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正文內(nèi)容

乘用車(chē)座椅的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

2025-07-26 20:11 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 每個(gè)子區(qū)間上都是不高于三次的多項(xiàng)式。⑴在每個(gè)區(qū)間[xj1,xj]上,三次樣條函數(shù)可表示為 ⑴其中:⑵ 所滿(mǎn)足的方程為 ⑵其中:在選擇第一型樣條滿(mǎn)足的插值條件 ⑶由此導(dǎo)出 ⑷ ⑸ ⑹ ⑺ 通過(guò)以上的函數(shù),可以在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)對(duì)任意插值點(diǎn)的計(jì)算, ⑻取和構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)(其中130和500分別為高靠背座椅功能圖中腰椎骨和肩胛骨兩個(gè)受力點(diǎn),根據(jù)人體數(shù)模的統(tǒng)計(jì)數(shù)字,人體生態(tài)曲線(xiàn)在此兩點(diǎn)的曲率分別為(1 000和500),在最大滿(mǎn)足人體乘坐的舒適度的基礎(chǔ)上建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù) ⑼ 在不斷優(yōu)化插值點(diǎn)的過(guò)程中,應(yīng)使F(x)達(dá)到最小。 為了使曲線(xiàn)變化幅度不會(huì)太大,給設(shè)計(jì)變量的上下界加入約束 ⑽ 其中,為插值前的節(jié)點(diǎn)函數(shù)值,為插值后的節(jié)點(diǎn)函數(shù)值。根據(jù)人體生態(tài)曲線(xiàn)得到優(yōu)化前R(130) = 1364,R(500)=1415;優(yōu)化后R(130)=1036,R(500)=551 ,這與人體生態(tài)曲線(xiàn)中腰椎骨和肩胛骨的兩個(gè)受力點(diǎn)曲率半徑非常接近。擬合曲線(xiàn)如圖13所示圖13優(yōu)化前、后的數(shù)據(jù)點(diǎn)和曲線(xiàn)對(duì)比 開(kāi) 始選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)闹担?)和初始點(diǎn), 規(guī)定收斂精度、(,均大于0 判斷點(diǎn)是否已接近約束邊界 求懲罰函數(shù)的無(wú)約束點(diǎn)即計(jì)算點(diǎn)位反約束的情況(j=3....n 判斷點(diǎn)是否已接近約束邊界Φ 退出 φNNY此優(yōu)化問(wèn)題為有約束的多維優(yōu)化問(wèn)題,本章采用外點(diǎn)懲罰函數(shù)法,并建立了優(yōu)化流程如圖圖14優(yōu)化算法流程圖4 乘用車(chē)座椅的安全性汽車(chē)安全是未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的三大主題 (安全、節(jié)能、環(huán)保)之一,未來(lái)汽車(chē)的設(shè)計(jì),將以人為出發(fā)點(diǎn),以乘員的安全為最終目的。所謂座椅的安全性是指汽車(chē)座椅能有效地防止汽車(chē)事故的發(fā)生,并在事故發(fā)生時(shí)能最大限度地減輕對(duì)駕駛員及乘員造成傷害的能力,它包括主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性。