当前课程知识点：汽车碰撞安全基础 > 第6讲：作为碰撞保护装置的汽车座椅 > 6-8：基于座椅滑动的尾撞乘员保护(会议报告版) > Video
简单看一下
在追尾碰撞当中
比较常见的
所谓的挥鞭伤
挥鞭伤
我刚才放那个图
就是你后背被撞了一下
你头会向后甩
甩的时候
我们用很通俗的话说
突然造成扭曲
至于说是向上拉伸
还是向后剪切
这个机理说得不是很清楚
但是我们从事故统计
是能看到它的发生的形态
比如说第一点
这是我们从美国的事故统计看
所以第一点就说
大多数追尾碰撞
大多数挥鞭伤
发生在尾撞里面
这4个Bar
你看最高的那个
前三个的话
前碰撞
侧面碰撞
也就是在中间碰撞
侧面碰撞的时候
也会发生挥鞭伤
但是毕竟是在追尾碰撞中发生很多
这个大家从惯性角度也很容易理解
所以这是第一点
第二点也蛮奇怪的
就是说
这几个图
实际都是碰撞速度
从左往右
速度在增加
我们看看这个追尾碰撞下
颈部的挥鞭伤
大多数发生在中低速碰撞
最高速反而少
最低速当然少
最低速少
大家可以理解
是因为碰撞强度不够
中低速大概16公里
15公里每小时到25公里每小时
大概在这个范围
这个事情也不是很符合逻辑
有一次我问美国一个大学的医生
我说你觉得什么原因
他也没有太想出是这个原因
我给你一个原因
我猜测
我估计
追尾碰撞挥鞭伤是轻伤
当你这个追尾碰撞严重的时候
这个伤也是有的
只不过你作为医生
你就不在意这个伤
去看别的伤了
所以很可能是这种原因
我自己不做事故的统计
做事故统计
你们去看
说不定我的假设是猜中的 是对的
在严重的碰撞里面
也有挥鞭伤
但是大家忽略了
这是事故形态
但是所谓机理不清楚是什么意思
究竟是因为拉伸太大了
还是这个机理
医学机理不清楚
我们怎么知道它发生的几率有多高
那么这样
风险有多高
成本有多高
这个碰撞是很常见的
然后虽然他轻伤
但是有成千上万次
这类事故
产生的轻伤
加起来的社会成本和事故成本很大
所以这件事
我们必须要去做
虽然把它医学上发生的机理不清
但是在工程上
知道怎么去治理它
已经清楚说
这类碰撞发生的时候
是因为头部和上躯干
它们会不会运动太大了
甭管说太快了
还是太大了
总而言之是
你如果能够减少
任何一部分
如果能减少
头部和上躯干之间的相对运动
这就是有效的办法
说不清楚的是 比如神经性的
这个医学上当然能说清楚
所以这个工程上不算
任何在工程上
看这个
机理不清楚
所以任何在工程上的办法
在座椅上
我只要能降低头部和上躯干之间
的相对运动
使得头部和上躯干之间
的那个颈部
减少拉伸或者是剪切
或者是弯曲
你就能够达到保护
那我们清楚了工程上
我们可以做设计
评价这个有五花八门的评价
那是做冲击生物力学的工作
我就把所有的评价指标列在这
我们不去争论它的科学性
比如说弯曲
速度什么跟头枕的接触时间
列了很多
这个在冲击生物力学里
有很多争论
有些是有效的
有些是有困难的
我们不去（深究）
我们做工程的
以考卷 以NCAP或者以返回的
你给我什么评价指标
我就按照这个去做就行了
我不去管你们那个争论
我们也是这个意思
我们是做工程的
我们总结一下
在追尾碰撞的防护方面
我把它分成三类
因为所有的基本上都是基于座椅的
因为你身体
你要减少局部的状态
头往后甩
你要碰到头枕
基本上就是人和座椅的关系
那么第一部分就是
我管它叫基于头枕的支撑
这个非常好理解
我们市场上几乎所有的工程设计
都是基于头枕的
就是你看中间这幅图
中间这幅图
如果我
当事故碰撞发生的时候
能让我头枕尽可能的靠进头部
这很好理解
你就托住我
我的颈部的拉伸就小了
第二点就是
基于椅背转动
大家看这个动画
这个是Euro NCAP的座椅评价
你可以看它那个椅背转动得很大
椅背转动很大
大家也很好理解
当惯性下来的时候
椅背有转动的时候
我这个躯干和头
也就延迟了颈部被拉伸的时间
和力度
第三类 是我今天要提出来的
基于坐垫的滑动
其实原理还是一样的
我后面会说
我坐垫朝后滑动
大概分这么三类
回顾一下
在过去大概有20多年
在工程界和学术界
一直存在这么一个争论
就是管它叫
刚性座椅和柔性座椅
之间的矛盾争论
那么我们看
追尾通常主要在中低速下
发生碰撞
中低速下发生碰撞
我们希望椅背
或者是调角器有一定的柔度
也就是说
追尾的时候
它能够弯曲也好
它能够转动也好
有了这个柔度以后
刚度低一点
这样的话
我们能降低相对运动
这是提倡柔性座椅的
但另外一方面
说刚度好
座椅越刚越好
你去看法规
都有这个椅背朝后弯曲的刚度
要大于多少
甚至我们在NCAP评价说
如果我能让速度
追尾速度超过多少
你的那个转角要小于多少
这个里面是什么
就说如果你那个椅背转动太大了
你设想不光是有中低速碰撞
还能有高速碰撞
在高速碰撞下
你那个椅背
或者在中低速碰撞转角是10°的话
那高速碰撞肯定是40°
这样人会朝后滑出去
人朝后滑出去
你就不能约束他了
那个就更危险
所以在追尾碰撞的时候
一直存在这么一个柔性和刚性的争论
一个是针对于中低速的保护
一个是针对于高速的保护
这个争论
也有一些解决办法
这个像我在通用汽车工作的时候
我们有著名的专家叫David Viano
他发明了一个座椅
我不去介绍了
在加拿大市场
一些市场已经开始应用了
就是在解决这个刚性座椅和柔性座椅的
这个差距
我觉得我今天介绍的
也在解决这个事
那我们提出的一个理念
就是
大家看上面那个动画
是在我的实验室做的
我们做的样板叫样机
这个座椅的
你看下面那个滑轮部分
我用两个黄色标出来了
你可能会看第二个
它会朝后
整个坐垫会朝后
在追尾碰撞下
由于我整个椅背的惯性
你这个都是向后推的
我借助这个惯性
我在滑轨上做一个机构
使得它能够像
下面这个是不动
所以我下面是传统的座椅
跟它并列
下面你看它椅背会弯曲
但是座椅原来根本都没有动
但是它那个滑轨
它是不能够相互滑的
上面是可以相互滑的
我说您盯着上面那个看
我们在座椅的滑轨里
做了这么一个滑动的机构
同时这种滑动的机构
还把它作为一个能量吸收装置
你今后滑它 你别光空滑它
