汽車(chē)座椅作為車(chē)內(nèi)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(hù)乘員等作用。目前,世界各國(guó)對(duì)汽車(chē)座椅對(duì)乘員的保護(hù)均有相應(yīng)要求,且均包含了吸能性試驗(yàn)要求。按照目前行業(yè)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)細(xì)化的需求,研究人員按照當(dāng)前通用的試驗(yàn)方法,對(duì)不同類(lèi)型的座椅進(jìn)行了吸能性試驗(yàn),并通過(guò)對(duì)吸能結(jié)果的數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)其結(jié)果符合正態(tài)分布情況。通過(guò)結(jié)合上一年度數(shù)據(jù)試驗(yàn)結(jié)果正態(tài)分布的情況,進(jìn)一步細(xì)化了吸能性等級(jí)評(píng)價(jià)。
引言
汽車(chē)座艙作為與乘員直接接觸的零部件,對(duì)乘員的保護(hù)起到至關(guān)重要的作用。目前在乘用車(chē)領(lǐng)域,汽車(chē)座椅靠背及頭枕的吸能性試驗(yàn)是世界主流汽車(chē)座椅標(biāo)準(zhǔn)中的必測(cè)項(xiàng)目[1-2]。同時(shí),在商用車(chē)、校車(chē)等不同類(lèi)型車(chē)輛中,也有相關(guān)吸能性的明確要求。不同地區(qū)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn),及其對(duì)應(yīng)的不同類(lèi)型的乘員,導(dǎo)致了試驗(yàn)設(shè)備、工具、試驗(yàn)結(jié)果要求會(huì)存在不同的差異。本文主要以《汽車(chē)座椅、座椅固定裝置及頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法》(GB 15083-2019)、《汽車(chē)座椅頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法》(GB 11550-2009) 和歐盟《關(guān)于車(chē)輛座椅、座椅固定裝置及頭枕認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定》(UN R17) 等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法為基礎(chǔ),研究在中國(guó)生產(chǎn)并且在中國(guó)及歐盟上市的部分乘用車(chē)座椅的吸能性能。并且通過(guò)試驗(yàn)及其數(shù)據(jù)分析,結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求劃定座椅吸能性能等級(jí),為后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)劃分、評(píng)定座椅吸能等級(jí)提供參考數(shù)據(jù)。
相關(guān)研究
座椅及其頭枕作為碰撞發(fā)生時(shí)保護(hù)人體的重要零部件,目前各個(gè)國(guó)家和地區(qū)都有相關(guān)法規(guī),同時(shí)也有不少研究人員做了相關(guān)的研究。孫晶[3]使用建模仿真的方法,對(duì)汽車(chē)座椅頭枕吸能性進(jìn)行了研究:對(duì)座椅頭枕軟墊進(jìn)行優(yōu)化分析;對(duì)頭枕前后襯墊的密度、厚度、包裹度進(jìn)行分析試驗(yàn),并對(duì)座椅頭枕的結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次分析,得到襯墊各因素參數(shù)。通過(guò)研究座椅頭枕減速度的吸能性,得到最終的優(yōu)秀設(shè)計(jì)方案。范平清等[4]、陳明剛等[5]、李劼等[6] 以《汽車(chē)座椅頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),分別對(duì)頭枕進(jìn)行了有限元分析、試驗(yàn)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(duì)座椅頭枕進(jìn)行了相關(guān)的研究,但是只是針對(duì)產(chǎn)品本身及法規(guī)要求,并沒(méi)有對(duì)法規(guī)所要求的數(shù)據(jù)繼續(xù)深入研究分析。而作為標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)規(guī)定的參考數(shù)值對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)本身以及行業(yè)從業(yè)人員具有重要的參考意義。本文將基于上述標(biāo)準(zhǔn)的量產(chǎn)車(chē)型座椅及頭枕的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)一步研究吸能性能等級(jí)。座椅結(jié)構(gòu)的差異對(duì)座椅及頭枕的吸能性會(huì)有一定的影響。同樣,頭枕吸能性也會(huì)受到結(jié)構(gòu)的影響。根據(jù)座椅與頭枕的關(guān)系,頭枕可以分為整體式、可拆式和分體式。目前常見(jiàn)的座椅頭枕通常安裝在座椅上,也是本文的主要研究對(duì)象。根據(jù)調(diào)節(jié)功能情況,頭枕還可分為可調(diào)和不可調(diào)頭枕。目前頭枕調(diào)節(jié)方式有高度調(diào)節(jié)、前后調(diào)節(jié)、旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)等。由于不同類(lèi)型的調(diào)節(jié)狀態(tài)對(duì)吸能結(jié)果會(huì)有較大差異,因而按照標(biāo)準(zhǔn)要求,試驗(yàn)過(guò)程中須將座椅頭枕調(diào)節(jié)至不利的狀態(tài)。GB 15083—2019、GB 11550—2009 和UN R17 中關(guān)于座椅吸能性試驗(yàn)的要求是一致的。吸能性試驗(yàn)采用重量為6.8 kg、直徑為165 mm的模擬頭型,對(duì)座椅的前表面以及存在后排乘員的座椅后面進(jìn)行吸能試驗(yàn)。其中,座椅背部吸能區(qū)域主要是區(qū)域一和曲率半徑在2.5~5 mm的區(qū)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(qū)域一或者區(qū)域二的對(duì)應(yīng)位置。