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【法规解读】汽车座椅主动式头枕与FMVSS202a低速后碰试验解析
2021-09-17 23:57:26· 来源：汽车座椅验证
01、汽车座椅主动式头枕按照FMVSS202a的要求，制造商可以选择对头枕进行全尺寸校核和静态性能试验，也可以选择对头枕进行宽度校核与动态碰撞试验。但是一般来说
01、汽车座椅主动式头枕
按照FMVSS202a的要求，制造商可以选择对头枕进行全尺寸校核和静态性能试验，也可以选择对头枕进行宽度校核与动态碰撞试验。
但是一般来说制造商们会更偏向于选择前者，因为相对动态碰撞实验，静态实验条件简单，可控性好，实验更容易满足。
FMVSS202a之所以增加后碰实验的选项，主要有两个目的：
首先相对静态实验，动态碰撞实验更能反应实际事故中座椅的表现。
另外更重要的一点是，NHTSA认为主动式头枕（Active Headrestraint）可以最大限度地降低鞭打损伤风险，所以希望通过增加动态实验这一选项，引导和鼓励制造商去研发更好的主动式头枕。
那么什么是主动式头枕？
主动式头枕是指在碰撞发生时，头枕可以主动向前/向上移动，更快地接住乘员的头部，减小乘员颈部运动行程，从而保护乘员免遭鞭打伤。
早在1997年瑞典萨博SAAB汽车公司便开始采用主动式头枕。之后沃尔沃、B.B.A、丰田、日产、现代等公司也分别推出了自己的主动式头枕。不过这类头枕由于制作成本较高，所以目前多用于高配汽车上面。
主动式头枕从感应方式上主要可以分为两种，
一种是通过乘员的质量作用在座位靠背上启动防护装置，头枕自动向前、向上移动。这类头枕可以在丰田、现代的车上看到。
另一种是通过车载传感器来监测追尾事故的发生，第一时间向头枕发出向前、向上的指令（头枕内预压紧的弹簧突然释放）。这类头枕可以在宝马，奔驰的车上看到。
还有一种方案是沃尔沃的WHIPS鞭打保护系统（Whiplash Protection System），该系统的核心思路是在座椅靠背与坐盆之间增加一套连接机构，后碰发生时候，连接机构会推动靠背和头枕轻微上移前倾，随后座椅靠背角迅速增加，如此可以大大减少躯干与头部的相对运动。
因为主动式头枕的展开或者移动需要一定的行程，所以初始状态的头枕，并不一定能满足尺寸或静态测试的要求，另外静态实验也无法反映出主动式头枕的表现。综上所述安排一个动态实验就显得尤为必要。
02、FMVSS202a 低速后碰试验解析
碰撞假人
FMVSS202a要求使用HIII 50男性假人进行测试。
可能有人会问，既然是考察鞭打，为什么不用颈部更灵活的BioRID假人？即便采用HIII假人，为什么不用AM95或者AF05体型假人？
针对这些问题，NHTSA在该法规的背景介绍中提到，首先目前FMVSS体系引入的前后成年碰撞假人只有HIII50和HIII05假人，没有BioRID 或HIII95假人。另外AM50可以很好地涵盖AF05的风险，并且已有研究证明HIII50假人具备预测鞭打风险的能力，综述所述，HIII 50假人是当前最合适的选择。
不过可以肯定的是，随着法规体系的不断完善，采用更加精确的碰撞假人也是大势所趋。如最近的UN R17-10新增的动态后撞实验就开始要求采用BioRID II UN假人。（关于BioRID假人，HIII假人，AM95/50，AF05等假人相关知识，以后再做介绍）
滑车系统
该试验还需要一套核心设备，那就是滑轨碰撞模拟系统。
滑车用于搭载测试车身或零部件，通过碰撞模拟设备，使滑车按照设定的波形进行加速或减速运动，从而模拟实际的碰撞环境。
碰撞模拟设备一般分为加速型和减速型两种。加速型设备是通过自带的驱动和制动装置共同作用于滑车，使其进行加速运动，这种设备可以生复杂的波形，精度和可重复性更高。
减速型设备是通过设计好的吸能或阻尼装置迫使滑车进行减速运动，这种设备成本低，但是精度较差，仅用于模拟简单的波形。
