汽车座椅防潜结构设计探讨

胡诗锋 张敏

摘 要：对于汽车座椅系统来讲，其能够促使驾驶者或乘坐者保持良好的乘坐姿态。然而，在前碰及制动情况下，除安全带发挥安全保护作用，还须座椅给予适宜的支撑。此种形势下，防潜结构应运而生。防潜结构的存在，可给予乘坐者及驾驶者身体下肢一定的支撑，以减少或避免下滑所造成的危害。

关键词：汽车座椅；防潜结构；设计

随着社会主义经济的迅猛发展，汽车数量不断攀升。汽车技术日趋完善，人们对汽车提出了更高的要求。汽车不再仅仅是代步工具，其更加注重车与人两者之间的融合。就座椅的功能来讲，其得到了丰富，除了使得乘坐、驾驶姿态良好 ，还讲求美观、安全、舒适。近年来，防潜结构应运而生，其在汽车前碰或制动情况下，可有效保护驾乘人员，以防其因过度滑动而遭受更大伤害。在前碰过程中，防潜结构可通过限制人体位移以降低伤害值。如果驾乘人员并未按照要求系好安全带，则防潜结构不会体现该种效应。因此，防潜结构的使用需配合安全气囊及安全带。纵观当前汽车防潜结构，其的设计一般为前高后低。防潜结构前端位置具备一定的深度、宽度、角度等。防潜结构的存在，对防止驾乘人员因发生过大位移量而受到伤害或造成汽车某些部件损坏具有积极的意义。汽车技术的不断优化，座椅移动及气囊防潜结构亦存在。下文，笔者就金属构件构成的防潜结构进行了深入探究。

1 防潜结构布置的意义

毋庸置疑，在座椅系统中，安全带发挥着限制驾乘人员位移的作用，对保护其人身安全颇有益处。如果防潜结构布置于座椅处，向前运动的人体可有效被防潜结构组织，在正碰及制动情况下可大大降低人员伤害值[1]。

与无防潜结构的座椅相比，有防潜结构的座椅可有效限制驾乘人员臀部的位移量，换句话说，防潜结构的存在，可缩小驾乘人员的位移距离。在实际研究中，笔者发现座椅带有防潜结构时，人体位移曲线呈现出平缓的特点，且在短时间内即可达到位移峰值；座椅没有防潜结构时，人体位移曲线呈现出陡的特点，且经过较长时间才能达到位移峰值。由此可知，防潜结构的设置极其必要。

2 汽车防潜结构类型

防潜装置的存在，对确保乘坐者及驾驶者处于安全带被动保护范围之内、乘坐者及驾驶者滑动范围不超过座椅骨架具有积极的意义。由此可见，坐垫前横梁的承载能力及角度直接关乎着座椅防潜功能要求的满足。一般来说，防潜结构主要包括横管式、半盆式、坐盆式三种结构[2]。横管式防潜结构：该种结构呈现出简单的特点，在坐垫框架边侧焊接或安装一根横向圆管。根据调查结果显示，此种结构防潜效果甚微。配置低的车型通常采用横管式防潜结构；半盆式防潜结构：此种防潜结构呈现出繁杂的特点，将坐盆钣金件安装于坐垫框前半部分。该种结构须耗费大量人力、物力，防潜效果极佳。坐盆式防潜结构：将坐盆钣金件安装于整个坐垫框。该种防潜结构更需要耗费大量人力、物力，具备良好的防潜效果，但其在舒适性方面有所匮乏。

3 汽车防潜结构设计要点

在明晰防潜结构形式基础上，须对结构设计参数、防潜结构在坐垫骨架中的布置位置进行确定，以与正碰要求相符合。试验统计与人机工程可获得关键性结构参数及防潜结构布置区域的推荐范围。继此之后，通过座椅试验方式以验证结构参数及布置区域，进而达成终极目标——使得生物力学值得到减小与使得驾驶者及乘坐者骨盆位移得到限制。

3.1 防潜结构区域的设计 为提高防潜装置有效性，李尔、江森等汽车座椅供应商加大了对CAE分析与理论计算的重视、投入力度[3]， 并在长期实验验证与技术积累，最终得出了科学的防潜装置设计区域，并博得了业内人士的一致好评。就防潜装置设计原则而言，其指的是当人体刚性骨架距离（MTM）的值符合一般要求时，对防潜结构件（位于坐垫骨架）进行设计与布置。然而，最佳防潜区域通常无法满足人体刚性骨架距离所提出的要求。如此，座椅的舒适感会有所降低，进而影响到乘坐者及驾驶者的舒适度。由此可见，防潜结构最好布置于较差防潜区域及最佳防潜区域之间的位置。

3.2 防潜区域宽度的设计 对于防潜区域，宽度必不可少。唯有具备一定的宽度，才能确保前碰情况下假人活动范围受到限制。由统计的运动仿真数据与累积的经验可知，对于防潜装置有效宽度的设置须大于320mm，这样骨盆的移动才能被控制在一定范围之内。

3.3 防潜结构深度的设计 据研究，防潜结构除了具备宽度、长度，还须具备一定的角度及深度。如此，驾驶者及乘坐者下肢才能得到有效支撑。当发生前碰时，乘坐者及驾驶者会受到来自防潜结构的两种分力，進而下滑范围得到有效限制。由统计的运动仿真数据与累积的经验可知，对于防潜结构深度的设置须大于50mm。此外，防潜结构所具备的角度须大于40°。唯有如此，乘坐者与驾驶者的骨盆移动才能控制在有效范围之内。

3.4 要求更为严格的防潜结构设计 在定位整车的情况下[4]，对某些防潜结构设计提出了更高的要求，也就是说，座椅骨架强强度、成员伤害值、骨盆位移等方面的设计要求更为严苛。这种情况下，加强结构增设于坐盆或半盆防潜结构前部位置尤为必要。一般来讲，加强结构大都倾向于采用单根加强管。

4 结束语

综上所述，防潜结构的设计对降低驾驶者及乘坐者在发生制动、前碰等情况下的伤害值具有非凡的意义。文章结合实际，对汽车座椅骨架及座椅防潜结构进行了研究，论述了防潜结构常见类型，且分析了防潜结构设计要点。在设计座椅结构时，设计人员应严格遵循有关设计与布置要求，以满足正碰的整车需求，进而为驾驶者及乘坐者人身安全提供有力保障。同时，座椅核心竞争力亦会明显提高，从而成为行业翘楚。

参考文献：

[1]王跃贞，王翠艳，王莹，杨丽.后排座椅防潜滑尺寸设计[J].汽车实用技术，2015，09：46-48.

[2]刘鹏，段小刚，杨兴明.汽车座椅防潜结构设计研究[J].汽车科技，2015，06：42-45.

[3]郭晶帆.某汽车后排座椅的舒适性改进设计与研究[D].中北大学，2013.

[4]闫振华.非公路车辆座椅非线性悬架静动态特性研究[D].吉林大学，2014.

作者简介：胡师峰，1987.10，毕业学校：中国石油管道学校，专业：机电一体化技术。