汽車座椅防潛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

劉鵬，段小剛，楊興明

（1.東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院，武漢 430057；2.東風(fēng)李爾座椅汽車座椅有限公司，武漢 430056）

1 前言

座墊下潛是汽車正碰中的一種常見現(xiàn)象,它是指正碰過程中因座盆變形而引起的座墊前端向下塌陷的現(xiàn)象。座墊若下潛過大，座椅上的人體受到的傷害程度將加大[1]。

汽車座椅防潛保護(hù)系統(tǒng)的作用是在車輛突然制動(dòng)或前碰發(fā)生時(shí)，防止車內(nèi)乘員向前滑動(dòng)發(fā)生危險(xiǎn)狀況。因此，在前碰過程中，它是保護(hù)乘安全的重要組成部分。當(dāng)車輛發(fā)生前碰時(shí)，防潛裝置雖然能把人限制在座椅上減小向前的滑動(dòng)，從而降低人體傷害，但如果不系安全帶，防潛裝置無法發(fā)揮此功能，因此它必須與安全帶及安全氣囊系統(tǒng)配合使用，才可以達(dá)到理想的效果[2]。

目前常見的防潛裝置通常為將坐墊下方的鈑件設(shè)計(jì)成前端較高后端較低，且前端形狀具有一定的角度和尺寸參數(shù)，來防止車內(nèi)乘員身體或骨盆在車輛遭受正碰或緊急剎車時(shí)，從安全帶下方往前滑動(dòng)，造成腳部、胸部或是臉部撞到方向盤或其它內(nèi)飾零部件而受到更大的傷害，以及減少一些腹部、骨盆腔和脊柱的傷害。隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，還有使用氣囊進(jìn)行防潛的裝置、利用座椅部件移動(dòng)進(jìn)行防潛的裝置[3]。本文討論的都是金屬結(jié)構(gòu)件構(gòu)成的防潛裝置。

2 防潛裝置在正碰中的必要性

下圖 2為典型的座椅正碰試驗(yàn)，安全帶能有效的約束乘員的向前位移量，保護(hù)乘員的人身安全。若座椅中配備了防潛裝置，試驗(yàn)人體向前的運(yùn)動(dòng)過程中，臀部與防潛裝置接觸后，防潛裝置能有效阻止試驗(yàn)人體向前移動(dòng)，大大減小人體前向運(yùn)動(dòng)引起的傷害。

通常情況下，同樣結(jié)構(gòu)的座椅，有防潛裝置時(shí)，正碰試驗(yàn)中人體臀部位移量明顯較小，曲線達(dá)到峰值的時(shí)間較短、比較平緩，如下圖3；若無防潛裝置，則正碰試驗(yàn)中人體臀部位移量較大，曲線達(dá)到峰值時(shí)間較長(zhǎng)，并呈現(xiàn)較陡的趨勢(shì)，如下圖 4。因此，在座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，增加有效的防潛裝置是必要的。目前此裝置廣泛地應(yīng)用于汽車座椅設(shè)計(jì)中。

3 防潛裝置的常見結(jié)構(gòu)形式

防潛裝置決定了座椅骨架結(jié)構(gòu)是否能夠減少乘員向前滑動(dòng)的距離，并在極端情況保證乘員不滑出安全帶，因此座椅防潛性能一般要求坐墊前部橫梁具有一定的角度和承載能力。

防潛裝置常見的有三種結(jié)構(gòu)：

3.1 橫管式結(jié)構(gòu)

橫管式防潛裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用一橫向圓管安裝或焊接于坐墊框架左右兩側(cè)。此結(jié)構(gòu)成本低、易實(shí)現(xiàn)。防潛效果一般，通常用在成本較低的車型上。

3.2 半盆式結(jié)構(gòu)

半盆式防潛裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在坐墊框前半部分布置座盆鈑金件，覆蓋于坐墊框上。此結(jié)構(gòu)成本較高，防潛效果比較好。

3.3 座盆式結(jié)構(gòu)

座盆式防潛裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在坐墊框整體布置座盆鈑金件，覆蓋于坐墊框上。此結(jié)構(gòu)成本高，防潛效果比較好，但是舒適性較差。

4 防潛裝置布置要點(diǎn)

