汽車座椅作為車內(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,,世界各國對汽車座椅對乘員的保護(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)對評價指標(biāo)細(xì)化的需求,,研究人員按照當(dāng)前通用的試驗(yàn)方法,,對不同類型的座椅進(jìn)行了吸能性試驗(yàn),并通過對吸能結(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(hù)起到至關(guān)重要的作用,。目前在乘用車領(lǐng)域,,汽車座椅靠背及頭枕的吸能性試驗(yàn)是世界主流汽車座椅標(biāo)準(zhǔn)中的必測項(xiàng)目[1-2]。同時,,在商用車,、校車等不同類型車輛中,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),及其對應(yīng)的不同類型的乘員,,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(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法》(GB 15083-2019)、《汽車座椅頭枕強(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),,研究在中國生產(chǎn)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(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,,為后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)的等級劃分、評定座椅吸能等級提供參考數(shù)據(jù),。
相關(guān)研究
座椅及其頭枕作為碰撞發(fā)生時保護(hù)人體的重要零部件,,目前各個國家和地區(qū)都有相關(guān)法規(guī),同時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,,對汽車座椅頭枕吸能性進(jìn)行了研究:對座椅頭枕軟墊進(jìn)行優(yōu)化分析,;對頭枕前后襯墊的密度、厚度,、包裹度進(jìn)行分析試驗(yàn),,并對座椅頭枕的結(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座椅頭枕進(jìn)行了相關(guān)的研究,,但是只是針對產(chǎn)品本身及法規(guī)要求,,并沒有對法規(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)車型座椅及頭枕的測試數(shù)據(jù)進(jìn)一步研究吸能性能等級,。座椅結(jié)構(gòu)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(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(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。由于不同類型的調(diào)節(jié)狀態(tài)對吸能結(jié)果會有較大差異,,因而按照標(biāo)準(zhǔn)要求,,試驗(yàn)過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,,對稱分布于兩側(cè),,加速度值結(jié)果取兩個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80 g的時間不大于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數(shù)據(jù)均來源于已經(jīng)上市車型的吸能試驗(yàn)數(shù)據(jù),,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(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)存在一定的對稱,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)算得到每一個組別對應(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,。但是由于本次樣本數(shù)量過少,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)得到的分布類型已經(jīng)足夠進(jìn)行接下來的工作,。如前文所述,本文主要是通過對試驗(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,。座椅吸能評級方法既能體現(xiàn)結(jié)果差異但又不至于太繁雜而不便于操作。為了評級效果更為科學(xué),,評級數(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,,通過上一年度測試數(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,,對需要評級的試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算其在上一年度分布中所處的位置,并按照下表的分級進(jìn)行評分,。表2 展示了具體等級對應(yīng)的評分以及等級劃分的依據(jù),。本研究的等級劃分沒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)的分布情況會存在失真現(xiàn)象,導(dǎo)致評分分級出現(xiàn)爭議,。此外,,等級也沒有使用簡單的具體數(shù)值來進(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),研究在中國生產(chǎn)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(yàn)及其數(shù)據(jù)分析,,確定了檢測數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布,,通過結(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的具體操作細(xì)節(jié),為后續(xù)標(biāo)準(zhǔn)的等級劃分,、評定座椅吸能等級提供參考數(shù)據(jù),。本文對試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的分析過程可用于類似的測試結(jié)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,。