表1。

從表1可看出，鞭打實驗指標較多，由于后3項指標一般車型相對失分較少，因此此文不進行分析。本文主要分析通過改變頭枕位置、頭枕強度、骨架強度、發泡硬度對其它指標的提升。

2 "鞭打實驗性能提升方案

追尾事故發生之后，乘客在慣性作用下會向后發生傾斜，此時座椅靠背會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，頭部會向后發生偏轉。頭部相對頸椎向后運動，產生了X向的剪切力FX，此時頭部對頸椎還有拉伸作用，便產生了Z向拉力Fz，此時頭部以上頸椎為軸向后旋轉，形成了扭矩My。下頸椎與頭部運動方式與此類似，便形成了上頸部FX、FZ、MY。頭部以及頸椎相對于胸部發生了相對運動，頸部受到損傷便產生了NIC。

2.1 "NIC提升方法

頸部傷害指數NIC是指枕骨鉸鏈相對胸部加速度T1的水平加速度的相對值以及速度的相對值。

NIC（t）=0.2arel x（t）+[vrel x（t）]2

公式中，加速度項arel x（t）占據主導作用[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速度以及相對加速度，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改變為26mm[1]。

2）降低靠背發泡硬度。降低靠背發泡硬度可使胸部向后運動距離增大，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）提升骨架強度。假人接觸到靠背時，如果骨架強度不足，假人會引起靠背變形，靠背變形會增大頭后間隙，頭后間隙增大，會使頭部與頭枕第1次接觸時間CT變大，從而增大NIC值。

4）改變頭枕桿傾斜角度。使頭枕桿向前傾斜，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動，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動，也能使頸椎受到拉伸較小，從而降低FZ。與此同時，人體頭部與頸椎的夾角變化也會降低，從而使頭部繞頸椎旋轉變小，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增大頭枕桿直徑；②在頭枕桿上增加補強板。某車型便是通過上述2種方法，從而提升頭枕剛度[1]。

5）提升骨架強度。假人接觸到靠背時，如果坐墊骨架或者靠背骨架強度不足，假人會引起骨架變形，骨架變形不僅會增大頭后間隙，同時也會使假人頸椎發生彎曲變形，從而增大上頸部載荷。某車型一方面通過對坐墊骨架增加補強板，另一方面對坐墊的旋轉結構的連接板進行增強從而達到了增強骨架強度的目的[1]。

3 "結束語

隨著追尾事故越來越頻繁，主機廠對于鞭打實驗越來越關注。鞭打性能與座椅眾多結構性能息息相關，本文總結了提升鞭打性能的一些方法，主要包含：降低頭后間隙、降低靠背發泡硬度、提升骨架強度、改變頭枕桿傾斜角度、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，需要結合自身實際情況選擇最優的方案來提升鞭打性能。希望本論文總結的這些方法，可以為座椅鞭打性能提升提供一些參考。

參考文獻：

[1]李常青. 某車型座椅鞭打性能提升研究[C]//2015中國汽車工程學會年會論文集，2015：545-549.

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

（9）：19-22.

（編輯 "凌 "波）