汽車(chē)座椅不僅要減輕駕駛員及乘員的疲勞來(lái)滿(mǎn)足主動(dòng)安全性要求,還要與安全帶和安全氣囊一起對(duì)乘員定位的同時(shí)緩解碰撞的強(qiáng)度,使乘員的損傷指標(biāo)達(dá)到最小。乘用車(chē)是汽車(chē)的一個(gè)系列產(chǎn)品,在這種情況下,被動(dòng)安全行業(yè)得以蓬勃發(fā)展,如安全帶、座椅、頭枕,以及近年來(lái)興起的汽車(chē)安全氣囊等。本章主要是對(duì)乘用車(chē)安全帶以及在有安全氣囊的作用下,對(duì)安全帶和座椅的設(shè)計(jì)提出新的設(shè)計(jì)理念。座椅的主動(dòng)安全性是指座椅能夠有效防止事故發(fā)生的能力。座椅系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布置直接影響駕駛員視野的好壞、乘用車(chē)操縱是否穩(wěn)定以及其他控制系統(tǒng)功能的發(fā)揮程度,從而影響乘用車(chē)的安全性能。駕駛員的視線(xiàn)是從其眼點(diǎn)發(fā)出的,不同駕駛員視點(diǎn)的共同基點(diǎn)是駕駛員座椅。即使是完全相同的車(chē)身結(jié)構(gòu),也會(huì)因座椅的不同布置方式,使其視野有很大差別。因此,駕駛員座椅的布置也是保證良好視野重要環(huán)節(jié)。同樣,由于座椅是車(chē)身直接與人接觸的部件,它在承受人體重量的同時(shí),也可以幫助駕駛員保持良好的坐姿,使駕駛員能夠方便、穩(wěn)定地操縱車(chē)輛。另外,舒適的座椅也可以為駕駛員提供一個(gè)良好的工作環(huán)境,使其心情愉快、精力集中,從而有效地防止交通事故的發(fā)生,提高車(chē)輛的主動(dòng)安全性。在各種事故中,座椅作為減少損傷的安全部件起重要的保護(hù)作用。一方面,在事故中座椅要保證使乘員處在自身的生存空間之內(nèi),防止其他乘員或貨物進(jìn)入到這個(gè)空間,另一方面,它要使乘員在事故發(fā)生過(guò)程中保持一定的姿態(tài),使約束系統(tǒng)中的其他部件(如安全帶、氣囊)能充分發(fā)揮其保護(hù)效能。乘用車(chē)碰撞事故的碰撞形式大致可分為幾種:正面碰撞、側(cè)面碰撞、后面碰撞和翻滾。為了保證乘員的安全,在各種碰撞事故中避免因座椅的破壞而產(chǎn)生安全事故,座椅的設(shè)計(jì)必須要考慮座椅骨架、靠背、滑軌和安全帶固定裝置的強(qiáng)度和它們之間的連接強(qiáng)度。在正面碰撞事故中,對(duì)乘員起到主要保護(hù)作用的部件是安全帶,它能將乘員“束縛”在座椅上,使乘員的頭部、胸部不至于向前撞擊到方向盤(pán)、儀表板及擋風(fēng)玻璃上,避免乘員在車(chē)內(nèi)發(fā)生二次碰撞。然而如果座椅底部與乘用車(chē)地板連接強(qiáng)度不夠,安全帶就會(huì)失去其保護(hù)作用,乘員在自身慣性力的作用下與前面物品碰撞,從而引起傷害。同時(shí),當(dāng)乘員在安全帶的約束力作用下向后反彈時(shí),座椅靠背的力學(xué)特性也是影響乘員損傷指標(biāo)的重要因素之一。此外,當(dāng)后排乘員沒(méi)有受到約束,前排座椅靠背強(qiáng)度不足,后排乘員由于慣性會(huì)擊潰前排座椅,傷害前排乘員。同時(shí),如果前排座椅強(qiáng)度太高,又會(huì)在后排乘員在與之碰撞時(shí)傷害后排乘員。座椅的乘坐輪廓設(shè)計(jì)不當(dāng),在汽車(chē)正面碰撞時(shí)會(huì)使乘員沿座椅下滑,使腰部安全帶移到肋骨以上(即“下潛”現(xiàn)象),也會(huì)使安全帶失效,因此,安全帶在乘用車(chē)對(duì)人員的安全起至關(guān)重要的作用。