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(yīng)要求，且均包含了吸能性試驗要求。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(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)試驗結(jié)果正態(tài)分布的情況，進一步細(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是世界主流汽車座椅標(biāo)準(zhǔn)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(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)致了試驗設(shè)備、工具、試驗結(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(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行了研究：對座椅頭枕軟墊進行優(yōu)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(jié)構(gòu)進行二次分析，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(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，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(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(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)要求的檢驗結(jié)果不在本文研究的范圍內(nèi)。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(jié)果的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計。將上述100 組數(shù)據(jù)按照從小到大進行排序，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)計每一組別內(nèi)實際產(chǎn)生的頻數(shù)，以及在本統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的實際概率，如表1所示。
通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，上述頭枕吸能試驗的結(jié)果數(shù)據(jù)存在一定的對稱，并且本試驗的結(jié)果與正態(tài)分布特征契合度很高。進一步計算可得到本組數(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(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結(jié)果進行計算，所選取數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)是隨機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，對需要評級的試驗結(jié)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(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數(shù)據(jù)的前百分之多少計算，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)值來進行劃分，以有利于行業(yè)水平的不斷改進并體現(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。
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