汽車座椅鞭打試驗綜述

張楚云

摘要：追尾事故在汽車交通事故中占有很高比例，通過鞭打試驗對追尾事故進行研究，提升汽車座椅安全性，降低駕乘人員在追尾事故中受到的傷害。本文通過介紹汽車座椅鞭打試驗的發(fā)展、試驗評分和試驗方法以及鞭打改善的措施，讓讀者知曉汽車座椅鞭打試驗。

Abstract： Rear-end collisions account for a high proportion of automobile traffic accidents. This paper studies the rear-end collisions through whiplash test. In order to improve the safety of car seats and reduce the injuries of drivers and passengers in the rear-end collisions. This paper introduces the development of whiplash test， test score， test method and improvement measures of whiplash test to let readers know about whiplash test of car seats.

關(guān)鍵詞：汽車座椅;鞭打試驗;C-NCAP;鞭打提升

Key words： car seats;whiplash test;C-NCAP;whiplash improvement

中圖分類號：U471.21? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0198-02

0? 引言

我國汽車行業(yè)伴隨著我國經(jīng)濟的快速提升而飛速發(fā)展，在2020年我國汽車產(chǎn)量2522.5萬輛，汽車銷售量2531.1萬輛，汽車年產(chǎn)銷量連續(xù)12年位居全球汽車行業(yè)第一。此外，查詢我國交通管理局最新消息，在2020年我國機動車保有量已達(dá)3.72億輛，這其中汽車保有量是2.81億輛。同時，我國汽車駕駛員達(dá)4.18億人，在2020年新領(lǐng)證駕駛員2231萬人[1]。

汽車在給我們提供方便和駕駛快樂的同時，出現(xiàn)的交通事故也同樣帶來了許多傷害。在汽車交通事故中追尾事故有著較高的發(fā)生概率，雖然追尾事故造成的死亡人數(shù)比例較小，但因其受傷的人數(shù)卻占有很高的比例，并且受傷后很難痊愈[2]。在發(fā)生追尾交通事故時，被追尾的汽車會因較大的加速度而向前移動，駕乘人員的軀干此時會隨著座椅繼續(xù)向前。因為慣性作用的原因，駕乘人員的頭部會出現(xiàn)滯后，這種軀干和頭部運動的錯位會使得駕乘人員頸部遭受非常大的拉伸力，駕乘人員頭部如同“鞭梢”被頸部甩向軀干后方，發(fā)生的這種現(xiàn)象我們稱為“揮鞭效應(yīng)”[3]。揮鞭效應(yīng)會對頸部造成傷害且不易痊愈，其產(chǎn)生的傷害已成為最嚴(yán)重的交通事故次要傷害之一。

1? 鞭打試驗評分

1.1 鞭打試驗發(fā)展

自1979年美國啟用NCAP評價體系開始，汽車消費者們逐漸開始關(guān)注并去了解汽車安全性[4]。為了降低“揮鞭傷”對頸部造成的傷害，中國汽車技術(shù)研究中心于2006年正式發(fā)布了第一版C-NCAP。并且在2012年版本中正式增加了“鞭打試驗”。此后，C-NCAP進行了多次更新和完善，推出了2015年版和2018年版。目前使用的C-NCAP（2018年版）在2018年7月1日正式實施。

此外《C-NCAP管理規(guī)則（2021年版）》已經(jīng)在2020年8月25日正式發(fā)布，將在2022年1月1日正式實施，2021年版首次增加了第二排鞭打試驗要求，進一步關(guān)注全車駕乘人員頸部安全。C-NCAP增加“鞭打試驗”評價項目，促使汽車企業(yè)關(guān)注駕乘人員在追尾事故中受到的傷害，重視駕乘人員頸部安全，進一步改進汽車座椅安全設(shè)計，提升整車安全性。

1.2 鞭打試驗評分標(biāo)準(zhǔn)