在滑的时候
它给你的约束力
比如说2000N乘上滑动的这个距离
比如说是100毫米
有的80毫米
这个2000N或者3000N乘上这80毫米
100毫米
它有机会吸收能量
简单计算一下
有可能
虽然不是很多
大概至少需要等于座椅
或者超过座椅的动能
或者是人的动能的一半
那你想想
人的动能我能把一半
吸收掉
这个在碰撞安全里是完全符合基本原理的
所以从原理上就是说
如第3点写的
在尾撞下
由于惯性的作用
我允许座椅和乘员向后滑动
这个滑动自然可以减少
头部和胸部之间的相对运动
从而降低挥鞭伤的风险
这是基本的结构概念
那么我们看这个结构概念
在工程上
我们是怎么实现
大家看动画
我们拿了一个座椅来做一个改动
首先第一点要求就是
滑轨的正常的功能不能动
滑轨正常功能是你坐在那
你可以调整后背
这个时候不动
然后我加了一个滑动功能
我做了一个简单的叠加
当然你在工程设计上
你可以做得更复杂
以及降低成本等等
但我们在学校做
做了一个简单的叠加
就有两个滑轨
滑轨里面套一个滑轨
细节不去说它
在正常的时候
它正常的作用 座椅调节功能
还是能够执行
然后我们的叠加进去的那个滑轨
我给它一个碰撞的 叫trigger
比如说在一般的
你比如你踩个闸
或者什么
强度比较低的时候
它是不能动
当你追尾强度超过了一个强度
这个你工程上
你可以设计
你自己去规定
十几公里也好
二十几公里也好
然后你去改你那个trigger
工程上有很多办法
当超过了这个强度
它就开始滑了
所以就是有一个释放装置
然后再有一个滑动装置
滑动装置再有能量吸收装置
滑动到一定的距离
或再有锁止装置
就这么四种
这个事就结束了
然后我们只是提出了其中的一个工程设计
工程设计也五花八门
各种各样的设定
原理反正等于是这个原理
把我们滑动座椅的概念做一个评价
这个我们用仿真来做的
我们看Euro NACP规定的
这三个载荷
追尾碰撞载荷
还有偏低速的
中速的 高速的
载荷曲线
这是加速度的时变载荷曲线
有的脉宽窄 有的脉宽高
我们就把Euro NCAP文件拿过来用
然后在MADYMO环境里做的一个
仿真的模型
不外乎找一个座椅模型
找一个MADYMO里面的
尾撞假人
然后再把约束系统
并不需要气囊了
尾撞没有那么厉害
我们把安全带做好
其实安全带也没有太大作用
因为你是朝后运动的
然后你就来仿真这个载荷环境
然后你来兼顾我前面列的
所有的伤害参数
我也不知道哪个伤害参数
都看一看
弯矩剪切力各种各样的NIG
全部看一看
所以这是我的评价模型
然后我们看结果
我的目标就是所有结果都看
我有一个基础的
就是原来我没改的这个座椅
当然也做了一个优化
在我改动的这个座椅
就是我现在基于滑动
滑动作用
我的参数无外乎是调角器的椅背刚度
头枕刚度屈服强度等等
所有座椅的约束
然后加上这个滑动
我滑动这个平台力度
这个滑动的最大行程
不是我的设计参数
不能超过100毫米
因为太大的话
就影响后排了
那个不是我的设计参数
设计参数就是我的约束力
就2000N 3000N 4000N这是
我比较一下这两个
我就等于两个座椅设计
列了很多的伤害参数
没有列全
并不是所有的参数都改进了
但是大部分伤害参数都改进了
这是第一点
然后右面这三个图
我都列了时间曲线
大概捡了几个
剪切力 弯曲力 颈部的拉伸力
我们看这两条曲线
颜色我没有标明
你看不清楚没有关系
就是说
我看时间曲线
所有的能够表示你的拉伸力
剪切力 弯曲的
至少它的峰值都降低了
其实原理我们做之前就知道了
只是你怎么做优化设计了
这并不一定是最优的情况
你可以再进一步的最优
所以我们就有这个信心说
至少仿真评价我知道
能够降低颈部的损伤的风险
如果你的评价指标稍微有点变化
你可以根据那个指标
再进一步的优化
整个细节我们不去管它
我来评价一下
我的整个结构概念
我管它叫基于座椅滑动的尾撞乘员保护装置
它有什么特点
有什么优势
你自然会跟市场现有的比
我刚才总结了
市场现有的无外乎基于头枕的
基于椅背转动的
这是两大类
我这是第三类
我们把这一块来比较一下
我只说我这边的
基于尾撞滑动的优点
一个是从原理上
它跟其他一样
它能够降低尾撞时候
乘员头部和上躯干之间的相对运动
这个是非常简单的事
它多了一件事
它能够在滑动耗散一部分能量
甭管是多少
总是有用的
这是多了一个事
这是优点
第二个优点
它能够兼顾非常重要的
兼顾低速度和高速度的尾撞保护
记得我说的柔性座椅和刚性座椅
这个争论
一个要管低速
一个要管高速
为什么我这个能管
我这个椅垫的滑动
无论是在中低速
还是高速
都是要滑的
因为我的那个
让它释放的那个门槛值
可能是十几公里
或者二十公里每小时
是偏低的
也就是说
你有一个八十公里每小时追尾
它可能要滑的
但它这个滑动
只不过在不同速度下
保护效果可能不一样
所以这个滑动
基于滑动永远在
然后我的椅背的刚度
和调角器那些东西
我就可以不用它来做低速度的碰撞
我的椅背就是全部都是做高速度的碰撞
也就是说你没有这个任务了
你可以把你椅背的转角刚度
调到该怎么高怎么高
这样在高速公路上
好的椅背不会转动
或者转动不大
所以我等于是把
低速碰撞下的挥鞭伤的保护
放到滑轨上
把高速碰撞下的乘员约束
放到调角器和椅背的刚度上
我把两个分开
所以我可以兼顾高速和中低速
碰撞下的保护
所以这是我的第二个优点
把两件事分开
第三个优点就是说
它有灵活性和可拓展性
我现在做的全是被动保护
就说我就是一个约束力
然后只要达到我这个门槛值
就动了
这是纯被动
不需要任何传感器装置
那么我也可以把它做成主动保护
你只要加一点成本
你如果能够感知到追尾碰撞的强度
昨天我们大会汇报
也有很多的主动安全
你要能估计到
说是60公里每小时
还是40公里每小时
还是20公里每小时
估计到
第二个你能估计到乘员的重量
身材这个事很容易
是一个一米九还是一个一米五的
这两个知道了之后
我就可以调我这个约束力的大小
比如说你个小就是2000N
个大的可能是4000N
严重可能是5000N
不严重可能是1000N
那调这个约束力
