后排座椅防挥鞭伤设计方法

徐凯，肖光

（奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241009）

后排座椅防挥鞭伤设计方法

徐凯，肖光

（奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241009）

E-NCAP新车评价规程在前排鞭打（Whiplash）试验及评价要求基础上，引入了后排座椅Whiplash，将其作为加分项。基于后排Whiplash评分要求，提出极限法的设计方法，从而提高设计效率。

后排座椅；挥鞭伤；设计方法

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.019

CLC NO.: U465.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-55-03

引言

挥鞭伤是在后撞车祸中的一种最常见的颈部伤害，考虑此伤害顽固性及给社会带来大量的支出，各国将其作为一个课题加以研究，以找出能够降低鞭打伤害的方法。

2008年 E-NCAP评价体系增加前排挥鞭伤要求，2014年E-NCAP评价体系增加后排挥鞭伤试验规程和评价指标。基于后排Whiplash有效高度及后方间隙的评分要求，提出极限法求出头枕设计位置,节约反复设计及计算时间，提高设计效率。

1、E-NCAP 后排鞭打评价简介

1.1评价方法

仅为静态测量，分为几何尺寸、非使用位置得分评价，如表1。

表中：（Effective Heigh）*highest、（Effective Heigh）*lowest表示头枕位于最高、最低档位时的有效高度；（△CPX）*mid、（△CPX）*wc表示头枕位于中间、最低档位时的头部后方间隙；(△CPX)limit表示间隙极限值。

1.2参数公式

1.2.1Backset Requirements

间隙要求：

CPZ=504.5×Cos(T A-2.6)+203+HPMZ （1）

（△CPX）*mid=CPXmid-HPM X （2）

（△CPX）*wc =CPXwc-HPM X （3）

(△CPX)limit=7.128×T A+153 （4）

表1 几何尺寸评分

1.2.2Effective Height requirements

有效高度的要求：

IPX=88.5×sin(T A-2.6)+5+CPX （5）

(△IPX)=IPX-HPM X （6）

(△IPZ)=IPZ-HPM Z （7）

Effective Heigh=(△IPX)×sin(T A)+(△IPZ)×Cos(TA) （8）

2、设计分析

需根据评估要求推算头枕的设计位置，即头枕最高点的坐标（XX、XZ）。

由于公式中存在变量，计算过程中带入不同参数，评估结果差异很大。

2.1变量1-CPX

按公式（1）计算CPZ数值，当CPZ线与头枕中心面的交点定义为CPZ,记录其X向坐标值CPX。当头枕低于CP Z线，那么记录头枕中心面最高点X为CP点，记录其X向坐标值CPX。

2.2变量2-IP X

按公式（5）计算IP X数值，当IP X坐标在X-坐标（头枕中心面的最高点）之前的，IP X直接选用计算值；当IP X坐标在X-坐标之后，IP X换成X-坐标。

由于头枕CP X、IP X为变量参数，同时为评估计算的关键参数，导致后排座椅的Whiplash设计存在反复数据调整及计算工作。

3、后排Whiplash设计极限法

3.1原理

用极限概念分析问题，对于被考察的未知量，先设法构思一个与它有关的变量，确认这变量通过最大值求的未知量。

3.2需找有关变量

根据公式（4）得知，(△CPX)limit=7.128×T A+153，已知项目总布置完成后，对应的T A（人体躯干角度）就为定值，即(△CPX)limit为恒定值。

将公式（6）、（7）、（5）依序带入公式（8）得知，Effective Heigh=(IPX- HPM X)×sin(T A)+(IPZ-HPM Z)×Cos(T A)= (88.5×sin(T A-2.6) +5+CPX-HPM X)×sin(T A)+(IPZ-HPM Z) ×Cos(T A)，结合公式（2）得知：

已知项目总布置完成后，对应的T A（人体躯干角度）、HPM Z（H点的Z向坐标）就均为定值，即得出△CPX、IPZ为计算的有关变量。

3.3极限法公式

极限法分析：假设头枕处于最高位置时，正好满足高度和间隙要求（头枕向下调节，是不断靠近人体头部，即最高位置满足间隙要求，则其他位置均可以满足），这样成本最优，即Effective Heigh=770mm，△CPX=(△CPX)limit带入（9），得：

IPZ由公式（5）计算出IPX对应在头枕中心面的交点，原则上是小于或等于枕中心面最高点X点对应的 Z向坐标值，即极限情况为X点。

4、实际某个项目设计

已知：后排人体躯干线角度T A为25°，H点坐标（2241，±350，372）。

带入公式（12）和（13）得出：

即得出，头枕最高点坐标为（2612，±351，1049）。

4.1设计验证

在数据上将头枕最高点X点移动到计算值，并代入公式表内，进一步(△CPX) *highest为294mm，（Effective Heigh）*highest为770.5mm，满足评估要求。

5、结论

综上所述，根据以上公式（10）、（11）可以计算出满足后排Whiplash要求的头枕最高点的极限坐标，同时在具体设计时需要考虑座椅的公差等问题，以此极限坐标为调整基础。

希望为后排Whiplash的研究提供参考。

[1] 王毅.汽车座椅的防挥鞭伤功能优化方案[J].产品与质量,2012(07).

[2] Euro NCAP——THE DYNAMIC ASSESSMENT OF CAR SEATS FORNECK INJURY PROTECTION TESTING PROTOCOL.

[3] E-NCAP.Rear-Whiplash-Test-Protocol-v1.0.

The rear seat against the swing stripes design method

Xu Kai, Xiao Guang
( Chery automobile Co., Ltd., Anhui Wuhu 241009 )

E-NCAP in front of whip (Whiplash) test and evaluation based on the requirements, the rear seat Whiplash.Based on the requirements of the Whiplash score, the proposed design method of limit, so as to improve the efficiency of design. Keywords：Rear Seat; Whiplash; Design method

U465.9

A

1671-7988（2015）09-55-03

徐凯，就职于奇瑞汽车股份有限公司。