在2021年版中，座椅鞭打試驗滿分為5分。評價分?jǐn)?shù)通過安裝在試驗假人身上傳感器測得的鞭打試驗傷害指數(shù)進行評價。試驗假人傳感器測量數(shù)據(jù)有以下三組：第一組是傳感器測量的假人頭部和胸部加速度值計算出的頸部傷害指數(shù)（NIC），該組滿分為2分;第二組是假人上頸部的載荷（FX+/FZ+）和扭矩（MY），該組滿分1.5分;第三組是假人下頸部的載荷（FX+/FZ+）和扭矩（MY），該組滿分1.5分。鞭打試驗評分同時設(shè)定三組罰分項：第一組是座椅靠背最大動態(tài)張角不滿足要求，扣2分;第二組是頭枕干涉頭部空間不滿足要求，扣2分;第三組是座椅滑軌動態(tài)位移不滿足要求，扣5分。鞭打試驗最終得分的最低分是0分，無負(fù)分。在2021版的C-NCAP中新增加第二排座椅鞭打試驗，評分方式與駕駛座評分一致，最終得分需要乘以0.4，因此第二排鞭打試驗滿分為2分。

頸部傷害值（NIC）是根據(jù)試驗假人頭部加速度和胸部T1加速度計算得出，其中高性能限值：8m2/s2;低性能限值：30m2/s2。上頸部載荷包含上頸部剪切力FX+、上頸部拉力FZ+，其中上頸部剪切力Fx+高性能限值：340N;低性能限值：730N;上頸部拉力Fz+高性能限值：475N;低性能限值：1130N;上頸部扭矩MY高性能限值：12N.m;低性能限值：40N.m。下頸部載荷包含下頸部剪切力FX+、下頸部拉力FZ+，其中下頸部剪切力FX+高性能限值：340N;低性能限值：730N;下頸部拉力FZ+高性能限值：257N;低性能限值：1480N;上頸部扭矩MY高性能限值：12N.m;低性能限值：40N.m。鞭打試驗評分基于以上7個評價指標(biāo)，試驗標(biāo)準(zhǔn)中的高性能限值和低性能限值，分別得分是滿分和0分。如果這個7個評價指標(biāo)試驗測得的數(shù)值位于高、低性能之間，則需要使用線性插值計算進行得分換算，并且所有的得分均需要保留三位小數(shù)。

座椅靠背動態(tài)張角是通過試驗影像進行評價，在試驗過程中靠背張角最大變化量需要小于25.5°，否則進行罰分。頭枕干涉頭部空間是通過調(diào)節(jié)測量座椅進行評價，不允許出現(xiàn)座椅頭枕與HRMD干涉情況，否則進行罰分。座椅滑軌動態(tài)位移同時試驗影像進行評價，在動態(tài)試驗過程中，要求滑軌位移最大值小于20mm，否則進行罰分。

2? 鞭打試驗方法

2.1 鞭打試驗設(shè)置

根據(jù)2021年版鞭打試驗方法，將駕駛員座椅和相關(guān)約束裝置模擬原車，固定安裝在試驗移動滑車上，其中，試驗移動滑車以特定的加速度波形進行發(fā)射，其速度變化范圍是20.0±1.0km/h，模擬汽車追尾交通事故。在試驗座椅上擺放BioRID Ⅱ型試驗假人，通過假人身上的傳感器測量其頸部傷害指標(biāo)的數(shù)值大小，用以確定駕乘人員頸部被汽車座椅頭枕的保護情況[5]。此外，第二排座椅的鞭打試驗方法同前排座椅試驗方法，第二排左右側(cè)位置隨機選取放置BioRID Ⅱ型假人，測量試驗過程中假人頸部傷害情況，如圖1鞭打試驗示意。

2.2 試驗座椅狀態(tài)

鞭打試驗使用的座椅，是由C-NCAP管理中心從被試驗汽車品牌的汽車經(jīng)銷商處進行采購，然后在現(xiàn)場從購買的實車上拆下。試驗座椅到達(dá)實驗室后，需對試驗座椅的外觀、型號和基本參數(shù)確認(rèn)后，進行拍照記錄留存。

