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摘要：某汽车座椅在鞭打试验中得分中等，主要失分项是NIC（颈部伤害指数）和上颈部扭矩两项指标。结合仿真分析制定了一些列的试验矩阵，将优化改进和性能研究同步推进，形成了较为完备的试验状态曲线数据。本文基于这些数据研究探讨影响鞭打试验结果的因素，总结规律，为座椅设计和优化提供指导。
关键词：汽车座椅；鞭打试验；NIC；上颈部扭矩；设计和优化
引言
追尾事故是一种常见的交通事故，据统计约占所有交通事故类型的1/3碰撞发生时，汽车带动座椅向前方运动，而乘客由于惯性仍然保持乘坐姿态，然后人体会与座椅靠背碰撞，能量向上传递，最后是头部与头枕的碰撞，随之而来的便是人体的颈部伤害[1]。整个过程类似于挥鞭运动，所以该碰撞形式又被称之为鞭打。众所周知，颈部伤害潜伏期长，危害大，不易治愈，患者會承受巨大痛苦。C-NCAP规则从2012年引入鞭打试验，至今已更新到2018版 [2]，从而为鞭打伤害保护提供了规范性的评价和设计指导。
鞭打评价中各指标项失分越多，代表伤害越大。基于此，本文通过对鞭打试验结果的分析，对试验靠背内垫骨架结构、头后间隙对头枕触发的影响[3]以及上颈部扭矩对头后间隙和靠背动态的响应等内容进行横向对比，从而总结碰撞规律，避免较大的鞭打伤害。
图1的靠背中垫结构是两根相同直径蛇形簧，布置于靠背腰部位置。图2的下根蛇形簧位置不变，上根蛇形簧上移至靠背背部靠上位置。试验前三把座椅静态测量位置相差不大，处于公差范围内。图3、表1为试验后T1加速度曲线信息，①、②、③号座椅上升趋势相同，但③号座椅第一加速度明显较低。这是由于①、②号座椅靠背中垫结构刚度不均匀、靠背向后撞击骨架导致，③号座椅调整后刚度适中。
通过以上分析，靠背内垫结构和刚度合理布置对于降低T1加速度非常有利。
2 头枕backset值作用
由公式（1）（3），上升较高的头部加速度对降低NIC伤害有利。头部加速度两个关键要求一是触发早，二是上升快且波形稳定[4]，这样会使相对加速度波形较小且保持稳定状态，不会波动剧烈，从而利于降低NIC。以下是七把座椅结构相同头枕试验头部加速度曲线。
由图4、表2，明显的头部加速度随着backset的增加触发时刻逐渐推迟[5]，根据表2，接触时刻由 51.4ms推迟至71.6ms。这是由于头枕与头距离大，接触时间滞后。
由图5、表3，当backset较小时，即10mm左右，会导致头部加速度不稳定，这是因为初始阶段座椅靠背受假人背部作用力并明显地反馈到头枕，使得假人头部与头枕的相互作用受到影响，出现波动。
因此在设计时应当有合理的backset值，经验上可以将backset设置在15mm～30mm（主动头枕还可以更大），从而头部加速度触发可以在碰撞后53ms左右前完成。
3 上颈部扭矩对backset和靠背动态的响应
在鞭打试验中，上颈部扭矩考查的是上颈部弯曲和伸张的伤害，其公式
由图6和表4，在初始至70ms阶段，上颈部扭矩增大，且backset值越大，峰值越高。这是因为头枕接触时刻晚，靠背充分带动躯干前移，上颈部弯曲加大。随后上颈部开始伸张
由图6和表5，在70ms至90ms阶段，上颈伸张逐渐增大，上颈部扭矩负的部分增大，且随着backset值增大，负的峰值有增大趋势不明显，但峰值时刻更为靠后。对比图7，该阶段靠背动态张角各曲线虽有差异，但不是影响上颈部扭矩的原因。因此可以认为，各靠背支撑效果一致。
由图7和表6，在90ms之后，靠背开始回弹，上颈部再次弯曲，上颈部扭矩正增大，且随着backset值的增大，上颈部扭矩峰值呈增大的趋势，且比较明显[6]。这是因为backset小，回弹时头枕推动头部向前，颈部弯曲更大，同时由于躯干的回弹，导致上颈部弯曲加大。
实际试验中，上颈部扭矩最大值大多数取在回弹阶段正的上颈部扭矩峰值，通过增大backset可以降低反弹阶段上颈部扭矩峰值，但是会影响到头部加速度的触发，因此需准确设定backset值，各项指标统筹考虑。
4 结论
本文以试验结果为研究基础，对某汽车座椅复杂的鞭打试验曲线分析，找出了试验规律和座椅改进的方向。分析结果表明，靠背中垫结构布置和刚度、头枕backset值设计对鞭打试验结果影响很大，而同时上颈部扭矩受头枕backset和靠背动态的响应又限制着以上参数的调整，它们是相互作用与制约的。根据以上分析，对靠背中垫结构布置和刚度以及头枕backset提供了设计建议，以便于后期座椅产品的设计和改进。
参考文献：
[1]肖志.汽车后碰撞中乘员颈部防护的研究[D].湖南大学，2007.
[2]中国汽车技术研究中心.C-NCAP管理规则（2018年版）[Z].2018.
[3]凡沙沙.座椅鞭打仿真分析的研究与应用[J].企业科技与发展，2014（09）.
[4]Brian O’Neill.Head restrains theneglected counter measure[J].Accident Analysis and Prevention，2000（2）.
[5]Shang Enyi，Chen Xianling，Shi Yutao，Liu Tao.Experimental Study of Whiplash Test Based on Dummy Head Stess Analysis[J]. Automotive Technology，2014（04）.