確定了防潛裝置的結(jié)構(gòu)形式后，需定義座墊骨架中防潛結(jié)構(gòu)的布置區(qū)域、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，以滿足正碰的目標(biāo)要求。布置區(qū)域的選擇及重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要通過人機(jī)工程及試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)得出推薦的范圍，再通過座椅試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，達(dá)到限制乘員骨盆位移、減小生物力學(xué)值的目的。

4.1 防潛裝置設(shè)計(jì)區(qū)域

汽車座椅供應(yīng)商，如江森、李爾等，為了得到有效的防潛位置，進(jìn)行了大量的理論計(jì)算和CAE分析，通過長(zhǎng)期的技術(shù)積累和試驗(yàn)驗(yàn)證，形成了行業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)可的設(shè)計(jì)區(qū)域。下圖10是推薦的被動(dòng)防潛區(qū)域（綠色方框表示最佳的防潛區(qū)域，黃色方框表示可接受范圍的防潛區(qū)域，橙色方框及以下范圍表示較差的防潛區(qū)域）。設(shè)計(jì)原則是滿足MTM（人體到剛性骨架距離）值一般要求的情況下，布置和設(shè)計(jì)座墊骨架中防潛結(jié)構(gòu)件，但往往設(shè)計(jì)在綠色方框區(qū)域內(nèi)一般都無法達(dá)到MTM值的要求，使乘坐者或駕駛員舒適性感覺下降，因此在設(shè)計(jì)時(shí)一般推薦在綠色方框和橙色方框之間區(qū)域設(shè)計(jì)防潛結(jié)構(gòu)。

4.2 防潛區(qū)域?qū)挾?/h3>

防潛裝置需要一定的寬度，才能在前碰時(shí)起到限制假人的作用。通過設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累和運(yùn)動(dòng)仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，防潛裝置有效寬度 L應(yīng)不小于320 mm，才能有效地限制骨盆的移動(dòng)。

4.3 防潛結(jié)構(gòu)深度

防潛裝置需要一定的深度及配合一定角度，才能夠支撐駕乘者人體下半部分，給予向后及向上方向的分力，在前碰時(shí)起到限制假人的作用。通過設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累和運(yùn)動(dòng)仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，防潛裝置的有效深度d應(yīng)不小于50mm、斜向后上方的角度值大于40°，才能有效地限制骨盆的移動(dòng)。

4.4 要求更嚴(yán)格時(shí)防潛裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)整車的定位，防潛裝置結(jié)構(gòu)有時(shí)有更嚴(yán)苛的要求，即對(duì)盆骨位移要求更為嚴(yán)苛、對(duì)座椅骨架強(qiáng)度要求更高、對(duì)成員傷害值要求更關(guān)注。此時(shí)，需要在半盆或座盆防潛結(jié)構(gòu)前下增加加強(qiáng)結(jié)構(gòu)[4]，通常的做法是加一根加強(qiáng)管，如圖 14所示。

此時(shí)，如果更關(guān)注乘員傷害值，那么a值應(yīng)盡可能大一點(diǎn)；如果更關(guān)注H點(diǎn)位移，a值應(yīng)盡可能小。

5 總結(jié)

本文通過研究汽車座椅骨架結(jié)構(gòu)及其防潛裝置，總結(jié)了常見的防潛結(jié)構(gòu)形式，并指出防潛設(shè)計(jì)時(shí)的布置要點(diǎn)。在座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用這些防潛裝置的布置及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，滿足正碰的整車要求，提高在碰撞中座椅對(duì)人體的保護(hù)作用，加強(qiáng)座椅乃至整車的商品競(jìng)爭(zhēng)力。

[1]周騫, 趙福全.某車型前排座墊防下潛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].汽車零部件, 2012, (11):93-94,97.DOI:10.3969/j.issn.1674-1986.2012.11.037.

[2]張 翼.座椅防潛滑系統(tǒng)在正碰中的應(yīng)用 [C].//汽車內(nèi)外飾產(chǎn)品及新材料國際研討會(huì)論文集.2009:30-32

[3]肖 志, Jac.Wismans,蔣小晴等.移動(dòng)式安全座椅的乘員保護(hù)性能的研究 [J].汽 車工程，2011,33(7):603-607.

[4]劉洋,王丹,梁韞等.座椅瞬間塌陷對(duì)前碰乘員傷害的影響分析 [C].//中國汽車工程學(xué)會(huì)第十六屆汽車安全技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.2013:798-801.