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在讲我们自己的

基于坐垫滑动的想法之前

我们先来看一下

已存在了几乎20年的

关于座椅刚性和柔性的争议

这个东西跟尾撞保护有关系的

非常有意思的一个

研究方面的争议和设计方面的

先看看什么叫刚性座椅

什么叫柔性座椅

英文叫stiff seat

我把它翻译成刚性座椅

那柔性座椅叫yielding

yielding就是屈服的意思

yielding seat

我把它翻译成柔性座椅

这个柔性座椅

先定义柔性座椅

柔性座椅就是说

顾名思义就是在尾撞下

它能够通过椅背

或者调角器的某些变形

来减小头部

和上躯干之间的相对运动

来控制颈部的拉伸

就是椅背调角器

它有一定的柔度在里边

在低速或者高速尾撞下

那有了柔性座椅

就是这一类座椅以后呢

我们在大概（20世纪）六十年代

（20世纪）七十年代的很多事故呢

我们统计表明就是说

怎么那个年代尾撞下

颈部挥鞭伤好像发生的

机率比较小

就说明柔性座椅

有真实的事故统计数字表明

还是蛮出色的

但有问题来了

说 那总有一小部分

严重的尾撞

在严重的尾撞下

我刚才说了椅背过度的转动

会造成对乘员约束的

就失去对乘员的约束

有可能乘员滑出去

造成严重的损伤

所以这就是在实际事故里

我们总结它的优点和缺点

就是说yielding seat

柔性座椅

有这一类优点和缺点

那到了大概（20世纪）八十年代

（20世纪）九十年代说了 行

你yielding seat有问题

更多的就是刚性座椅

就是把座椅的刚度

设计的越来越刚性

那这样的话我的椅背

调角器的刚度和强度就上去了

你再继续看（20世纪）八十年代

（20世纪）九十年代的

那个事故统计

跟（20世纪）七十年代去比较

就发现当我座椅的刚度

越来越刚性的话

越来越刚

可以

如果我的刚性加强

对高速下的

对高速下的保护会有所增强

但是对颈部低速下的

颈部的挥鞭伤的保护

又保护效果出问题了

那这么一个争论或者争议

在工业界和学术界

就长期的存在

那我们去理一下

它争议或者争论的焦点

在什么地方

一个是说在严重的尾撞下

我的椅背需要足够的刚度和强度

来约束乘员

乘员不要向后滑出去

不要脱离安全带的约束

这是一个要求

另外一个要求说

在低速的尾撞下

轻微的尾撞下

我希望椅背要有一定的柔性

柔性能减少挥鞭伤的发生

实际争议就在这儿了

这样呢

我们看看它的问题

实际上是在发生的

事故发生的机率

严重的追尾碰撞不常发生

轻微的追尾碰撞经常发生

那我们这个设计难度就来了

我们刚才说挥鞭伤

又对成本又这么大

所以我怎么来设计我的座椅

使得它在低速低强度的碰撞下

能有一定的柔性

来保护我的颈部

然后在高速的碰撞下

又有足够的刚性

能够把乘员牢牢的束缚在座椅上

这件事儿是个矛盾

你柔了以后就不能刚

刚了以后就不能柔

这是个矛盾

这个矛盾就在于

我既要兼顾

不常发生的严重碰撞

又要兼顾经常发生的

不严重的碰撞

那这个矛盾

所以技术的进步

有时候要经历很多这种争论

还甚至很多实实在在的损失

终于被

这是我的同事Dr. Viano

Dr. Viano呢在

大概是在（20世纪）九十年代的时候

就提出了这么一个

他管它叫HR seat

HR的英文就是

High Retention seat

我管它叫做刚柔相济的

这么一种座椅

你看我们既要刚性又要柔性嘛

那他的设计的想法

就是说我有这么一种

刚柔相济的座椅

能够在较宽的范围里边

较宽的范围就是

既要涵盖低速

又要涵盖高速

可以在较宽的范围里面来保护乘员

而且这个座椅呢

因为Dr. Viano

是我们当时通用汽车

研发中心的一个很有地位

级别比较高的研究人员

所以他自己出来

提出这个想法以后

他就通过各种各样的影响

让座椅能够成为产品

技术能成为产品

我们很多技术都很难成为产品

对吧

成为产品

而且他后来在Saab

注意到我刚才说Saab

其实是同一个人

他后来就到Saab去工作

就把他这个想法呢

在Saab座椅上实现

所以座椅实际上在

大概1997年到2002年之间

实际上就投入生产用于车型

用在Saab上了

那我们来看看他座椅的概念

我们看座椅骨架

他说我座椅骨架

其实也没什么

说出来就很简单了

我这个座椅的骨架和调角器

要足够的刚性

