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        前排座椅在汽車側(cè)面碰撞中對(duì)乘員傷害的影響研究

        2015-07-01 23:55:16張?jiān)?/span>王崇沈光勇
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年22期
        關(guān)鍵詞:安全性能座椅汽車

        張?jiān)? 王崇 沈光勇

        摘 要:汽車座椅是在汽車發(fā)生碰撞時(shí),對(duì)乘員進(jìn)行保護(hù)的重要組成部分。特別是在側(cè)面碰撞時(shí),座椅的性能及相關(guān)要求直接影響到了乘員的傷害程度。文章敘述了汽車側(cè)面碰撞的法規(guī)要求及典型碰撞形式,介紹了側(cè)碰安全性能的開發(fā)機(jī)理,并從座椅固定點(diǎn)、靠背、縱向位置及高低位置等幾個(gè)方面對(duì)側(cè)面碰撞安全性能的影響進(jìn)行闡述。

        關(guān)鍵詞:汽車;側(cè)面碰撞;安全性能;座椅

        引言

        近年來汽車工業(yè)的快速發(fā)展,中國已成為汽車產(chǎn)銷第一大國,2014年汽車銷量達(dá)到2349萬輛,連續(xù)六年排名全球第一。隨車汽車保有量的增加,我國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。由于我國城市道路的交叉路口以平面交叉為主,機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車混合交通現(xiàn)象極為嚴(yán)重,導(dǎo)致交通事故類型中汽車側(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。由于汽車乘員艙側(cè)面車身強(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)面碰撞過程中受到的傷害,車身設(shè)計(jì)要充分考慮車身的強(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:一是如何提高汽車的耐撞性,即在保證乘員安全空間的前提下,使得汽車被撞擊部位的塑性變形盡量大,吸收較多的能量,降低汽車減速度的峰值,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?。欢窃O(shè)計(jì)匹配合理的乘員約束系統(tǒng),通過座椅、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看,座椅在力的傳遞過程中有著舉足輕重的作用。如果在碰撞過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:在某轎車車身結(jié)構(gòu)已確定且無側(cè)面氣囊的情況下,擬通過對(duì)座椅骨架及內(nèi)飾的優(yōu)化來達(dá)到提高側(cè)面碰撞性能。通過該車型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GB11551中的要求,其他均滿足要求。試驗(yàn)后經(jīng)過查看座椅骨架,發(fā)現(xiàn)靠背兩側(cè)支架基本無變形,剛度較大,假人傷害可能受此影響。

        通過原因分析,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,但是上肋骨位移沒有好轉(zhuǎn),與摸底狀態(tài)基本一樣,仍然存在風(fēng)險(xiǎn)。通過查看座椅骨架,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,即通過改變座椅靠背骨架的結(jié)構(gòu),使肋骨與車門發(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,E-NCAP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)位置的車輛,在進(jìn)行E-NCAP測試是座椅位置比C-NCAP測試的座椅位置靠前,會(huì)對(duì)假人的傷害值有什么影響呢?我們用同一款車型做了C-NCAP與E-NCAP側(cè)碰對(duì)比研究。

        通過試驗(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E-NCAP規(guī)則測試時(shí)座椅位置比C-NCAP測試靠前,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,車門的變形越大,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?我們用同一款車型做了C-NCAP測試規(guī)則座椅不同高度位置的對(duì)比研究。

        通過試驗(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、腹部與車門內(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,某款車型在側(cè)面碰撞測試過程中螺栓被拉脫,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

        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,后期在安全性能開發(fā)過程中會(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。

        參考文獻(xiàn)

        [1]趙敏.汽車側(cè)碰安全性能設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].湖南大學(xué),2011.

        [2]陳曉東,朱西產(chǎn),等.汽車側(cè)面碰撞安全性的評(píng)價(jià)與改善[Z].中國汽車工程學(xué)會(huì)2003年學(xué)術(shù)年會(huì),2003.

        [3]沈海東,朱大勇,等.旨在側(cè)面碰撞乘員保護(hù)的轎車側(cè)面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].汽車工程,2009.

        作者簡介:張?jiān)疲?982,4-),男,籍貫:湖北鐘祥,職稱:工程師,研究方向:汽車安全。

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