汽车座椅作为车内重要的部件，是与座舱乘员直接接触的部件之一，起到支撑、保护乘员等作用。目前，世界各国对汽车座椅对乘员的保护均有相应要求，且均包含了吸能性试验要求。按照目前行业对评价指标细化的需求，研究人员按照当前通用的试验方法，对不同类型的座椅进行了吸能性试验，并通过对吸能结果的数据分析，发现其结果符合正态分布情况。通过结合上一年度数据试验结果正态分布的情况，进一步细化了吸能性等级评价。
引言
汽车座舱作为与乘员直接接触的零部件，对乘员的保护起到至关重要的作用。目前在乘用车领域，汽车座椅靠背及头枕的吸能性试验是世界主流汽车座椅标准中的必测项目[1-2]。同时，在商用车、校车等不同类型车辆中，也有相关吸能性的明确要求。不同地区的法规、标准，及其对应的不同类型的乘员，导致了试验设备、工具、试验结果要求会存在不同的差异。本文主要以《汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》（GB 15083-2019）、《汽车座椅头枕强度要求和试验方法》（GB 11550-2009） 和欧盟《关于车辆座椅、座椅固定装置及头枕认证的统一规定》（UN R17） 等标准规定的试验方法为基础，研究在中国生产并且在中国及欧盟上市的部分乘用车座椅的吸能性能。并且通过试验及其数据分析，结合标准要求划定座椅吸能性能等级，为后续标准的等级划分、评定座椅吸能等级提供参考数据。
相关研究
座椅及其头枕作为碰撞发生时保护人体的重要零部件，目前各个国家和地区都有相关法规，同时也有不少研究人员做了相关的研究。孙晶[3]使用建模仿真的方法，对汽车座椅头枕吸能性进行了研究：对座椅头枕软垫进行优化分析；对头枕前后衬垫的密度、厚度、包裹度进行分析试验，并对座椅头枕的结构进行二次分析，得到衬垫各因素参数。通过研究座椅头枕减速度的吸能性，得到最终的优秀设计方案。范平清等[4]、陈明刚等[5]、李劼等[6] 以《汽车座椅头枕强度要求和试验方法》标准为基础，分别对头枕进行了有限元分析、试验分析，研究了影响座椅头枕吸能性能的主要因素。
虽然已有不少研究人员对座椅头枕进行了相关的研究，但是只是针对产品本身及法规要求，并没有对法规所要求的数据继续深入研究分析。而作为标准内规定的参考数值对于标准本身以及行业从业人员具有重要的参考意义。本文将基于上述标准的量产车型座椅及头枕的测试数据进一步研究吸能性能等级。座椅结构的差异对座椅及头枕的吸能性会有一定的影响。同样，头枕吸能性也会受到结构的影响。根据座椅与头枕的关系，头枕可以分为整体式、可拆式和分体式。目前常见的座椅头枕通常安装在座椅上，也是本文的主要研究对象。根据调节功能情况，头枕还可分为可调和不可调头枕。目前头枕调节方式有高度调节、前后调节、旋转调节等。由于不同类型的调节状态对吸能结果会有较大差异，因而按照标准要求，试验过程中须将座椅头枕调节至不利的状态。GB 15083—2019、GB 11550—2009 和UN R17 中关于座椅吸能性试验的要求是一致的。吸能性试验采用重量为6.8 kg、直径为165 mm的模拟头型，对座椅的前表面以及存在后排乘员的座椅后面进行吸能试验。其中，座椅背部吸能区域主要是区域一和曲率半径在2.5~5 mm的区域二。座椅前部吸能为头模沿水平方向，以速度（V） 为24.1 km/h 的速度撞击头枕表面；座椅后部吸能为头模沿与水平面成45°角方向，以速度（V）为24.1km/h 的速度撞击座椅后表面区域一或者区域二的对应位置。并且，按照标准要求，加速度传感器需要根据撞击头模的中心，对称分布于两侧，加速度值结果取两个加速度的平均值为最终结果。按照标准要求，头型减速度超过80 g的时间不大于3 ms则为合格。 为了研究数据的合理性，本文选取的全部检测数据均来源于已经上市车型的吸能试验数据，既包含了M类乘用车，例如轿车、多用途乘用车以及MPV 车型，也包含了N类车的座椅及头枕吸能性数据。所有数据均为符合标准要求，不符合标准要求的检验结果不在本文研究的范围内。按照本文描述的试验方法进行试验后，本文选取了100 组试验结果的数据进行统计。将上述100 组数据按照从小到大进行排序，通过分组可以发现一些明显的规律。将组别分为6 组，并统计每一组别内实际产生的频数，以及在本统计区域内出现的实际概率，如表1所示。
通过观察可以发现，上述头枕吸能试验的结果数据存在一定的对称，并且本试验的结果与正态分布特征契合度很高。进一步计算可得到本组数据的平均值为38.80，标准偏差为12.93，偏度为0.33。根据上述数据，研究人员分别计算得到每一个组别对应的正态值，其结果如表1所示。根据表1 数据，以组别为横坐标，以实际频数和正态值为纵坐标作图可得到图1。其形态与正态分布形态一致，为明显的钟形曲线。但是由于本次样本数量过少，因此未能得到更完整和准确的正态分布公式。但是，研究人员认为，对于本文的研究工作，该部分数据和已经得到的分布类型已经足够进行接下来的工作。如前文所述，本文主要是通过对试验及其数据分析，结合标准要求划定座椅吸能性能等级。座椅吸能评级方法既能体现结果差异但又不至于太繁杂而不便于操作。为了评级效果更为科学，评级数据应采用上一年度该试验结果进行计算，所选取数据应当是随机且不低于上一年度数据的80%。若整体数据量不大，为数据有效， 所选数据至少应不低于500组。首先，通过上一年度测试数据的结果得出其正态分布的特征数据，根据特征数据可以得到正态分布情况。其次，根据上一年度数据的正态分布情况，对需要评级的试验结果计算其在上一年度分布中所处的位置，并按照下表的分级进行评分。表2 展示了具体等级对应的评分以及等级划分的依据。本研究的等级划分没有直接使用上一年度总体试验数据的前百分之多少计算，主要是考虑到数据的分布情况为明显的正态分布，若直接采用往年数据的百分比数据，其真实的分布情况会存在失真现象，导致评分分级出现争议。此外，等级也没有使用简单的具体数值来进行划分，以有利于行业水平的不断改进并体现某一产品在行业中所处的位置，更利于行业的持续发展。本文主要以我国和欧盟相关标准规定的试验方法为基础，研究在中国生产并且在中国及欧盟上市的乘用车座椅的吸能性能。通过试验及其数据分析，确定了检测数据符合正态分布，通过结合上一年度试验结果的正态分布情况确定了划定座椅吸能性能等级的具体操作细节，为后续标准的等级划分、评定座椅吸能等级提供参考数据。本文对试验结果数据的分析过程可用于类似的测试结果分布情况的分析，并可以直接将该分级方法用于其他零部件评级。
手机版
化工仪器网手机版
化工仪器网小程序
官方微信
公众号：chem17
扫码关注视频号
最新产品
采购中心
