關于汽車座椅吸能性評級的研究說明
瀏覽次數：220發布日期：2025-03-23
汽車座椅作為車內重要的部件，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據分析，發現其結果符合正態分布情況。通過結合上一年度數據試驗結果正態分布的情況，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。不同地區的法規、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一規定》（UN R17） 等標準規定的試驗方法為基礎，研究在中國生產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據分析，結合標準要求劃定座椅吸能性能等級，為后續標準的等級劃分、評定座椅吸能等級提供參考數據。
相關研究
座椅及其頭枕作為碰撞發生時保護人體的重要零部件，目前各個國家和地區都有相關法規，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。通過研究座椅頭枕減速度的吸能性，得到最終的優秀設計方案。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，但是只是針對產品本身及法規要求，并沒有對法規所要求的數據繼續深入研究分析。而作為標準內規定的參考數值對于標準本身以及行業從業人員具有重要的參考意義。本文將基于上述標準的量產車型座椅及頭枕的測試數據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。根據調節功能情況，頭枕還可分為可調和不可調頭枕。目前頭枕調節方式有高度調節、前后調節、旋轉調節等。由于不同類型的調節狀態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節至不利的狀態。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，座椅背部吸能區域主要是區域一和曲率半徑在2.5~5 mm的區域二。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域一或者區域二的對應位置。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。 為了研究數據的合理性，本文選取的全部檢測數據均來源于已經上市車型的吸能試驗數據，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據。所有數據均為符合標準要求，不符合標準要求的檢驗結果不在本文研究的范圍內。按照本文描述的試驗方法進行試驗后，本文選取了100 組試驗結果的數據進行統計。將上述100 組數據按照從小到大進行排序，通過分組可以發現一些明顯的規律。將組別分為6 組，并統計每一組別內實際產生的頻數，以及在本統計區域內出現的實際概率，如表1所示。
通過觀察可以發現，上述頭枕吸能試驗的結果數據存在一定的對稱，并且本試驗的結果與正態分布特征契合度很高。進一步計算可得到本組數據的平均值為38.80，標準偏差為12.93，偏度為0.33。根據上述數據，研究人員分別計算得到每一個組別對應的正態值，其結果如表1所示。根據表1 數據，以組別為橫坐標，以實際頻數和正態值為縱坐標作圖可得到圖1。其形態與正態分布形態一致，為明顯的鐘形曲線。但是由于本次樣本數量過少，因此未能得到更完整和準確的正態分布公式。但是，研究人員認為，對于本文的研究工作，該部分數據和已經得到的分布類型已經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據分析，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，評級數據應采用上一年度該試驗結果進行計算，所選取數據應當是隨機且不低于上一年度數據的80%。若整體數據量不大，為數據有效， 所選數據至少應不低于500組。首先，通過上一年度測試數據的結果得出其正態分布的特征數據，根據特征數據可以得到正態分布情況。其次，根據上一年度數據的正態分布情況，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。本研究的等級劃分沒有直接使用上一年度總體試驗數據的前百分之多少計算，主要是考慮到數據的分布情況為明顯的正態分布，若直接采用往年數據的百分比數據，其真實的分布情況會存在失真現象，導致評分分級出現爭議。此外，等級也沒有使用簡單的具體數值來進行劃分，以有利于行業水平的不斷改進并體現某一產品在行業中所處的位置，更利于行業的持續發展。本文主要以我國和歐盟相關標準規定的試驗方法為基礎，研究在中國生產并且在中國及歐盟上市的乘用車座椅的吸能性能。通過試驗及其數據分析，確定了檢測數據符合正態分布，通過結合上一年度試驗結果的正態分布情況確定了劃定座椅吸能性能等級的具體操作細節，為后續標準的等級劃分、評定座椅吸能等級提供參考數據。本文對試驗結果數據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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