盡管使用安全帶比較麻煩,但是,安全帶減輕了乘員在車(chē)禍中的傷害程度,這一公認(rèn)的事實(shí)使越來(lái)越多的國(guó)家用法規(guī)強(qiáng)制佩帶,尤其是對(duì)于前座乘員。安全帶的保護(hù)作用主要體現(xiàn)在它減少了撞車(chē)時(shí)人體減速度值,從而降低了引起二次碰撞的相對(duì)速度和位移,使傷害指數(shù)下降。圖15為某乘用車(chē)在50km/h 的初速度正面屏壁碰撞時(shí)佩帶與未佩帶三點(diǎn)式安全帶的假人撞車(chē)時(shí)頭部加速度的測(cè)定曲線(xiàn)。由圖可見(jiàn),兩種情況下頭部加速度峰值將相差約50g,同樣試驗(yàn),胸部加速度值也將相差約45g。圖15轎車(chē)碰撞中假人頭部加速度時(shí)間歷程座椅安全帶分兩點(diǎn)式、肩帶、三點(diǎn)式和四點(diǎn)式四種形式。兩點(diǎn)式安全帶限制下身的運(yùn)動(dòng),常用于后排座椅上;肩帶能有效的防護(hù)上身,但在汽車(chē)碰撞時(shí),乘員會(huì)向前擠出,因此,常佩有膝墊使用;三點(diǎn)式安全帶由肩帶和腰帶組合而成,保護(hù)性能好,是目前最常用的一種形式;四點(diǎn)式安全帶是在兩點(diǎn)式腰帶上加兩根背帶,多用于賽車(chē)上。安全帶的織帶要求有一定的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和能量吸收性能,與人體的接寬度在 9800177。490N時(shí)不小于46mm。卷收器應(yīng)能保證織帶長(zhǎng)度能自動(dòng)調(diào)節(jié),自動(dòng)鎖緊式卷收器兩鎖緊位置間的織帶收放長(zhǎng)度不得大于25mm;對(duì)緊急鎖止式安全帶,織帶應(yīng)在接出長(zhǎng)度25mm之內(nèi)被鎖止;,織帶在拉出長(zhǎng)度50mm 以?xún)?nèi)不應(yīng)被鎖止。此外,當(dāng)車(chē)輛傾斜以下時(shí),織帶不應(yīng)被鎖止,車(chē)輛傾斜角達(dá)以上時(shí),織帶應(yīng)被鎖止。 安全帶作用人體載荷分析乘用車(chē)正面碰撞時(shí),安全帶作用乘用車(chē)正面碰撞時(shí),安全帶作用于人體的載荷可按下述方法來(lái)預(yù)估。設(shè)人體質(zhì)量為,乘員在人體碰撞過(guò)程中的平均減速度為,乘用車(chē)平均減速度為,人體與車(chē)輛的絕對(duì)位移分別為和,且安全帶的剛度為,碰撞初速度為。根據(jù)力的平衡條件,可建立人體慣性力與安全帶彈性恢復(fù)力之間的方程: ()=0 ⑴ 式中,;;,為碰撞時(shí)間,代入式⑴可得: ⑵解上述微分方程,可得: ⑶ ⑷ 于是: ⑸ 當(dāng)碰撞結(jié)束,汽車(chē)速度為零時(shí)安全帶作用于人體的力,可由(5)式求出: ⑹ 此外,作用在人體上的力還包括人的身體的動(dòng)能消耗所產(chǎn)生的力。此力在移動(dòng)時(shí)所作的功與動(dòng)能相抵消。因此,可寫(xiě)出下述方程: ⑺ 式中,為碰撞終止時(shí)刻的人體速度,由式⑷確定:為人體最大位移,或安全帶最大變形。聯(lián)解式⑷式和⑺式得:圖16安全帶對(duì)人體的作用載荷圖16中畫(huà)出了;;時(shí),人體承受的載荷。由圖可知,隨著車(chē)輛壓塌變形的減少,碰撞初速的提高,人體移動(dòng)量及載荷均將增加。乘用車(chē)座椅的安全性是多方面的,但是有大量實(shí)驗(yàn)表明,有安全帶和安全氣囊在事故發(fā)生時(shí)同時(shí)作用,能大大降低了事發(fā)死亡人數(shù)。