你得有一个装置
这个机械上都不难想
只不过你要有一个传感器
你要有一个执行装置
这些往里一加
成本就高了
所以
从我能够把尾撞保护
拓展成基于主动保护
这样给不同的碰撞强度
不同的乘员身材
提供一个有针对性的保护
只加成本就是了
然后第三个拓展是
我是基于椅垫的可以跟
基于头枕和椅背的装置结合起来使用
你要说我这个座椅非常好
非常贵
我想保护效果非常好
那你就把它都扔上
基于滑轨你也可以要
基于头枕的你也可以要
成本就高了
座椅可能也重了
但是实际结合起来
就容易一起来优化
也可能保护效果更好
基于这个滑轨
至少是结构简单
成本低
你把滑轨改了就可以了
那我们看
这是我的最后一张
这个里面碰到一个问题
NCAP的制作要求
是不允许或者限制座椅滑动
Euro NCAP和C-NCAP都有这个限制
比如说限制不能超过20毫米
Euro NCAP大概没有限制
那么我说的这个东西
我们不要发愁
因为NCAP对这个不允许座椅滑动
这个限制
它不是针对我这个发明的
因为你这个发明做完之后
你还没有论证你的优点
他是我们在碰撞的时候
座椅的安装一定要牢固
因为如果不牢固的话
就有危险
所以我认为现在NCAP这个限制
是针对座椅的一定要牢固
如果你能够证明
你这个座椅滑动
在尾撞的时候
能够更好的保护效果
成本也不高
那这件事NCAP是可以改的
所以它并不是说一个限制
另外一个我们看
Euro NCAP有一个要求就说
头部和头枕接触时间
我滑动以后包括椅背后倾
我这个接触时间肯定晚了
因为你延迟了它的相对运动了
所以我说那条要求也不是针对我们的
因为他是说
如果是主动保护
接触得越快效果越好
所以你要理解
它的要求是有针对性的
它不是说有意地为难我们
它原来不知道我们这个想法
我们看看这个方案
不光是有这个基于椅背
我特别找了一个某某网站的Volvo C30
Volvo C30它把调角器的这部分改了
这个我看了看
它也是说
这个调角器可以松开
你不可以向后滑动
也就是说
它规避了椅垫向后滑动这件事
它让椅背向后滑动
这是一种规避的行为
但是原理是一样的
只不过它这个想法
没有我们滑动的幅度大
因为你的调角器
你不可能拉开很大
另外它这个要复杂一些
我认为如果能够用
基于滑轨的
我们这个基于调角器的可能要好
但是原理都是一样的
应该是期待这点要改
那么这就是结束了
我这边列了一下
我所有的资料
大家可以看到
过去八年时间的
很辛苦做的两个硕士论文
然后有专利
还发表了一些论文
我希望下一步能够依托一些项目
能够把它做成产品
科研向产品的转化
好 谢谢大家
-1-1：汽车安全问题的背景
--Video
-1-2：车辆碰撞过程
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-1-3：汽车安全的定义
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-1-4：乘用车组件及车身结构碰撞区域
--Video
-1-5：汽车碰撞的类型和碰撞设计要求
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-1-6：汽车碰撞安全设计与分析过程
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-2-1：汽车碰撞波形的定义
--Video
-2-2：发动机对碰撞波形的影响
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-2-3：车辆运动学分析
--Video
-2-4：乘员运动学分析
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-2-5：乘员动力学(1)
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-2-6：乘员动力学(2)
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-补充：整车碰撞试验视频
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-2-7：基于等效方波的质量弹簧模型及约束系统刚度设计
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-2-8：碰撞波形与乘员的约束系统设计匹配（上）
--Video
-2-9：碰撞波形与乘员约束系统设计匹配（下）
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-3-1：冲击载荷下人体的受伤机理
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-3-2：冲击载荷下人体的力学响应
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-3-3：人体的损伤容限
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-3-4：人体冲击力学的试验方法
--Video
-3-5：冲击载荷下人体胸部的力学响应
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-3-6：人体胸部碰撞损伤容限
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-3-7：冲击载荷下人体头部的力学响应与碰撞损伤容限
--Video
-3-8：人体其他部位碰撞损伤研究
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-作业1
-4-1：碰撞假人演变和开发历史
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-4-2：混III 50百分位假人的结构