数据采集记录系统：高速摄像机用于记录碰撞过程并捕捉标记点的位移，电测系统用于记录台车加速度和传感器输出曲线等。同时还需要灯光系统以配合高速摄像功能。
座椅调节
将座椅安装在试验滑车上；
座椅调高调整到最低位置；
座椅滑轨调整到中间位置，若中间位置无法锁止则往后调整到最近锁止位置；
座椅头枕调整到高度中间位置，如果中间位置无法锁止则将头枕降低到最近锁止位置。头枕水平方向调整到最后位置；
座椅靠背将Torso Angle调整到25°，如果25°无法锁止，则往后调整到最近能锁止的位置；
座椅安装好座椅之后，一般需要用SAE J826假人测量座椅的H点、靠背角和头后间隙以检查座椅状态；
假人摆放
确认座椅状态满足设计要求后，开始摆放HIII 50碰撞假人。假人的摆放以上一步HRMD测出的结果为依据。
H点目标值是SAE J826假人测出的H点(X方向不变，Z方向-6)，允许偏差±12.7mm（0.5英寸）
骨盆角目标值是22.5°，允许偏差±2.5°
头部测量平台角度目标是0°，允许偏差±0.5°
膝盖中心距离和脚踝中心距离为200mm±10mm
手臂贴紧靠背发泡，手指放在大腿两侧的坐盆上
碰撞曲线
碰撞加速度曲线如下图，为半周期的正弦曲线，曲线的峰值为86m/s^2（8.8g）, 时长88ms，速度17.3±0.6km/h。
碰撞开始时间为加速达到0.25 g的时刻。
评价基准
该动态实验有两项评价标准：
1. 假人头部相对躯干的转动角度不大于12°，这一项很好理解，即头部后仰的角度，研究表面当相对转动角度为12°时，发生鞭打概率为7.3%。选择该值可以较好地照顾到AM95同工况下的风险。
2. 假人头部加速度HIC15不大于500 ，这一项则是为了考察头枕吸能的效果，HIC15不大于500的要求与80g不长于3ms的要求类似，而采用HIC则可以更好的对标FMVSS208。
接下来简单介绍一下HIC15，
03
碰撞假人头部HIC 的起源与发展
关于HIC，还要从韦恩伤害曲线说起。在该曲线发布后，Gadd基于此提出了头部冲击剧烈程度指数（Severity Index, SI），该曲线将伤害值定义为加速度峰值和作用时间的乘积，
式中a为头部重心合加速度，T为加速度作用时间。
在发生正面碰撞的情况下，SI的脑震荡阈值为1000，不发生接触的情况下为1500。
为了适用于多种头部加速度波形，Versace利用任意时刻T1和T2之间的平均加速度定义了头部损伤指标(Head Injury Criterion, HIC)
在任意两个时间点T1和T2之间，平均加速度可以表示为
同时考虑到时间因素和头部的加权指数2.5，构建一个新的头部伤害指数
最终得到的HIC计算公式为：
NHTSA在1972年开始采用上式用于碰撞实验的假人伤害评价计算。
在公式确定之后，接下来最重要的工作就是确定接触时间的区域，起初NHTSA对∆t=t1-t2的时间区域长短规定是任意的。不过经验发现，比36ms更长的时间加速度并不会带来更大的伤害，因此选择了HIC36=1000作为头部加速度的耐受极限。
但是后来通过志愿者实验研究表明，实验对象承受了高于1000的HIC36冲击后，并没有出现头部损伤和脑组织损伤，因此认为HIC36高估了头部与安全气囊接触发生长时间撞击时的伤害风险。
如果缩短区间，更多的尖细加速度峰值会被纳入伤害计量中，会导致HIC值上升，有文献基于数百次NCAP实验数据观察，认为HIC15的700限值和HIC36的1000限值对长时间事件的评价没有严格区别，因此限值降低到700，但是HIC15的标准相对更加严格。
基于大量的事故调查和实验分析，发现HIC15达到500的耐受极限时，乘员头部有18.8%的概率造成AIS 2+等级的损伤。
以上便是关于汽车座椅安全头枕和FMVSS202a 低速后碰实验解析的全部内容。
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