目前,關(guān)于安全帶的法規(guī),如《QC2441977) 汽車(chē)安全帶動(dòng)態(tài)性能要求和試驗(yàn)方法》、《ECER16)安全帶標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)主要技術(shù)內(nèi)容》等均要求:試驗(yàn)后,假人不應(yīng)出現(xiàn)異常姿態(tài),安全帶承載部分不應(yīng)產(chǎn)生影響其功能的變形、損壞和斷裂,帶扣應(yīng)能正常開(kāi)啟。在通常的碰撞試驗(yàn)和事故中,人們也常以“安全帶完好無(wú)損,沒(méi)有撕裂、斷裂現(xiàn)象”作為安全帶合格的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于座椅,在碰撞試驗(yàn)和事故中,人們也往往認(rèn)為,座椅沒(méi)有移動(dòng)和扭轉(zhuǎn)變形為好,如在清華大學(xué)的一次碰撞試驗(yàn)后,一位研究員看到碰撞中座椅輕微前移,提出“座椅固定應(yīng)更加牢固”。但通過(guò)大量的試驗(yàn)分析表明:事故中,在安全氣囊起爆的情況下,安全帶在達(dá)到一定限值時(shí)斷裂、座椅在一定范圍內(nèi)移動(dòng),可以消耗碰撞中產(chǎn)生的一部分能量,能協(xié)助安全氣囊對(duì)乘員起到更加有效的保護(hù)作用。在安全氣囊的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,經(jīng)常要進(jìn)行大量的臺(tái)車(chē)試驗(yàn),用來(lái)調(diào)整安全氣囊的樣式、大小及泄氣孔的大小或有無(wú)。在試驗(yàn)過(guò)程中,常常遇到個(gè)別車(chē)型安全帶頻繁斷裂、座椅扭轉(zhuǎn)變形的情況。依常理,發(fā)生這些情況的試驗(yàn)被認(rèn)為無(wú)效,需重做。重做的試驗(yàn)當(dāng)座椅不變形、安全帶完好時(shí),認(rèn)為試驗(yàn)成功,數(shù)據(jù)有效。但事實(shí)上,那些被認(rèn)為無(wú)效的試驗(yàn)結(jié)果,卻恰恰為安全帶和座椅性能的評(píng)估提供了新的視角。在為A型車(chē)駕駛員側(cè)匹配安全氣囊的開(kāi)發(fā)試驗(yàn)——臺(tái)車(chē)試驗(yàn)中,驗(yàn)證某個(gè)袋型的試驗(yàn)結(jié)果如表21。試驗(yàn)條件是:風(fēng)擋玻璃、內(nèi)飾結(jié)構(gòu)與實(shí)車(chē)基本相同,安全帶為一般三點(diǎn)式安全帶;一個(gè)Ⅲ。假人,身上裝有 12個(gè)通道傳感器;車(chē)速為48km/h。從表1中可以看出,試驗(yàn) 和試驗(yàn)是被認(rèn)為正常的試驗(yàn),但傷害值HIC 比較大,胸位移相對(duì)偏高;試驗(yàn)8和試驗(yàn)9發(fā)生了座椅變形的情況,但座椅未前移,試驗(yàn)結(jié)果比正常的情況偏小,但量不大;試驗(yàn)A至試驗(yàn)E 均發(fā)生了安全帶或相關(guān)部件斷裂情況,只是斷裂的方式不同,斷裂時(shí)間的先后有差異,如此造成對(duì)假人指標(biāo)影響的不一致,但假人的HIC和胸位移變化趨勢(shì)基本一致。表1 A型車(chē)安全氣囊開(kāi)發(fā)試驗(yàn)部分臺(tái)車(chē)分析表試驗(yàn)試驗(yàn)情況假人指標(biāo)HIC胸位移A安全帶高度調(diào)節(jié)器拉下D安全帶上固定點(diǎn)螺栓拉拖C安全帶帶扣拉開(kāi)并斷裂D安全帶帶扣根部拉開(kāi)223E安全帶調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)向點(diǎn)斷開(kāi)F座椅損壞但未前移G座椅損壞但未前移H
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