浅谈前排座椅在汽车侧面碰撞中对乘员伤害的影响研究论文

　　引言

近年来汽车工业的快速发展，中国已成为汽车产销第一大国，2014 年汽车销量达到2349 万辆，连续六年排名全球第一。随车汽车保有量的增加，我国的交通事故及所造成的人员伤亡及财产损失一直高居不下，尤其是事故发生频率较高的侧碰。由于我国城市道路的交叉路口以平面交叉为主，机动车、非机动车混合交通现象极为严重，导致交通事故类型中汽车侧面碰撞的事故发生率极高，根据交通事故统计，侧面碰撞是交通事故的主要形式，约占事故总数的30%，仅次于正面碰撞。由于汽车乘员舱侧面车身强度相对于其他区域较弱，侧围缺少有效的吸收碰撞能量的装置，且缓冲吸能的空间有限，侧面碰撞往往对乘员产生较大的伤害。文章着重研究在侧面碰撞中，座椅性能与侧碰乘员伤害的相关联系。

　　1 侧面碰撞中乘员伤害机理分析

由于车身特有的结构，侧面碰撞缓冲空间很小。为了减少乘员在侧面碰撞过程中受到的伤害，车身设计要充分考虑车身的强度与刚度之间的兼容性，既要保证乘员舱不要发生较大的变形，又要通过变形吸收尽可能多的能量。侧面碰撞乘员保护的研究包括了两方面的内容：一是如何提高汽车的耐撞性，即在保证乘员安全空间的前提下，使得汽车被撞击部位的塑性变形尽量大，吸收较多的能量，降低汽车减速度的峰值，缓解一次碰撞的强度，从而使传递到乘员的碰撞能量降低到最小;二是设计匹配合理的乘员约束系统，通过座椅、安全带和气囊的作用，减缓二次碰撞的强度，从而达到保护乘员的目的。

从侧面碰撞力的传递途径来看，座椅在力的传递过程中有着举足轻重的作用。如果在碰撞过程中座椅不能保持其可靠性或者设计缺陷，对假人的伤害会存在较大的风险。

　　2 汽车座椅在侧碰中对乘员伤害的影响

　　2.1 座椅靠背

研究背景：在某轿车车身结构已确定且无侧面气囊的情况下，拟通过对座椅骨架及内饰的优化来达到提高侧面碰撞性能。通过该车型50km 侧面碰撞摸底试验数据分析，假人下肋骨位移为42.9mm，超过GB11551 中的要求，其他均满足要求。试验后经过查看座椅骨架，发现靠背两侧支架基本无变形，刚度较大，假人伤害可能受此影响。

通过原因分析，我们制定了方案一：靠背两侧支架钢丝由8mm 改为5mm，靠背由钢丝改为三根蛇形弹簧。试验后，假人下肋骨位移为24.91mm，改进效果明显，中肋骨位置35.18mm，比较正常，但是上肋骨位移没有好转，与摸底状态基本一样，仍然存在风险。通过查看座椅骨架，发现靠背两侧支架变形明显，疑为假人背板及肋骨受力所致。在方案一的基础上，我们制定了方案二：靠背两侧支架改为钢板并在内侧增加了泡沫，靠背由钢丝改为三根蛇形弹簧。试验后，假人下肋骨位移为15.87mm，效果进一步改善，中肋骨位置34.28mm，基本正常，上肋骨位移为36.6，改进效果明显。

结合侧面碰撞的特点，我们确定了优化方案的思路，即通过改变座椅靠背骨架的结构，使肋骨与车门发生接触的时刻相对于盆骨尽可能晚些，达到减小肋骨伤害的目的。同时为了避免假人在运动过程中与座椅侧翼骨架产生较大的作用力，在不影响舒适性的前提下将座椅靠背及坐垫泡沫加硬，使假人的相对位置向前向上偏移，可有效地减小背板力的'作用。

　　2.2 座椅的纵向位置

在C-NCAP 与E-NCAP 评价规程中，关于侧面碰撞前排座椅的调节位置有所不同，C-NCAP 要求座椅调节到纵向行程的中间位置，ENCAP要求调节到理论R 点座椅状态位置与最前端的中间位置。对于座椅设计R 点位置非座椅最后状态位置的车辆，在进行E-NCAP 测试是座椅位置比C-NCAP 测试的座椅位置靠前，会对假人的伤害值有什么影响呢?我们用同一款车型做了C-NCAP 与E-NCAP 侧碰对比研究。

通过试验发现，座椅纵向位置越靠前，对假人伤害越不利。按照ENCAP规则测试时座椅位置比C-NCAP 测试靠前，假人伤害也相对较严重。

在进行标准的碰撞测试时，座椅的纵向位置都有统一的要求，但在实际驾驶过程中，乘员要根据自己体型调节座椅的位置。根据车身结构的特点，理论上座椅纵向位置越靠近B 柱，越安全，越往前，车门的变形越大，对乘员的伤害就越高。

　　2.3 座椅高低位置

在C-NCAP 评价规程中侧面碰撞前排座椅的高度调节位置，要求调节到中间位置或设计位置，两个位置会对假人的伤害值有什么影响呢?我们用同一款车型做了C-NCAP 测试规则座椅不同高度位置的对比研究。

通过试验发现，座椅垂直位置越高，对假人伤害越不利。在进行碰撞测试时，座椅的高低位置直接决定了假人的姿态，即假人的肋骨、腹部与车门内饰板的接触位置，设计上是尽量避免肋骨与内饰板、扶手等突出的位置接触。

　　2.4 座椅固定点

由于座椅固定的不够牢固，某款车型在侧面碰撞测试过程中螺栓被拉脱，致使座椅状态发生较大的变形，不能更好地约束假人，假人下肋骨位移超过42mm，因此座椅固定点也是影响侧碰性能因素之一。

　　3 结束语

气囊、安全带等对乘员起到重要的至关重要的保护作用，通过文章的分析，座椅系统的对安全的作用也不可忽视，座椅的骨架刚度、形式及座位的位置等都直接影响乘员伤害的程度。设计座椅时建议从以下几个方面考虑：

(1)座椅靠背两侧支架为吸能件，应考虑在一定条件下可以溃缩。

(2)座椅靠背弹簧的形式、数量及间距等设计，对于降低乘员伤害值作用也很大，因此设计时予以重点考虑。

(3)座椅的相对位置关系也直接影响乘员的伤害程度，从设计之初就应该从安全、人机等多方面考虑，尽量避免乘员肋骨与内饰板、扶手等突出的位置接触，后期在安全性能开发过程中会起到事半功倍的效果，不仅可以减少成本，还可以节省时间。