[6]田佳平，潘萍萍. 某车型头部保护方案优化分析[J]. 汽车实用技术，2016（04）.
关键词：汽车座椅；鞭打试验；NIC；上颈部扭矩；设计和优化
引言
追尾事故是一种常见的交通事故，据统计约占所有交通事故类型的1/3碰撞发生时，汽车带动座椅向前方运动，而乘客由于惯性仍然保持乘坐姿态，然后人体会与座椅靠背碰撞，能量向上传递，最后是头部与头枕的碰撞，随之而来的便是人体的颈部伤害[1]。整个过程类似于挥鞭运动，所以该碰撞形式又被称之为鞭打。众所周知，颈部伤害潜伏期长，危害大，不易治愈，患者會承受巨大痛苦。C-NCAP规则从2012年引入鞭打试验，至今已更新到2018版 [2]，从而为鞭打伤害保护提供了规范性的评价和设计指导。
鞭打评价中各指标项失分越多，代表伤害越大。基于此，本文通过对鞭打试验结果的分析，对试验靠背内垫骨架结构、头后间隙对头枕触发的影响[3]以及上颈部扭矩对头后间隙和靠背动态的响应等内容进行横向对比，从而总结碰撞规律，避免较大的鞭打伤害。
图1的靠背中垫结构是两根相同直径蛇形簧，布置于靠背腰部位置。图2的下根蛇形簧位置不变，上根蛇形簧上移至靠背背部靠上位置。试验前三把座椅静态测量位置相差不大，处于公差范围内。图3、表1为试验后T1加速度曲线信息，①、②、③号座椅上升趋势相同，但③号座椅第一加速度明显较低。这是由于①、②号座椅靠背中垫结构刚度不均匀、靠背向后撞击骨架导致，③号座椅调整后刚度适中。
通过以上分析，靠背内垫结构和刚度合理布置对于降低T1加速度非常有利。
2 头枕backset值作用
由公式（1）（3），上升较高的头部加速度对降低NIC伤害有利。头部加速度两个关键要求一是触发早，二是上升快且波形稳定[4]，这样会使相对加速度波形较小且保持稳定状态，不会波动剧烈，从而利于降低NIC。以下是七把座椅结构相同头枕试验头部加速度曲线。
由图4、表2，明显的头部加速度随着backset的增加触发时刻逐渐推迟[5]，根据表2，接触时刻由 51.4ms推迟至71.6ms。这是由于头枕与头距离大，接触时间滞后。
由图5、表3，当backset较小时，即10mm左右，会导致头部加速度不稳定，这是因为初始阶段座椅靠背受假人背部作用力并明显地反馈到头枕，使得假人头部与头枕的相互作用受到影响，出现波动。
因此在设计时应当有合理的backset值，经验上可以将backset设置在15mm～30mm（主动头枕还可以更大），从而头部加速度触发可以在碰撞后53ms左右前完成。
3 上颈部扭矩对backset和靠背动态的响应
在鞭打试验中，上颈部扭矩考查的是上颈部弯曲和伸张的伤害，其公式
由图6和表4，在初始至70ms阶段，上颈部扭矩增大，且backset值越大，峰值越高。这是因为头枕接触时刻晚，靠背充分带动躯干前移，上颈部弯曲加大。随后上颈部开始伸张
由图6和表5，在70ms至90ms阶段，上颈伸张逐渐增大，上颈部扭矩负的部分增大，且随着backset值增大，负的峰值有增大趋势不明显，但峰值时刻更为靠后。对比图7，该阶段靠背动态张角各曲线虽有差异，但不是影响上颈部扭矩的原因。因此可以认为，各靠背支撑效果一致。
由图7和表6，在90ms之后，靠背开始回弹，上颈部再次弯曲，上颈部扭矩正增大，且随着backset值的增大，上颈部扭矩峰值呈增大的趋势，且比较明显[6]。这是因为backset小，回弹时头枕推动头部向前，颈部弯曲更大，同时由于躯干的回弹，导致上颈部弯曲加大。
实际试验中，上颈部扭矩最大值大多数取在回弹阶段正的上颈部扭矩峰值，通过增大backset可以降低反弹阶段上颈部扭矩峰值，但是会影响到头部加速度的触发，因此需准确设定backset值，各项指标统筹考虑。
4 结论
本文以试验结果为研究基础，对某汽车座椅复杂的鞭打试验曲线分析，找出了试验规律和座椅改进的方向。分析结果表明，靠背中垫结构布置和刚度、头枕backset值设计对鞭打试验结果影响很大，而同时上颈部扭矩受头枕backset和靠背动态的响应又限制着以上参数的调整，它们是相互作用与制约的。根据以上分析，对靠背中垫结构布置和刚度以及头枕backset提供了设计建议，以便于后期座椅产品的设计和改进。
参考文献：
[1]肖志.汽车后碰撞中乘员颈部防护的研究[D].湖南大学，2007.
[2]中国汽车技术研究中心.C-NCAP管理规则（2018年版）[Z].2018.
[3]凡沙沙.座椅鞭打仿真分析的研究与应用[J].企业科技与发展，2014（09）.
[4]Brian O’Neill.Head restrains theneglected counter measure[J].Accident Analysis and Prevention，2000（2）.
[5]Shang Enyi，Chen Xianling，Shi Yutao，Liu Tao.Experimental Study of Whiplash Test Based on Dummy Head Stess Analysis[J]. Automotive Technology，2014（04）.
[6]田佳平，潘萍萍. 某车型头部保护方案优化分析[J]. 汽车实用技术，2016（04）.