关于后排行李箱冲击试验及相关设计问题详解

随着我国汽车保有量的不断增长，道路交通事故频发，汽车的安全问题得到社会越来越多的关注。汽车厂商为了满足消费者对于车辆储物空间的需求，将后排座椅靠背设计成可以向前折叠放平，增加了储物空间。在汽车发生前部碰撞时，放置于后排座椅靠背上的未固定物品会对前排座椅产生巨大冲击，从而对乘员和驾驶员造成伤害。在这些事故中，座椅作为减少损伤的安全部件对乘员起到了决定性的保护作用。根据GB15083-2019的要求，汽车后排座椅必须要进行行李箱碰撞试验，来验证后排座椅在汽车前撞工况下的安全性。

下图为FEA模拟的后排靠背骨架行李箱冲击。





GB&15083—2019 附录B《行李位移乘客防护装置的试验方法》针对目前绝大多数乘用车的后排座椅靠背和头枕构成行李舱的一部分这一情况，对汽车碰撞过程中行李舱内行李向前移动冲击后排座椅靠背的过程进行了模拟，并对模拟行李的冲击块和试验加速度波形进行了规定。

一、试验要求及方法

1、试验样块

模拟行李的冲击块有2种形式：

类型1

尺寸：300mm×300mm×300mm。

所有边棱圆角均为20mm。

质量为18kg 。

转动惯量：（0.3±0.05）kg·m2（绕模拟行李样块的所有3个惯性主轴）。

类型2：

尺寸：500mm×350mm×125mm。

所有边棱圆角均为20mm。

质量为10kg 的刚性冲击块。

对于仅有座椅靠背构成行李舱一部分的汽车，在行李舱地板上按附录B规定距离放置2个类型1冲击块，如下图所示。



对于座椅靠背与头枕同时构成行李舱一部分的汽车，除了在行李舱的地板上放置2个类型1冲击块之外， 还须在头枕高度按附录B规定放置2个类型2冲击块，同时对座椅靠背和头枕进行冲击，如下图所示。



2、试验样块摆放位置要求

试验样块放置在行李舱地板上，试验样块质心距离座椅靠背后侧200mm，两试验样块之间距离为50mm。



若行李舱的尺寸限制了上述200mm的移动且后排座椅的前后位置可以调节的话则将这些座椅向前移动到乘员正常使用位置范围的最后边界或者移动到可以获得上述200mm的位置处取两者中较小者。对于其它情况，试验样块应尽可能远地放置于后排座椅之后。

3、试验座椅要求

试验应该在座椅处于其正常使用的位置处进行。

在试验期间必须对座椅进行调节以保证锁止系统不会由于其它的外界因素而松脱。按下述要求调节座椅：

a.纵向调节装置应该固定于制造厂规定的最后使用位置（对于可进行高度调节的座椅，衬垫应置于其最低位置）之前一个切口大小距离或10mm处。

b.若座椅头枕可以进行高度可调，则应将头枕调节到最高位置。

c.若后排座椅靠背能够折叠放倒，则应采用锁紧装置将靠背锁止在设计位置上。

4、试验碰撞曲线

滑车减速度或加速度-时间曲线如左图所示，乘用车车体速度变化范围48-50km/h。（GB15083-2016版为50-52km/h ）。



滑车减速度或加速度-时间曲线（模拟正面碰撞）

二、判定准则

1、座椅靠背或头枕应具有足够的强度以保护乘员不受行李的前移而伤害。如果座椅及其锁止装置仍保持在原位置则认为满足此要求。

2、在试验期间，允许座椅靠背及其紧固件变形，但是座椅靠背的前轮廓不能向前移出R点往前100mm的横向垂面。

3、头枕不能越过R点前方150mm的横向垂面。

4 、试验期间，试验样块保持在所考虑座椅靠背的后方。



三、常见问题

1、只要行李箱有加强筋等将乘客区与行李区隔开，且能保证18kg重块不能通过则不必进行李箱撞击试验，如果行李箱无法放下两个18kg行李块，也不需做此试验：



2 、行李箱撞击试验重块放置位置：



3、撞击试验中的头枕、靠背前移测量应取最大值，即在试验期间测量。测量应为头枕或座椅最前轮廓那一点，而不是在每个席位的纵向中心平面内测量。

4、OEM输入不了碰撞曲线时怎么办？

由数学知识易知，下图加速度-时间曲线与横坐标轴围成区域的面积即为速度。通过粗略计算：

曲线上限（28g）：82.9km/h

曲线下限（20g）：33.5km/h



考虑试验要求的速度变化范围48-50km/h，直接曲线上限进行FEA是不满足试验要求的。

这里依据GB 15083-2019要求，生成峰值减速度分别为20 g、24 g、28 g的3条台车试验减速度曲线，并利用这3条曲线作为边界条件分别进行行李块撞击仿真分析，以比较其对座椅冲击试验的影响。行李块距离座椅靠背为200 mm。



通过有限元仿真分析，得到靠背受到的来自于行李块的撞击力如下表所示。从表中可以看出，在相同的撞击初速度下，随着加速度曲线峰值的增加，座椅靠背受到的冲击力和靠背下横管最大变形量也相应增大。由此可见，即使满足试验要求，加速度不同，座椅的受力情况也是不一样的。所以，一定要从客户那里获取曲线。如果短期内真的没有，可以索要客户以往车型曲线，并与客户说清楚相关风险。



5、靠背锁位置对行李箱冲击有什么影响？

对于分体式40%和60%型座椅，靠背锁的位置和结构对撞击结果影响非常大。下图为靠背锁在座椅靠背上部和中间位置的曲线，从中可以发现，靠背锁越接近靠背上部，受力状况越好，越容易通过撞击试验。



6、行李箱底板摩擦系数对试验结果有影响吗？

针对不同的白车身，行李箱底板的材质也可能不同，即可能存在不同大小的摩擦系数，因此，在发生撞击时，行李块与底板间的摩擦力也不同。通过计算能量的损失来判断地板摩擦力对移动行李冲击试验的影响。

摩擦系数为0.3时，由单个行李块因摩擦所损失的最大动能Ws=F.S=18 kg×9.8 N/kg×0.3×0.2m=10.584 J；

当取摩擦系数为0.7时，则由单个行李块因摩擦所损失的最大动能为Ws=F.S=18 kg×9.8 N/kg×0.7×0.2 m =24.696 J。

可见，试验中行李块冲击座椅的能量损失随摩擦系数的不同而不同，其大小与摩擦系数成正比。当摩擦系数较大时，冲击能量损失较大，更有利于试验结果满足标准要求。但分析得知，总的初始动能为W0=1/2 mv2=1/2×18 kg×（13.9 m/s）2=1 736 J。当摩擦系数为0.3~0.7 时，摩擦做功所占冲击能量损失所占比例仅为0.6%~1.4%。由此可见，摩擦力的存在所导致的行李块损失的动能比较小，其对靠背在碰撞过程中的性能产生影响可以不作为主要因素。