關于汽車座椅吸能性評級的研究說明
瀏覽次數(shù)：2383發(fā)布日期：2025-03-23
汽車座椅作為車內(nèi)重要的部件，是與座艙乘員直接接觸的部件之一，起到支撐、保護乘員等作用。目前，世界各國對汽車座椅對乘員的保護均有相應要求，且均包含了吸能性試驗要求。按照目前行業(yè)對評價指標細化的需求，研究人員按照當前通用的試驗方法，對不同類型的座椅進行了吸能性試驗，并通過對吸能結果的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)其結果符合正態(tài)分布情況。通過結合上一年度數(shù)據(jù)試驗結果正態(tài)分布的情況，進一步細化了吸能性等級評價。
引言
汽車座艙作為與乘員直接接觸的零部件，對乘員的保護起到至關重要的作用。目前在乘用車領域，汽車座椅靠背及頭枕的吸能性試驗是世界主流汽車座椅標準中的必測項目[1-2]。同時，在商用車、校車等不同類型車輛中，也有相關吸能性的明確要求。不同地區(qū)的法規(guī)、標準，及其對應的不同類型的乘員，導致了試驗設備、工具、試驗結果要求會存在不同的差異。本文主要以《汽車座椅、座椅固定裝置及頭枕強度要求和試驗方法》（GB 15083-2019）、《汽車座椅頭枕強度要求和試驗方法》（GB 11550-2009） 和歐盟《關于車輛座椅、座椅固定裝置及頭枕認證的統(tǒng)一規(guī)定》（UN R17） 等標準規(guī)定的試驗方法為基礎，研究在中國生產(chǎn)并且在中國及歐盟上市的部分乘用車座椅的吸能性能。并且通過試驗及其數(shù)據(jù)分析，結合標準要求劃定座椅吸能性能等級，為后續(xù)標準的等級劃分、評定座椅吸能等級提供參考數(shù)據(jù)。
相關研究
座椅及其頭枕作為碰撞發(fā)生時保護人體的重要零部件，目前各個國家和地區(qū)都有相關法規(guī)，同時也有不少研究人員做了相關的研究。孫晶[3]使用建模仿真的方法，對汽車座椅頭枕吸能性進行了研究：對座椅頭枕軟墊進行優(yōu)化分析；對頭枕前后襯墊的密度、厚度、包裹度進行分析試驗，并對座椅頭枕的結構進行二次分析，得到襯墊各因素參數(shù)。通過研究座椅頭枕減速度的吸能性，得到最終的優(yōu)秀設計方案。范平清等[4]、陳明剛等[5]、李劼等[6] 以《汽車座椅頭枕強度要求和試驗方法》標準為基礎，分別對頭枕進行了有限元分析、試驗分析，研究了影響座椅頭枕吸能性能的主要因素。
雖然已有不少研究人員對座椅頭枕進行了相關的研究，但是只是針對產(chǎn)品本身及法規(guī)要求，并沒有對法規(guī)所要求的數(shù)據(jù)繼續(xù)深入研究分析。而作為標準內(nèi)規(guī)定的參考數(shù)值對于標準本身以及行業(yè)從業(yè)人員具有重要的參考意義。本文將基于上述標準的量產(chǎn)車型座椅及頭枕的測試數(shù)據(jù)進一步研究吸能性能等級。座椅結構的差異對座椅及頭枕的吸能性會有一定的影響。同樣，頭枕吸能性也會受到結構的影響。根據(jù)座椅與頭枕的關系，頭枕可以分為整體式、可拆式和分體式。目前常見的座椅頭枕通常安裝在座椅上，也是本文的主要研究對象。根據(jù)調(diào)節(jié)功能情況，頭枕還可分為可調(diào)和不可調(diào)頭枕。目前頭枕調(diào)節(jié)方式有高度調(diào)節(jié)、前后調(diào)節(jié)、旋轉調(diào)節(jié)等。由于不同類型的調(diào)節(jié)狀態(tài)對吸能結果會有較大差異，因而按照標準要求，試驗過程中須將座椅頭枕調(diào)節(jié)至不利的狀態(tài)。GB 15083—2019、GB 11550—2009 和UN R17 中關于座椅吸能性試驗的要求是一致的。吸能性試驗采用重量為6.8 kg、直徑為165 mm的模擬頭型，對座椅的前表面以及存在后排乘員的座椅后面進行吸能試驗。其中，座椅背部吸能區(qū)域主要是區(qū)域一和曲率半徑在2.5~5 mm的區(qū)域二。座椅前部吸能為頭模沿水平方向，以速度（V） 為24.1 km/h 的速度撞擊頭枕表面；座椅后部吸能為頭模沿與水平面成45°角方向，以速度（V）為24.1km/h 的速度撞擊座椅后表面區(qū)域一或者區(qū)域二的對應位置。并且，按照標準要求，加速度傳感器需要根據(jù)撞擊頭模的中心，對稱分布于兩側，加速度值結果取兩個加速度的平均值為最終結果。按照標準要求，頭型減速度超過80 g的時間不大于3 ms則為合格。 