针对全球市场的座椅鞭打设计研究

汤波

摘 要：对全球主要市场的鞭打法规和评价标准的差异点进行对比分析，总结出全球车型的座椅鞭打在不同市场获得优秀得分的设计关键技术要点。

关键词：鞭打 X-NCAP IIHS CIASI

Research of whiplash design for global markets

Tang Bo

Abstract：The article compares and analyzes the differences of global main markets requirements of whiplash tests and assessment criteria， and summarize the key technologies of getting good scores in different markets with one same seat design.

Key words：whiplash， X-NCAP， IIHS， CIASI

1 引言

座椅的鞭打，又称Whiplash，用于评估在低速追尾事故中，前车座椅对乘客的颈部伤害的保护性能。虽然追尾发生概率不高，但因为追尾导致的医疗费用高昂[1]，全球主要市场都规定了不同的测试项目来评估其安全性能表现，也是整车安全星级评估中的一个组成部分。国内可以查询到的关于鞭打方面的文献[4-13]都是关于C-NCAP或者ENCAP的设计和优化，本文通过全球市场的鞭打法规进行对比分析，给座椅工程师如何设计出满足全球市场鞭打目标提供参考。

2 全球主要市场的鞭打标准差异分析

在汽车市场，有两类星级评价的测试程序跟鞭打相关：一类是NCAP（新车评估项目），另一类是由保险协会组织的测试项目，如IIHS（美国公路安全保险协会）和CIASI（中国保险汽车安全指数）。通过整理归纳，我们把全球主要市场最新的鞭打要求（基于2021年最新版本）列表对比，如表1所示：

根据表1可以得知，鞭打测试的试验速度有4种：15.5km/h、15.65km/h、20.0km/h、24.45km/h。我们根据试验速度来分类，对每一类的测试进行分析测试方法和评估标准差异。

3 各市场鞭打测试规程的差异对比

3.1 速度15.5km/h的鞭打测试

速度为15.5km/h的鞭打试验有IIHS、CIASI、K-NCAP，三者的波形形状、加速度峰值一致，但三者的评估方法并不一致，如表2所示。

根据表2可知，K-NCAP动态评估所采用的指标最多和最全，共计7项，IIHS的指标最少，共计4项，CIASI的指标比IIHS多了NIC。因此在鞭打的FEA分析和物理试验中，我们可以将7项指标全部采集齐，然后根据各自的评估准则，则可以分别得到K-NCAP、IIHS、CIASI的得分或者等级。

对于静态的得分，需要特别注意的事是，K-NCAP对于前排座椅的头枕，静态评估得分为1分，如果采取一体式或者不可调设计，则会扣掉2分;同时对于后排头枕几何尺寸的静态评估，分值达到4分。因此对于K-NCAP来说，如果想拿到较好的分数，则需要注意三点：前排头枕高度调节功能，前排头枕的高度和头后间隙（HRMD测量法），后排的头枕高度以及头后间隙（△CP测量法）。

3.2 速度15.65km/h和24.45km/h的鞭打测试

速度为15.5km/h和24.45km/h的鞭打试验有E-NCAP 2021、A-NCAP 2021，两者测试方法和评估准则完全一致。Latin-NCAP 2021则只规定了E-NCAP的中波形的测试。E-NCAP 2021中静态评估规则规定：前椅头枕几何尺寸静态评估只要Backset小于45mm即可得到1分，动态评估规则也做了较大改动;同时增加了后排静态评估，如表3所示，表中动态和静态得分为原始分，其中前椅原始分满分为8分，折算星级得分为3分;后椅原始分为4分，折算星级得分为1分。

Latin-NCAP在2020年5月制定的鞭打要求与E-NCAP 2018版基本一致，只做E-NCAP的前椅中波形试验，评估项目如表4。

3.3 速度20.0km/h的鞭打测试

速度为20.0km/h的鞭打试验有C-NCAP 2021和J-NCAP 2018。C-NCAP和J-NCAP的波形要求相同。C-NCAP只要求做主驾座椅的鞭打测试，而J-NCAP则是要求主副驾都做鞭打测试。C-NCAP 2021 版中前椅座椅和J-NCAP的评估项目基本一致，但评估准则有些差异;C-NCAP 2021版同时规定了后排座椅也需要做动态测试;J-NCAP则要求做前排主副驾。J-NCAP把动态测试分为阶段1和阶段2，阶段1里只评估NIC，阶段2则评估上/下颈部剪切力Fx+，上颈部拉力Fz+，颈部扭矩My，下颈部拉力Fz+这4项并从中选取最低得分并乘以2作为阶段2有效得分。具体信息如表5所示。

CNCAP 2021规定了后排座椅也需要做鞭打动态测试，由于后排座椅的假人穿透量远比前排的小，而且后排头枕在高度上和头后间隙上都比前排恶劣，因此很难得到较高分数，一般得分率在50%-60%左右。

4 结论

針对全球项目的鞭打要求，如果需要在各个市场都得到较好表现，需要遵守以下规则：

a）CAS阶段，对头枕的高度和头后间隙进行校核和改进，前排使用HRMD校核，后排采用△CP方法校核，确保静态测量不失分;

b）E-NCAP和C-NCAP是最具有代表性的两个评估准则，应优先保证E-NCAP和C-NCAP性能;

c）NIC是所有项目最容易失分的项目，可以考虑适当的吸能机构如WHIPS[2];

d）考虑到乘坐舒适性，头后间隙不宜小于30mm;但因为E-NCAP和IIHS都将头枕接触时间作为一个考察项，因此，头后间隙在25-35之间为宜;

e）头枕内部支撑骨架的设计对改善鞭打性能有较好效果，在成本允许情况下可以考虑在头枕内部增加塑料支撑或者EPP支撑;

f）骨架的MTM（Meat to Metal）不仅仅对舒适性有好处，跟鞭打性能也正相关;

g）在韩国市场，尽量不要用一体式头枕或者不可调头枕，会导致较大罚分。

参考文献：

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