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淺談前排座椅在汽車(chē)側(cè)面碰撞中對(duì)乘員傷害的影響研究論文
引言
近年來(lái)汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，中國(guó)已成為汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)第一大國(guó)，2014 年汽車(chē)銷(xiāo)量達(dá)到2349 萬(wàn)輛，連續(xù)六年排名全球第一。隨車(chē)汽車(chē)保有量的增加，我國(guó)的交通事故及所造成的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失一直高居不下，尤其是事故發(fā)生頻率較高的側(cè)碰。由于我國(guó)城市道路的交叉路口以平面交叉為主，機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)混合交通現(xiàn)象極為嚴(yán)重，導(dǎo)致交通事故類(lèi)型中汽車(chē)側(cè)面碰撞的事故發(fā)生率極高，根據(jù)交通事故統(tǒng)計(jì)，側(cè)面碰撞是交通事故的主要形式，約占事故總數(shù)的30%，僅次于正面碰撞。由于汽車(chē)乘員艙側(cè)面車(chē)身強(qiáng)度相對(duì)于其他區(qū)域較弱，側(cè)圍缺少有效的吸收碰撞能量的裝置，且緩沖吸能的空間有限，側(cè)面碰撞往往對(duì)乘員產(chǎn)生較大的傷害。文章著重研究在側(cè)面碰撞中，座椅性能與側(cè)碰乘員傷害的相關(guān)聯(lián)系。
1 側(cè)面碰撞中乘員傷害機(jī)理分析
由于車(chē)身特有的結(jié)構(gòu)，側(cè)面碰撞緩沖空間很小。為了減少乘員在側(cè)面碰撞過(guò)程中受到的傷害，車(chē)身設(shè)計(jì)要充分考慮車(chē)身的強(qiáng)度與剛度之間的兼容性，既要保證乘員艙不要發(fā)生較大的變形，又要通過(guò)變形吸收盡可能多的能量。側(cè)面碰撞乘員保護(hù)的研究包括了兩方面的內(nèi)容：一是如何提高汽車(chē)的耐撞性，即在保證乘員安全空間的前提下，使得汽車(chē)被撞擊部位的塑性變形盡量大，吸收較多的能量，降低汽車(chē)減速度的峰值，緩解一次碰撞的強(qiáng)度，從而使傳遞到乘員的碰撞能量降低到最小;二是設(shè)計(jì)匹配合理的乘員約束系統(tǒng)，通過(guò)座椅、安全帶和氣囊的作用，減緩二次碰撞的強(qiáng)度，從而達(dá)到保護(hù)乘員的目的。
從側(cè)面碰撞力的傳遞途徑來(lái)看，座椅在力的傳遞過(guò)程中有著舉足輕重的作用。如果在碰撞過(guò)程中座椅不能保持其可靠性或者設(shè)計(jì)缺陷，對(duì)假人的傷害會(huì)存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。
2 汽車(chē)座椅在側(cè)碰中對(duì)乘員傷害的影響
2.1 座椅靠背
研究背景：在某轎車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)已確定且無(wú)側(cè)面氣囊的情況下，擬通過(guò)對(duì)座椅骨架及內(nèi)飾的優(yōu)化來(lái)達(dá)到提高側(cè)面碰撞性能。通過(guò)該車(chē)型50km 側(cè)面碰撞摸底試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，假人下肋骨位移為42.9mm，超過(guò)GB11551 中的要求，其他均滿(mǎn)足要求。試驗(yàn)后經(jīng)過(guò)查看座椅骨架，發(fā)現(xiàn)靠背兩側(cè)支架基本無(wú)變形，剛度較大，假人傷害可能受此影響。
通過(guò)原因分析，我們制定了方案一：靠背兩側(cè)支架鋼絲由8mm 改為5mm，靠背由鋼絲改為三根蛇形彈簧。試驗(yàn)后，假人下肋骨位移為24.91mm，改進(jìn)效果明顯，中肋骨位置35.18mm，比較正常，但是上肋骨位移沒(méi)有好轉(zhuǎn)，與摸底狀態(tài)基本一樣，仍然存在風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)查看座椅骨架，發(fā)現(xiàn)靠背兩側(cè)支架變形明顯，疑為假人背板及肋骨受力所致。在方案一的基礎(chǔ)上，我們制定了方案二：靠背兩側(cè)支架改為鋼板并在內(nèi)側(cè)增加了泡沫，靠背由鋼絲改為三根蛇形彈簧。試驗(yàn)后，假人下肋骨位移為15.87mm，效果進(jìn)一步改善，中肋骨位置34.28mm，基本正常，上肋骨位移為36.6，改進(jìn)效果明顯。
