汽车座椅鞭打性能提升方法

汽车技术不断进步，人们对于汽车的被动安全要求越来越高。最初只要求汽车保障乘客的生命安全，现在汽车整椅对于降低伤害要求越来越高。追尾是一个常见的交通事故，追尾事故大部分情况下不能造成乘客十分严重伤害，因此人们对于汽车追尾事故的重视程度也不够高。当汽车发生追尾时，被追尾汽车的乘客躯干会受到座椅的推动而向前，头部由于惯性作用运动相对滞后，此时颈部会产生一个挥鞭的动作，会对颈部造成伤害，此伤害虽然每次都较小，但长期受到伤害，也会对颈部造成较大损伤。

近年来，欧美已将鞭打试验纳入考核指标，中国也在2012年将鞭打试验纳入C-NCAP考核体系。C-NCAP 2018版鞭打实验评分细则见表1。

从表1可看出，鞭打实验指标较多，由于后3项指标一般车型相对失分较少，因此本文不进行分析。本文主要分析通过改变头枕位置、头枕强度、骨架强度、发泡硬度对其它指标的提升。

追尾事故发生之后，乘客在惯性作用下会向后发生倾斜，此时座椅靠背会支撑人体躯干阻止其向后倾斜，然而人体头部由于与头枕存在间隙不能得到支撑，头部会向后发生偏转。头部相对颈椎向后运动，产生了X向的剪切力F_X，此时头部对颈椎还有拉伸作用，便产生了Z向拉力FZ，此时头部以上颈椎为轴向后旋转，形成了扭矩MY。下颈椎与头部运动方式与此类似，便形成了上颈部F_X、F_Z、M_Y。头部以及颈椎相对于胸部发生了相对运动，颈部受到损伤便产生了NIC。

2.1 NIC提升方法

颈部伤害指数NIC是指枕骨铰链相对胸部加速度T1的水平加速度的相对值以及速度的相对值。

公式中，加速度项axrel（t）占据主导作用[1]，因此只需要降低头部与胸部加速度差值便可以降低NIC的分值。降低NIC分值主要有以下几种方式。

1） 降低头后间隙。降低头后间隙，可使人体头部与座椅头枕第1次接触时间CT变短，头部可以更加快速地得到支撑，头部得到支撑可以降低头部与胸部相对速度以及相对加速度，从而减小NIC值。某车型为了提升NIC值便将头后间隙从初始的59mm改变为26mm[1]。

2） 降低靠背发泡硬度。降低靠背发泡硬度可使胸部向后运动距离增大，缩短胸部获得向前加速度与头部获得向前加速度差值，从而减小NIC值。

3） 提升骨架强度。假人接触到靠背时，如果骨架强度不足，假人会引起靠背变形，靠背变形会增大头后间隙，头后间隙增大，会使头部与头枕第1次接触时间CT变大，从而增大NIC值。

4） 改变头枕杆倾斜角度。使头枕杆向前倾斜，可以使头部更快获得支撑，从而获得向前加速度，达到降低与胸部加速度差值的目的，从而减小NIC值。

5） 降低靠背骨架上部刚性

2.2 上颈部载荷提升方法

1） 增大假人与座椅靠背摩擦。增大假人与靠背摩擦，可降低假人沿靠背向上滑移距离，从而显著降低上颈部扭矩M_Y。某车型便通过增大假人与座椅的摩擦力，上颈部扭矩最大值从21.2N·m减小到10.2N·m，从而使上颈部载荷大大降低[2]。

2） 降低头后间隙。降低头后间隙便能使头部更早获得支撑，使头部更快与假人躯干一同运动，这样便能降低上颈椎在X方向受力，从而降低F_X。头部与躯干更早同速运动，也能使颈椎受到拉伸较小，从而降低F_Z。与此同时，人体头部与颈椎的夹角变化也会降低，从而使头部绕颈椎旋转变小，而使M_Y降低。

3） 提高头枕高度。提高头枕高度，可以使头部绕颈椎旋转角度降低，从而减小上颈部M_Y。

4） 增大头枕刚度。头枕刚度高，向后变形便小，从而使假人头部X向位移减小以及颈椎受到拉伸较小，从而降低F_X、F_Z。增大头枕刚度一般有2种方法：①增大头枕杆直径；②在头枕杆上增加补强板。某车型便是通过上述两种方法，从而提升头枕刚度[1]。

5） 提升骨架强度。假人接触到靠背时，如果坐垫骨架或者靠背骨架强度不足，假人会引起骨架变形，骨架变形不仅会增大头后间隙，同时也会使假人颈椎发生弯曲变形，从而增大上颈部载荷。某车型一方面通过对坐垫骨架增加补强板，另一方面对坐垫的旋转结构的连接板进行增强从而达到了增强骨架强度的目的[1]。

随着追尾事故越来越频繁，主机厂对于鞭打实验越来越。鞭打性能与座椅众多结构性能息息相关，本文总结了提升鞭打性能的一些方法，主要包含：降低头后间隙、降低靠背发泡硬度、提升骨架强度、改变头枕杆倾斜角度、增大假人与座椅靠背摩擦、提高头枕高度、增大头枕刚度。这些方法都是相辅相成的，需要结合自身实际情况选择最优的方案来提升鞭打性能。希望本论文总结的这些方法，可以为座椅鞭打性能提升提供一些参考。