為了研究數(shù)據(jù)的合理性，本文選取的全部檢測數(shù)據(jù)均來源于已經(jīng)上市車型的吸能試驗數(shù)據(jù)，既包含了M類乘用車，例如轎車、多用途乘用車以及MPV 車型，也包含了N類車的座椅及頭枕吸能性數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)均為符合標準要求，不符合標準要求的檢驗結果不在本文研究的范圍內(nèi)。按照本文描述的試驗方法進行試驗后，本文選取了100 組試驗結果的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。將上述100 組數(shù)據(jù)按照從小到大進行排序，通過分組可以發(fā)現(xiàn)一些明顯的規(guī)律。將組別分為6 組，并統(tǒng)計每一組別內(nèi)實際產(chǎn)生的頻數(shù)，以及在本統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的實際概率，如表1所示。
通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，上述頭枕吸能試驗的結果數(shù)據(jù)存在一定的對稱，并且本試驗的結果與正態(tài)分布特征契合度很高。進一步計算可得到本組數(shù)據(jù)的平均值為38.80，標準偏差為12.93，偏度為0.33。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，研究人員分別計算得到每一個組別對應的正態(tài)值，其結果如表1所示。根據(jù)表1 數(shù)據(jù)，以組別為橫坐標，以實際頻數(shù)和正態(tài)值為縱坐標作圖可得到圖1。其形態(tài)與正態(tài)分布形態(tài)一致，為明顯的鐘形曲線。但是由于本次樣本數(shù)量過少，因此未能得到更完整和準確的正態(tài)分布公式。但是，研究人員認為，對于本文的研究工作，該部分數(shù)據(jù)和已經(jīng)得到的分布類型已經(jīng)足夠進行接下來的工作。如前文所述，本文主要是通過對試驗及其數(shù)據(jù)分析，結合標準要求劃定座椅吸能性能等級。座椅吸能評級方法既能體現(xiàn)結果差異但又不至于太繁雜而不便于操作。為了評級效果更為科學，評級數(shù)據(jù)應采用上一年度該試驗結果進行計算，所選取數(shù)據(jù)應當是隨機且不低于上一年度數(shù)據(jù)的80%。若整體數(shù)據(jù)量不大，為數(shù)據(jù)有效， 所選數(shù)據(jù)至少應不低于500組。首先，通過上一年度測試數(shù)據(jù)的結果得出其正態(tài)分布的特征數(shù)據(jù)，根據(jù)特征數(shù)據(jù)可以得到正態(tài)分布情況。其次，根據(jù)上一年度數(shù)據(jù)的正態(tài)分布情況，對需要評級的試驗結果計算其在上一年度分布中所處的位置，并按照下表的分級進行評分。表2 展示了具體等級對應的評分以及等級劃分的依據(jù)。本研究的等級劃分沒有直接使用上一年度總體試驗數(shù)據(jù)的前百分之多少計算，主要是考慮到數(shù)據(jù)的分布情況為明顯的正態(tài)分布，若直接采用往年數(shù)據(jù)的百分比數(shù)據(jù)，其真實的分布情況會存在失真現(xiàn)象，導致評分分級出現(xiàn)爭議。此外，等級也沒有使用簡單的具體數(shù)值來進行劃分，以有利于行業(yè)水平的不斷改進并體現(xiàn)某一產(chǎn)品在行業(yè)中所處的位置，更利于行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。本文主要以我國和歐盟相關標準規(guī)定的試驗方法為基礎，研究在中國生產(chǎn)并且在中國及歐盟上市的乘用車座椅的吸能性能。通過試驗及其數(shù)據(jù)分析，確定了檢測數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，通過結合上一年度試驗結果的正態(tài)分布情況確定了劃定座椅吸能性能等級的具體操作細節(jié)，為后續(xù)標準的等級劃分、評定座椅吸能等級提供參考數(shù)據(jù)。本文對試驗結果數(shù)據(jù)的分析過程可用于類似的測試結果分布情況的分析，并可以直接將該分級方法用于其他零部件評級。
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