汽车座椅坐垫倾角对正面碰撞乘员保护影响分析

袁清彬

摘 要：汽车座椅坐垫倾角的大小影响着成员的舒适度和安全保护程度。在汽车乘员约束系统中增设座椅坐垫倾角调节装置，利用座椅坐垫在乘员的重心形成有效约束，从而减轻乘员伤害。本文结合乘员安全约束系统，对座椅的倾斜角与正面碰撞时对成员的保护程度进行分析，希望能够为相关人员提供参考。

关键词：乘员约束；座椅坐垫；正面碰撞；倾角

在所有的汽车交通事故事故中，碰撞事故正碰、侧碰、追尾和翻滚占有较大比例，当前汽车上普遍配置了乘员约束系统，乘员约束系统是汽车碰撞时保护乘员的有效措施。在乘员乘坐到汽车上后，就给汽车乘员提供了有效的约束。而当前乘员约束系统中存在的最大问题，就是座椅不能对乘员正面碰撞提供有效保护，因此需要加强对该方面内容的研究。

一、乘员约束系统中座椅设计的发展方向

1、座椅结构不断优化，使用新材料制作安全座椅；2、完善座椅和其他安全装置的连接方式；3、头颈部保护系统设置于前排座椅，在车辆被追尾时，整个靠背随乘员一起向后运动，使乘员的整个背部和座椅靠背紧紧贴在一起，最大限度的降低头部向前甩动的力量，通过座椅设计的精密结构来缓冲追尾时碰撞所产生的能量，减小在后碰撞时头枕对乘员的头、颈部的冲击；4、防尾部冲撞座椅，采用可撕裂变形的金属结构件替换传统的座椅前端与地板之间的刚性连接，在车辆发生后碰撞时，乘员在惯性力作用下推动座椅向后仰动，这时汽车座椅前端的金属连接件发生撕裂变形，使坐垫前端围绕后端铰接点上倾及椅背后倾一定角度，整个座椅后向运动，吸收了在碰撞冲击瞬间乘员受到座椅施加的大部分动能，降低颈部损伤事故发生的概率，提高车辆的乘坐安全性；5、头枕气囊，自充气头枕专为后排乘员提供尾部冲撞颈部防护，能够明显降低乘员颈部负荷。

二、座椅的被动安全性

座椅的被动安全性是指发生事故后座椅减轻乘员损伤的能力，座椅的被动安全性能与汽车座椅的静强度特性、坐垫及靠背的刚度、安全带性能有着密切的联系，座椅在碰撞事故中对乘员有着不同程度的保护作用。

三、发生正面碰撞时座椅对人员影响程度分析

对乘员起到主要约束作用的内饰件为安全带和安全气囊，它们共同约束乘员，避免乘员的头部、仪表板等硬饰件接触，减轻乘员损伤。座椅靠背的力学特性也会影响乘员损伤，发生正碰时，如果前排座椅靠背强度不足，后排乘员的惯性会击溃前排座椅，造成前排乘员损伤；同时，前排座椅强度太高，会增加后排乘员的伤害。

四、正碰中坐垫倾角的研究

（一）简单正碰约束系统的建立。所建立的简单正碰约束系统中包括驾驶员座椅、安全带、假人、汽车地板及膝部挡板。驾驶员座椅和安全带的特性不变，假人模型使用的是多面体假人，按照乘用车正面碰撞乘员保护标准调整假人的乘坐姿态。损伤指标选择了头部加速度、胸部加速度和髋部加速度，建立约束系统模型。

（二）坐垫倾角对人体的影响。设坐垫初始角度为13°，在此基础上，上下调节5°，即8°和18°，得到头部、胸部、髋部加速度情况和损伤峰值。通过对所得數据的分析发现，随着坐垫倾角的增大，头部和胸部加速度峰值呈下降的趋势，而髋部加速度峰值则逐渐增加。这是因为坐垫倾角增大，髋部加速度增大是因为坐垫的倾斜使得乘员骨盆与坐垫的接触力增大，从而髋部加速度增大，但是人体髋部承载能力较强，因此适当增加坐垫倾角不会对乘员造成伤害。由以上的分析可知，适当增大坐垫倾角能够减小乘员在正面碰撞中的损伤，这也说明了在座椅中增加坐垫倾角调节机构的必要性。图1以头部加速度数据为例，绘制了加速度曲线图，仅供参考。

（三）座椅靠背倾斜角对乘员颈部损伤的影响。分别以96°和101°为例，汇总了座椅倾斜角对颈部的受力情况数据，进而进行深入的分析。1、在靠背倾斜角为101°时，各位置的假人颈部损伤值都有所下降。而靠背倾斜角仅增加5°，平均值就有所下降，可见颈部动力学响应对座椅靠背倾斜角较为敏感。有研究显示，轿车座椅后倾角达到15°时，在追尾碰撞中能得到较低的乘员颈部损伤值，从而有更高的安全性。设法增大后排座椅靠背倾角是提高其碰撞安全性的一种较有效方法。2、通过进一步分析可知，在头部运动的初始阶段，96°倾角的靠背对乘员背部的作用力方向基本是水平的，在颈部受到的剪切力也相应较大101°倾角的靠背对乘员背部的作用力方向则是垂直于背部且偏向上，这样就减小了在水平方向上的剪切力，颈部弯矩也有所减小，而轴向力却有所增大。这说明101°靠背能使得水平剪切力减小，但同时增大了轴向力，而剪切力对弯矩影响较大，减小颈部剪切力可以减小弯矩。

五、结语

针对汽车座椅不能对乘员正面碰撞提供有效保护的情况，要加强对座椅进行改进设计的研究。采用座椅坐垫动态倾角调节装置，可以在汽车发生碰撞时增大座椅坐垫与地面的夹角，降低碰撞对头部、胸部以及下肢的伤害。设计合理的汽车座椅倾斜角，能够有效地减少乘员的伤害，具有良好的应用前景。

参考文献：

[1]赵新锋.正面碰撞中主动式座椅参数对50th乘员保护的仿真研究[D].湖南大学，2016.