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-4-3：其他碰撞假人
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-4-4：假人的生物逼真度控制和改进
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-4-5： 碰撞假人主要结构介绍
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-4-6：典型整车碰撞试验过程介绍
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-4-7：典型滑车碰撞试验
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-补充1 正面100%重叠刚性壁障碰撞试验
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-补充2 正面40%重叠可变形壁障碰撞试验
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-补充3 可变形移动壁障侧面碰撞试验
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-5-1：安全带与气囊的功能
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-5-2：安全带结构
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-5-3：气囊的结构与工作原理
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-5-4：气囊的潜在危险性
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-5-5：气囊对离位乘员的危险性
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-5-6：碰撞感知的概念与难点
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-5-7：点爆策略的制定过程
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-5-8：周青教授解读汽车乘员约束系统工作原理
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-6-1：汽车座椅的结构
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-6-2：颈部挥鞭伤及影响因素
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-6-3：座椅的功能和碰撞安全性设计
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-6-4：防挥鞭伤的原理和保护装置
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-6-5：座椅刚性和柔性的争议
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-6-6：基于座椅滑动的尾撞乘员保护
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-6-7：座椅主要结构及功能介绍
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-6-8：基于座椅滑动的尾撞乘员保护(会议报告版)
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-作业2
-7-1：儿童乘员碰撞保护问题
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-7-2：儿童身体生物力学特性及伤害研究
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-7-3：获取儿童损伤生物力学特性数据及儿童假人设计
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-7-4：儿童乘员约束系统
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-7-5： 儿童乘员约束系统碰撞性能评价
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-7-6：儿童座椅台车试验过程介绍
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-7-7：儿童约束系统使用正确与否的对比
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-8-1：碰撞法规试验的单一性与交通事故的多样性
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-8-2：自适应乘员约束系统优化仿真平台
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-8-3：可调式乘员约束系统构型优化结果56kph工况
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-8-4：可调式乘员约束系统构型优化结果40kph工况