就是你法规里规定的

各种各样的要求

要足够的刚性调角器

然后我中间的这部分

中间那部分它有一个英文

叫做Yielding perimeter

骨架嘛刚性这个好翻译

就是中间那部分

中间那部分呢它放上这些

这种像拉簧这种装置

然后当然还有

还有弹簧垫了 对吧

还有海绵垫了

就总而言之中间那部分呢

它有意把它设计的比较柔性

这样一个原理呢就使得说

当我发生低速尾撞的时候

我身体可以陷入

或者沉入中间的部分

你想我的躯干

如果陷入到椅背

它有足够的柔性

那不就能降低头部跟躯干

之间的相对运动吗

这个原理就在这儿了

然后在高速尾撞下

我的骨架和调角器

有足够的刚度和强度

我身体再往椅背里陷入

它毕竟整个骨架在那儿呢

它不会倒下去

所以它就是这么一个

叫做High Retention

我管它叫刚柔相济的

这么一个座椅

来解决

来解决低速和高速下的

一个矛盾

他那会儿在做的时候

正好我也在那儿工作

我同事 办公室就在我隔壁

我有时候看他做实验的时候

我就在问他

跟他学这个原理

我就开玩笑我说

你这个座椅

原理是这样来的

那因为我们在美国工作的时候

你能见到

尤其在Michigan那种地方

中国不常见

胖人特别多

我说这么多胖人

怎么能够陷到座椅的椅背里边

而且Dr.Viano本就很胖又很高大

这个我跟他随意

这么喝咖啡说讨论的时候

他反应很快

他说我座椅是给你设计的

说我身材正好

低速的时候可以陷进去

高速的时候能托住

再解释一下他为了设计

这个HR seat

不是Human Resources

High Retention

他这个刚柔相济的座椅

他提出的两个设计参数

或者说两个评价参数

这两个评价参数其实

我得稍微花点功夫解释一下

很简单他说一个

我管它叫椅背刚度

它的原文是Seat Stiffness

椅背的刚度

椅背的刚度的单位是什么呢

是kN/m叫K

就是说它我用红字标注的

椅背的刚度有多强

它决定了乘员向后运动的难易程度

我待会儿给大家看

参数的测试的这个方法

你就知道了

就是说我拿这么一个参数

乘员每向后移动单位长度

这个meter米在分母上会有多

会遭遇到多少阻力

这个力在分子上

他管这个叫刚度

那它来表征乘员在尾撞下

向后运动的难易程度大了小了

我们待会儿有图来看

那它这个阻力呢

在分子上的

kN主要来自

座椅中间的填充的变形

还有骨架还多少

会有点转动了

这是它的所有的阻力

那也就是说我设计这些

中间的部分

以及包括它调角器

在严重的碰撞

多少还是有点转动的

来决定向后运动的难易程度

他把这个定义成椅背的刚度

另外一个

把它叫做 叫英文叫Frame Strength

就是骨架和调角器的强度

这个的单位

是弯曲的角度°/kN

就是说你给这个施加一个力

单位的力

它会向后转动多少角度

这个参数呢

决定了椅背向后转动的难易程度

代表椅背转动刚度

那我看了看呢

说这个参数

实际上就是所有法规里评价的参数

那法规不就这么评价的吗

施加一个力

然后看它转了多少

你的刚度小于

不小于多少弯矩 对吧

弯矩不小于多少

只不过他换了一个方式

来去评价它

所以我觉得他这个参数呢

跟法规里评价的这些

是等效的是完全等效的

所以要满足它这个参数

我调角器的强度要大呢

实际上就是你只要满足法规的刚度

就是整个的椅背的

和调角器的强度

足够强就行了

这两个参数实际上他是有意来

这样来做的

就来反映它的刚柔并济

刚柔相济的这么一个思路

所以我来强调

这两个是有微小的差别的

一个是来评价

乘员向后运动的难易程度

一个是评价

椅背向后转动的难易程度

两个是在同时发生的

但是是代表不同的力学的性质

我们再仔细看看j和k的区别

一个叫j一个叫k

从单位上看

从单位上看 看的比较明确

这个j的单位

单位力的弯曲角度很好理解

你施加了多少力

它的弯曲的角度越小

刚度越大 对吧

那椅背的所谓的刚度呢

是单位位移

就是你乘员向后运动了多少

它的阻力

那它的确定方法呢

这也是Dr. Viano设计的实验方法

就跟法规里规定的那个方法不一样

他说我来测试椅背的保护的时候

我用假人

我直接把假人放上去

然后我拿一个Linear Impactor

我拿一个东西来推

假人的腹部

我带着假人来推

这个推的很厉害

这样就会把座椅给推弯

你看 对吧

所以我来看看这么推它的时候