對于前后可以調(diào)節(jié)座椅，試驗座椅前后調(diào)節(jié)至中間位置，如果不能調(diào)節(jié)到前后的中間位置，則需要向后調(diào)節(jié)到接近中間位置的鎖止位置。對于上下可以調(diào)節(jié)座椅，要求座椅調(diào)節(jié)到上下中間位置，如果不能調(diào)節(jié)到上下的中間位置，則需向下調(diào)節(jié)到接近中間位置的鎖止位置。座椅靠背調(diào)節(jié)需到滿足HPM裝置軀干角25±1°的范圍內(nèi)。頭枕高度調(diào)節(jié)至中間位置，如果中間位置無鎖止位置且向上10mm無鎖止位置，則需向下調(diào)節(jié)到下一鎖止位置。

2.3 試驗滑車試驗波形

《C-NCAP管理規(guī)則（2021年版）》要求加速度波形應(yīng)準(zhǔn)確的控制在0ms至170ms的時間范圍內(nèi)，以滿足試驗要求。其中試驗滑車的速度變化量應(yīng)控制在ΔV=20.0±1.0km/h，試驗滑車波形持續(xù)時間為ΔT=103±3ms。其中加速度波形的速度2021版與2018版一致，均為20.0±1.0km/h。相比2015版15.65±0.8km/h進行了提升，難度提高，這樣的速度能夠覆蓋到追尾事故中70%的傷害概率。表1加速度波形對比可以看出，最新的鞭打試驗，座椅試驗的速度提高，持續(xù)的時間加長。表明鞭打試驗的要求更加嚴(yán)格，試驗難度加大，對汽車座椅的安全性設(shè)計提出了更加嚴(yán)格的要求。

3? 鞭打試驗改善措施

明確鞭打的評分標(biāo)準(zhǔn)，在保證試驗座椅不罰分的情況下，提高鞭打得分即需要改善NIC、上頸部載荷（FX+/FZ+）和扭矩（MY）以及下頸部載荷（FX+/FZ+）和扭矩（MY）這7項傷害指標(biāo)試驗分值。改善措施主要有減小鞭打位置假人頭部和頭枕的X向距離，加快頭部的接觸時間，改善NIC、使頭枕高于假人頭部，改善頸部上拉力、增加假人的穿透性，改善NIC、增加頭枕與靠背的剛度，改善頸部上拉力和NIC值。目前座椅上采用的主動式頭枕，就是利用了鞭打試驗研究成果，該頭枕可以在發(fā)生追尾事故時，在軀干與靠背的接觸過程中，頭枕能夠自動向前與駕乘人員頭部接觸，減小頭部和頭枕的X向距離和接觸時間，達(dá)到保護頸部的效果。較小的頭后間隙頭枕設(shè)計，但間隙過小會使得駕乘人員有頂頭的不適感，如果兼顧舒適性，一般推薦鞭打位置頭枕間25～35mm。

4? 結(jié)束語

隨著鞭打試驗標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，通過了解鞭打試驗的評分機制和試驗方法，研究改善鞭打得分的措施，為汽車座椅的安全性設(shè)計提供思路，降低因追尾事故對駕乘人員頸部造成的傷害，使汽車座椅起到更好的駕乘人員保護作用，使汽車更加安全。

參考文獻：

[1]中華人民共和國公安部，政府信息公開[EB/OL].https：//app.mps.gov.cn/gdnps/pc/content.jsp？id=7647257. 2021-01-07.

[2]李瑞生.某汽車座椅鞭打性能的研究與優(yōu)化[D].吉林：吉林大學(xué)，2016.

[3]孫嵐穎.某轎車座椅鞭打試驗性能研究及改進[J].汽車零部件，2013（4）：56-57，70.

[4]C-NCAP管理規(guī)則（2021年版）[S].天津：中國汽車技術(shù)研究中心，2021.

[5]黨雪，芒方銳，謝書港.等.某駕駛員座椅鞭打性能分析及優(yōu)化[J].機電工程，2015（2）：190-195.