淺談前排座椅在汽車側面碰撞中對乘員傷害的影響研究論文
引言
近年來汽車工業的快速發展，中國已成為汽車產銷第一大國，2014 年汽車銷量達到2349 萬輛，連續六年排名全球第一。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產損失一直高居不下，尤其是事故發生頻率較高的側碰。由於我國城市道路的交叉路口以平面交叉為主，機動車、非機動車混合交通現象極為嚴重，導致交通事故型別中汽車側面碰撞的事故發生率極高，根據交通事故統計，側面碰撞是交通事故的主要形式，約佔事故總數的30%，僅次於正面碰撞。由於汽車乘員艙側面車身強度相對於其他區域較弱，側圍缺少有效的吸收碰撞能量的裝置，且緩衝吸能的空間有限，側面碰撞往往對乘員產生較大的傷害。文章著重研究在側面碰撞中，座椅效能與側碰乘員傷害的相關聯絡。
1 側面碰撞中乘員傷害機理分析
由於車身特有的結構，側面碰撞緩衝空間很小。為了減少乘員在側面碰撞過程中受到的傷害，車身設計要充分考慮車身的強度與剛度之間的相容性，既要保證乘員艙不要發生較大的變形，又要透過變形吸收儘可能多的能量。側面碰撞乘員保護的研究包括了兩方面的內容：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儘量大，吸收較多的能量，降低汽車減速度的峰值，緩解一次碰撞的強度，從而使傳遞到乘員的碰撞能量降低到最小;二是設計匹配合理的乘員約束系統，透過座椅、安全帶和氣囊的作用，減緩二次碰撞的強度，從而達到保護乘員的目的。
從側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計缺陷，對假人的傷害會存在較大的風險。
2 汽車座椅在側碰中對乘員傷害的影響
2.1 座椅靠背
研究背景：在某轎車車身結構已確定且無側面氣囊的情況下，擬透過對座椅骨架及內飾的最佳化來達到提高側面碰撞效能。透過該車型50km 側面碰撞摸底試驗資料分析，假人下肋骨位移為42.9mm，超過GB11551 中的要求，其他均滿足要求。試驗後經過檢視座椅骨架，發現靠背兩側支架基本無變形，剛度較大，假人傷害可能受此影響。
透過原因分析，我們制定了方案一：靠背兩側支架鋼絲由8mm 改為5mm，靠背由鋼絲改為三根蛇形彈簧。試驗後，假人下肋骨位移為24.91mm，改進效果明顯，中肋骨位置35.18mm，比較正常，但是上肋骨位移沒有好轉，與摸底狀態基本一樣，仍然存在風險。透過檢視座椅骨架，發現靠背兩側支架變形明顯，疑為假人背板及肋骨受力所致。在方案一的基礎上，我們制定了方案二：靠背兩側支架改為鋼板並在內側增加了泡沫，靠背由鋼絲改為三根蛇形彈簧。試驗後，假人下肋骨位移為15.87mm，效果進一步改善，中肋骨位置34.28mm，基本正常，上肋骨位移為36.6，改進效果明顯。
結合側面碰撞的特點，我們確定了最佳化方案的思路，即透過改變座椅靠背骨架的結構，使肋骨與車門發生接觸的'時刻相對於盆骨儘可能晚些，達到減小肋骨傷害的目的。同時為了避免假人在運動過程中與座椅側翼骨架產生較大的作用力，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 評價規程中，關於側面碰撞前排座椅的調節位置有所不同，C-NCAP 要求座椅調節到縱向行程的中間位置，ENCAP要求調節到理論R 點座椅狀態位置與最前端的中間位置。對於座椅設計R 點位置非座椅最後狀態位置的車輛，在進行E-NCAP 測試是座椅位置比C-NCAP 測試的座椅位置靠前，會對假人的傷害值有什麼影響呢?我們用同一款車型做了C-NCAP 與E-NCAP 側碰對比研究。
透過試驗發現，座椅縱向位置越靠前，對假人傷害越不利。按照ENCAP規則測試時座椅位置比C-NCAP 測試靠前，假人傷害也相對較嚴重。
在進行標準的碰撞測試時，座椅的縱向位置都有統一的要求，但在實際駕駛過程中，乘員要根據自己體型調節座椅的位置。根據車身結構的特點，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，對乘員的傷害就越高。
2.3 座椅高低位置
在C-NCAP 評價規程中側面碰撞前排座椅的高度調節位置，要求調節到中間位置或設計位置，兩個位置會對假人的傷害值有什麼影響呢?我們用同一款車型做了C-NCAP 測試規則座椅不同高度位置的對比研究。
透過試驗發現，座椅垂直位置越高，對假人傷害越不利。在進行碰撞測試時，座椅的高低位置直接決定了假人的姿態，即假人的肋骨、腹部與車門內飾板的接觸位置，設計上是儘量避免肋骨與內飾板、扶手等突出的位置接觸。
2.4 座椅固定點
由於座椅固定的不夠牢固，某款車型在側面碰撞測試過程中螺栓被拉脫，致使座椅狀態發生較大的變形，不能更好地約束假人，假人下肋骨位移超過42mm，因此座椅固定點也是影響側碰效能因素之一。
3 結束語
氣囊、安全帶等對乘員起到重要的至關重要的保護作用，透過文章的分析，座椅系統的對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。設計座椅時建議從以下幾個方面考慮：
(1)座椅靠背兩側支架為吸能件，應考慮在一定條件下可以潰縮。
(2)座椅靠背彈簧的形式、數量及間距等設計，對於降低乘員傷害值作用也很大，因此設計時予以重點考慮。
(3)座椅的相對位置關係也直接影響乘員的傷害程度，從設計之初就應該從安全、人機等多方面考慮，儘量避免乘員肋骨與內飾板、扶手等突出的位置接觸，後期在安全效能開發過程中會起到事半功倍的效果，不僅可以減少成本，還可以節省時間。
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