你就会看他整个的身体

向后位移的难度

同时椅背如果不够强

它还会弯曲

所以他这么一个把力和位移

弯曲角度

全部在同一个实验里测出来

他就可以把这两个单位

把这两个参数同时测出来

其实这是在同一个实验里

测出的不同的运动量

或者说甚至都是同一个运动量的

不同的表征形式

这是我们把它看透了

就是这么一个形式

所以我为什么把单位列在这儿

然后他说了

他说我怎么来表征

座椅的尾撞的保护

关键是j和k的乘积

我一看看它j和k的乘积

你把单位列在一起就很清楚了

这个kN就

一个在分子一个在分母就去掉了

所以j和k的乘积的单位呢

变成了弯曲的角度

°/m

也就是说这就代表说

我一个乘员坐在这儿

你每向后移动单位长度

椅背会弯曲多少

会变成这样

那j和k是越大好

还是越小好

我们下一页看 我给忘了

应该是越小越好 对吧

应该是越小越好

所以这就是我们通过单位

来理清楚j和k的差别

那他就用这么一个实验呢

来把这两个参数同时来测出来

好 我们看看尾撞保护下

他把这两个参数理清

其实他应该用一个参数就完了

就是j×k

他说我在尾撞保护下呢

无论是高速还是低速

我希望降低j和k的乘积

他把j和k呢

画在同一张图上

所以横坐标就是

横坐标是j

这个数越来越大

所以我画了一个反向的箭头

这就跟那个刚才说的单位有关系

数值越小说明椅背的强度越大

这就是那个法规的要求

然后 这个叫做k

k是数值越大

说明座椅越硬

那j和k的乘积小呢

实际上就都

大家往这个角去

就是我这个红箭头画的这个角

它为什么这么来定义

你看箭头的方向

有的是越大越好

有的是越小越好

有的是乘积越小越好

他这么多定义是有目的的

这就是说写论文的时候

你用一个比较好的图

把复杂的现象给表征出来

他这样画的时候

他就发现说不是座椅

有两个特性吗

一个叫刚性座椅

一个叫柔性座椅

他就能清楚的看到

座椅特性的演变

在（20世纪）60年代到80年代

所谓的柔性座椅呢

大概在这个位置

这个位置是什么

就是椅背的强度偏大

偏大的话

就是座椅比较柔性

对低速尾撞好 在这个位置

然后后来说不行了

高速有问题了

就把座椅变强

刚性座椅在这个位置是数大

那他就说了

这两个位置各有各的缺点和优点

我需要在这个位置上待着

这个位置上就是他说的

刚柔并济的High Retention seat

他说我用j乘上k来表征的话

我就把这三个座椅特性说清楚了

我觉得挺好

至少他把事情说的清楚

在严重的尾撞下

我需要有个低的j

一个值来保证座椅的

椅背的转角小

这需要调角器的强度大

来保持高速尾撞下

对座椅的乘员的约束作用

那在轻微的尾撞下呢

我希望k的值低

k的值低代表乘员

比较容易的向后运动

能减少乘员的上躯干

和头部之间相对运动

来控制颈部

那这个刚柔相济的HR座椅呢

就是k也低j也低

那也就是j乘上k低

来解决刚性和柔性座椅

设计的一个争论

他认为就这么一个就解决了

这个挺好的一个科研的故事

加上技术的发展

加上这个技术最后用到了产品上

那这个Dr.Viano

最后也退休了

退休了以后还依然很活跃

现在是两本国际期刊的主编

都是跟这个叫Injury Prevention

都是做这个碰撞防护的

然后我这些年在做尾撞的保护

就一直在跟踪他的研究

后来发现

他这个HR座椅

甭管是因为他退休的原因

还是因为什么原因呢

这个在产品上

或者在车里面消失了

我也不知道是Saab

本身不行了

还是Viano退休了

还是座椅技术有问题

这都是有可能的

完了后来我们来做的时候在研究

后面只是猜测了

就是说在有一些研究里看到

他这个座椅

潜在的是有可能是有问题的

就是在高速下

人如果也沉在里边的话

会对颈椎（脊椎）造成很大的载荷

颈椎（脊椎）的载荷

是在任何的碰撞法规里

是不评价的

我们只有在航天航空的时候

才评价颈椎（脊椎）的受伤

因为在汽车碰撞里边呢

很少出现颈椎（脊椎）受伤

所以没有评价指标

那这样的话

尤其在你个儿比较大

我在想他这个严重碰撞沉在里

它对颈椎（脊椎）会造成一些

潜在的问题

这个只是学术研究中的猜测

因为你总是在琢磨

这么好的东西为什么出现了

最后又不出现了

是什么原因

这是一个很大的研究

我就把Dr. Viano

所有的重要的

跟座椅研究的文献

都列在这儿

我刚才讲的所有的东西

都是从他的这个文献来的