并且,按照標(biāo)準(zhǔn)要求,加速度傳感器需要根據(jù)撞擊頭模的中心,對(duì)稱(chēng)分布于兩側(cè),加速度值結(jié)果取兩個(gè)加速度的平均值為最終結(jié)果。按照標(biāo)準(zhǔn)要求,頭型減速度超過(guò)80 g的時(shí)間不大于3 ms則為合格。 為了研究數(shù)據(jù)的合理性,本文選取的全部檢測(cè)數(shù)據(jù)均來(lái)源于已經(jīng)上市車(chē)型的吸能試驗(yàn)數(shù)據(jù),既包含了M類(lèi)乘用車(chē),例如轎車(chē)、多用途乘用車(chē)以及MPV 車(chē)型,也包含了N類(lèi)車(chē)的座椅及頭枕吸能性數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)均為符合標(biāo)準(zhǔn)要求,不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的檢驗(yàn)結(jié)果不在本文研究的范圍內(nèi)。按照本文描述的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)后,本文選取了100 組試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。將上述100 組數(shù)據(jù)按照從小到大進(jìn)行排序,通過(guò)分組可以發(fā)現(xiàn)一些明顯的規(guī)律。將組別分為6 組,并統(tǒng)計(jì)每一組別內(nèi)實(shí)際產(chǎn)生的頻數(shù),以及在本統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的實(shí)際概率,如表1所示。
通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn),上述頭枕吸能試驗(yàn)的結(jié)果數(shù)據(jù)存在一定的對(duì)稱(chēng),并且本試驗(yàn)的結(jié)果與正態(tài)分布特征契合度很高。進(jìn)一步計(jì)算可得到本組數(shù)據(jù)的平均值為38.80,標(biāo)準(zhǔn)偏差為12.93,偏度為0.33。根據(jù)上述數(shù)據(jù),研究人員分別計(jì)算得到每一個(gè)組別對(duì)應(yīng)的正態(tài)值,其結(jié)果如表1所示。根據(jù)表1 數(shù)據(jù),以組別為橫坐標(biāo),以實(shí)際頻數(shù)和正態(tài)值為縱坐標(biāo)作圖可得到圖1。其形態(tài)與正態(tài)分布形態(tài)一致,為明顯的鐘形曲線(xiàn)。但是由于本次樣本數(shù)量過(guò)少,因此未能得到更完整和準(zhǔn)確的正態(tài)分布公式。但是,研究人員認(rèn)為,對(duì)于本文的研究工作,該部分?jǐn)?shù)據(jù)和已經(jīng)得到的分布類(lèi)型已經(jīng)足夠進(jìn)行接下來(lái)的工作。如前文所述,本文主要是通過(guò)對(duì)試驗(yàn)及其數(shù)據(jù)分析,結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求劃定座椅吸能性能等級(jí)。座椅吸能評(píng)級(jí)方法既能體現(xiàn)結(jié)果差異但又不至于太繁雜而不便于操作。為了評(píng)級(jí)效果更為科學(xué),評(píng)級(jí)數(shù)據(jù)應(yīng)采用上一年度該試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算,所選取數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)是隨機(jī)且不低于上一年度數(shù)據(jù)的80%。若整體數(shù)據(jù)量不大,為數(shù)據(jù)有效, 所選數(shù)據(jù)至少應(yīng)不低于500組。首先,通過(guò)上一年度測(cè)試數(shù)據(jù)的結(jié)果得出其正態(tài)分布的特征數(shù)據(jù),根據(jù)特征數(shù)據(jù)可以得到正態(tài)分布情況。其次,根據(jù)上一年度數(shù)據(jù)的正態(tài)分布情況,對(duì)需要評(píng)級(jí)的試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算其在上一年度分布中所處的位置,并按照下表的分級(jí)進(jìn)行評(píng)分。表2 展示了具體等級(jí)對(duì)應(yīng)的評(píng)分以及等級(jí)劃分的依據(jù)。本研究的等級(jí)劃分沒(méi)有直接使用上一年度總體試驗(yàn)數(shù)據(jù)的前百分之多少計(jì)算,主要是考慮到數(shù)據(jù)的分布情況為明顯的正態(tài)分布,若直接采用往年數(shù)據(jù)的百分比數(shù)據(jù),其真實(shí)的分布情況會(huì)存在失真現(xiàn)象,導(dǎo)致評(píng)分分級(jí)出現(xiàn)爭(zhēng)議。此外,等級(jí)也沒(méi)有使用簡(jiǎn)單的具體數(shù)值來(lái)進(jìn)行劃分,以有利于行業(yè)水平的不斷改進(jìn)并體現(xiàn)某一產(chǎn)品在行業(yè)中所處的位置,更利于行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。本文主要以我國(guó)和歐盟相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)方法為基礎(chǔ),研究在中國(guó)生產(chǎn)并且在中國(guó)及歐盟上市的乘用車(chē)座椅的吸能性能。通過(guò)試驗(yàn)及其數(shù)據(jù)分析,確定了檢測(cè)數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布,通過(guò)結(jié)合上一年度試驗(yàn)結(jié)果的正態(tài)分布情況確定了劃定座椅吸能性能等級(jí)的具體操作細(xì)節(jié),為后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)劃分、評(píng)定座椅吸能等級(jí)提供參考數(shù)據(jù)。本文對(duì)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的分析過(guò)程可用于類(lèi)似的測(cè)試結(jié)果分布情況的分析,并可以直接將該分級(jí)方法用于其他零部件評(píng)級(jí)。