結(jié)合側(cè)面碰撞的特點(diǎn)，我們確定了優(yōu)化方案的思路，即通過(guò)改變座椅靠背骨架的結(jié)構(gòu)，使肋骨與車(chē)門(mén)發(fā)生接觸的時(shí)刻相對(duì)于盆骨盡可能晚些，達(dá)到減小肋骨傷害的目的。同時(shí)為了避免假人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與座椅側(cè)翼骨架產(chǎn)生較大的作用力，在不影響舒適性的前提下將座椅靠背及坐墊泡沫加硬，使假人的相對(duì)位置向前向上偏移，可有效地減小背板力的作用。
2.2 座椅的縱向位置
在C-NCAP 與E-NCAP 評(píng)價(jià)規(guī)程中，關(guān)于側(cè)面碰撞前排座椅的調(diào)節(jié)位置有所不同，C-NCAP 要求座椅調(diào)節(jié)到縱向行程的中間位置，ENCAP要求調(diào)節(jié)到理論R 點(diǎn)座椅狀態(tài)位置與最前端的中間位置。對(duì)于座椅設(shè)計(jì)R 點(diǎn)位置非座椅最后狀態(tài)位置的車(chē)輛，在進(jìn)行E-NCAP 測(cè)試是座椅位置比C-NCAP 測(cè)試的座椅位置靠前，會(huì)對(duì)假人的傷害值有什么影響呢?我們用同一款車(chē)型做了C-NCAP 與E-NCAP 側(cè)碰對(duì)比研究。
通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，座椅縱向位置越靠前，對(duì)假人傷害越不利。按照ENCAP規(guī)則測(cè)試時(shí)座椅位置比C-NCAP 測(cè)試靠前，假人傷害也相對(duì)較嚴(yán)重。
在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的碰撞測(cè)試時(shí)，座椅的縱向位置都有統(tǒng)一的要求，但在實(shí)際駕駛過(guò)程中，乘員要根據(jù)自己體型調(diào)節(jié)座椅的位置。根據(jù)車(chē)身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，理論上座椅縱向位置越靠近B 柱，越安全，越往前，車(chē)門(mén)的變形越大，對(duì)乘員的傷害就越高。
2.3 座椅高低位置
在C-NCAP 評(píng)價(jià)規(guī)程中側(cè)面碰撞前排座椅的高度調(diào)節(jié)位置，要求調(diào)節(jié)到中間位置或設(shè)計(jì)位置，兩個(gè)位置會(huì)對(duì)假人的傷害值有什么影響呢?我們用同一款車(chē)型做了C-NCAP 測(cè)試規(guī)則座椅不同高度位置的對(duì)比研究。
通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，座椅垂直位置越高，對(duì)假人傷害越不利。在進(jìn)行碰撞測(cè)試時(shí)，座椅的高低位置直接決定了假人的姿態(tài)，即假人的肋骨、腹部與車(chē)門(mén)內(nèi)飾板的接觸位置，設(shè)計(jì)上是盡量避免肋骨與內(nèi)飾板、扶手等突出的位置接觸。
2.4 座椅固定點(diǎn)
由于座椅固定的不夠牢固，某款車(chē)型在側(cè)面碰撞測(cè)試過(guò)程中螺栓被拉脫，致使座椅狀態(tài)發(fā)生較大的變形，不能更好地約束假人，假人下肋骨位移超過(guò)42mm，因此座椅固定點(diǎn)也是影響側(cè)碰性能因素之一。
3 結(jié)束語(yǔ)
氣囊、安全帶等對(duì)乘員起到重要的至關(guān)重要的保護(hù)作用，通過(guò)文章的分析，座椅系統(tǒng)的對(duì)安全的作用也不可忽視，座椅的骨架剛度、形式及座位的位置等都直接影響乘員傷害的程度。設(shè)計(jì)座椅時(shí)建議從以下幾個(gè)方面考慮：
(1)座椅靠背兩側(cè)支架為吸能件，應(yīng)考慮在一定條件下可以潰縮。
(2)座椅靠背彈簧的形式、數(shù)量及間距等設(shè)計(jì)，對(duì)于降低乘員傷害值作用也很大，因此設(shè)計(jì)時(shí)予以重點(diǎn)考慮。
(3)座椅的相對(duì)位置關(guān)系也直接影響乘員的傷害程度，從設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該從安全、人機(jī)等多方面考慮，盡量避免乘員肋骨與內(nèi)飾板、扶手等突出的位置接觸，后期在安全性能開(kāi)發(fā)過(guò)程中會(huì)起到事半功倍的效果，不僅可以減少成本，還可以節(jié)省時(shí)間。
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