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-9-1：侧面碰撞保护设计评价方法
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-9-2：侧面碰撞过程分析
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-9-3：髋部缓冲衬垫设计考量举例
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-9-4 ：侧面碰撞缓冲衬垫设计
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-9-补充1：车与车侧面碰撞试验
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-9-补充2：C-NCAP可变形移动壁障侧面碰撞试验
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-9-补充3：侧面柱碰撞试验
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-9-补充4：可变形移动壁障侧面碰撞试验
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-10-1：乘员头部碰撞问题的背景
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-10-2：力学建模及其依据
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-10-3：研究结果如何指导乘员头部碰撞保护设计
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-10-4：乘员头碰撞小结
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-作业3
-11-1： 行人碰撞事故特点及伤害
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-11-2：行人下肢碰撞损伤机理研究
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-11-3：行人安全评价方法、法规及实验模块
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-11-4： 基于行人模块试验评价方法利弊
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-11-5：车辆前端结构的行人碰撞保护设计
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-11-补充1 行人碰撞保护中成人及儿童头模块碰撞试验
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-11-补充2 行人碰撞保护中下肢模块碰撞试验
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-12-1：薄壁管件轴向压溃设计和分析
--Video
-12-2：塑性铰的概念
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-12-3：薄壁方管轴向压溃变形模式和机理及其力学模型
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-13-1：结构和材料碰撞响应之复杂性
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-13-2：冲击载荷下材料的表征与测试-材料特性的复杂性
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-13-3：冲击载荷下材料的表征与测试-应用环境的复杂性
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-13-4：冲击载荷下材料的表征与测试-试验设计与优化
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-13-5：碰撞载荷下材料和结构的建模与仿真
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-作业4
-14-1：影响两车相撞安全性的因素
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-14-2：具体说明重量、刚度、几何尺寸等如何影响两车相撞安全性
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-14-3： 不同重量级别汽车的安全性设计
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-14-4：事故统计及车重的发展
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-14-5：轻量化技术对汽车安全利大于弊
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-15-1：电动车事故
--Video
-15-2： 电动车电池排布及电池的细观结构
--Video
-15-3： 电池的起火条件及设计准则
--Video
-15-4： 电池碰撞安全性研究
--Video
-15-5：小型轻量化电动车的碰撞安全性研究
--Video
