關於汽車座椅(yǐ)主動式(shì)頭(tóu)枕結構設計及安全性探討
瀏(liú)覽次數(shù):3215發(fā)布日期(qī):2024-10-09
本文主(zhǔ)要針對(duì)汽(qì)車(chē)座椅主(zhǔ)動式頭(tóu)枕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及(jí)安全(quán)性(xìng)探(tàn)討(tǎo),首(shǒu)先闡述(shù)了(liǎo)汽(qì)車(chē)座椅主動式(shì)頭枕的功能(néng)特(tè)點,其(qí)次闡述(shù)了汽車(chē)座椅(yǐ)主(zhǔ)動(dòng)式頭枕(zhěn)結構設(shè)計(jì),最(zuì)後(hòu)闡述了汽車(chē)座椅主動式(shì)頭(tóu)枕的(dí)安(ān)全性分(fēn)析展(zhǎn)開(kāi)研究。關(guān)鍵詞:主(zhǔ)動(dòng)式(shì)頭枕;結構(gòu)設計;安全(quán)性分析;有限(xiàn)元為了確(què)保(bǎo)汽車安(ān)全性(xìng)符(fú)合相關標準(zhǔn),就(jiù)應當通過對(duì)汽車座(zuò)椅的(dí)研(yán)究,其(qí)中(zhōng)包(bāo)含了(liǎo)對座椅頭(tóu)枕安全性的(dí)研究(jiū),目(mù)前主動式頭枕(zhěn)是一(yī)種(zhǒng)全(quán)新的(dí)頭枕(zhěn)種類(lèi),其能(néng)夠在遇到汽車事(shì)故(gù)期(qī)間起(qǐ)到(dào)良好(hǎo)的(dí)保護作用(yòng),可以(yǐ)對頸部安(ān)全進行(háng)保護(hù),但是從(cóng)實(shí)際(jì)應(yīng)用情況來(lái)看主動式(shì)頭(tóu)枕仍然存在著(zhuó)部分(fēn)缺(quē)陷(xiàn),也即(jí)是在(zài)遇(yù)到安(ān)全(quán)事故期間該頭枕(zhěn)會(huì)對(duì)駕(jià)駛(shǐ)者的頸(jǐng)部(bù)造(zào)成(chéng)碰撞傷(shāng)害,本(běn)文主(zhǔ)要(yào)針對這(zhè)一(yī)點展開研究, 深入探索(suǒ)其(qí)內(nèi)部結構(gòu)設計(jì),以此提(tí)升安全性(xìng)。1 汽車(chē)座椅主動(dòng)式頭枕的功(gōng)能(néng)特點(1)頭(tóu)枕(zhěn)本身擁(yōng)有美觀(guān)的外(wài)形,並(bìng)且(qiě)能(néng)夠抵御來(lái)自外部(bù)的衝擊(jī)力,具有良(liáng)好的(dí)fangdan性(xìng)能(néng)和保護(hù)性能,其連接部件之(zhī)間(jiān)相(xiāng)對(duì)較為牢(láo)固(gù),這(zhè)樣(yàng)在正(zhèng)常使(shǐ)用期間(jiān)才(cái)能夠(gòu)抵(dǐ)抗過(guò)量(liáng)或一定量的振(zhèn)動力(lì)度。(2)頭枕(zhěn)自身(shēn)擁(yōng)有良好(hǎo)的調(tiáo)節性(xìng), 因其所具備的調節(jié)機(jī)構(gòu)能(néng)夠針對(duì)內部的(dí)各(gè)個(gè)部件(jiàn)進行(háng)調(tiáo)整,這(zhè)樣(yàng)才能(néng)隨時調(tiáo)整(zhěng)並固定(dìng)頭枕(zhěn)主(zhǔ)體(tǐ)。(3)頭(tóu)枕(zhěn)的(dí)主體材料選擇了能(néng)夠(gòu)吸(xī)收衝擊力的(dí)泡沫性質材料(liào),這(zhè)種材料能夠起(qǐ)到(dào)良(liáng)好的(dí)緩衝(chōng)作用(yòng),因此(cǐ)主(zhǔ)動式(shì)頭(tóu)枕具(jù)有較強的緩衝功能(néng),可以在實際應(yīng)用期間保護(hù)駕(jià)駛(shǐ)者(zhě)的頭(tóu)部安(ān)全和頸部安(ān)全,適當(dāng)吸收(shōu)相關(guān)的衝(chōng)擊力度。(4)主動(dòng)式(shì)頭枕(zhěn)的座椅支持重(zhòng)復使用, 相比(bǐ)較傳統(tǒng)的一次性(xìng)頭(tóu)枕(zhěn)能夠(gòu)減少(shǎo)較多的維(wéi)護成本,從(cóng)這(zhè)裏也能夠得(dé)出主動(dòng)式頭(tóu)枕(zhěn)的座椅具(jù)有(yǒu)重復使(shǐ)用(yòng)的(dí)功能(néng)特點。2 汽車座(zuò)椅主動(dòng)式(shì)頭(tóu)枕結構(gòu)設計(jì) 本(běn)文通過研(yán)究分析認(rèn)為在進行(háng)頭(tóu)枕結構設計期(qī)間(jiān)應(yīng)當采用分割(gē)創(chuàng)新原理(lǐ)來進(jìn)行設(shè)計, 所謂的分(fēn)割(gē)創新原理也(yě)即(jí)是(shì)將一個完整(zhěng)的(dí)物(wù)體(tǐ)分(fēn)割為若幹個部分,在這種情況下(xià)若(ruò)幹個部(bù)分的物(wù)體(tǐ)更容(róng)易(yì)拆卸(xiè),這樣能夠通(tōng)過較為簡(jiǎn)單(dān)的組(zǔ)裝手(shǒu)段來重(zhòng)新獲(huò)取到一個(gè)完(wán)整的(dí)物(wù)體。在(zài)設(shè)計期(qī)間(jiān)會(huì)將(jiāng)主(zhǔ)動(dòng)式頭枕(zhěn)設備分(fēn)割為運動(dòng)機構(gòu)和觸(chù)發機構(gòu),這兩個部(bù)分在沒有進行觸發(fā)期(qī)間(jiān)歸類為連(lián)接(jiē)狀(zhuàng)態(tài),但(dàn)是在(zài)實際觸發(fā)期間又會(huì)呈現出分(fēn)離狀(zhuàng)態(tài),這樣才能(néng)形(xíng)成真正意義上的非(fēi)聯(lián)動(dòng)式(shì)機構,以此達成主動式頭(tóu)枕的(dí)大多(duō)數(shù)功能(néng),也(yě)即是(shì)利(lì)用(yòng)頭枕的結構來完(wán)成(chéng)對駕駛者的(dí)頭部保護(hù)。通過(guò)圖(tú)中的結構能夠(gòu)發(fā)現,其(qí)中座(zuò)椅(yǐ)骨架為主要結(jié)構(gòu)組成(chéng),其中(zhōng)通過滑輪(lún)的部件(jiàn)來(lái)支撐各(gè)部(bù)門(mén)的(dí)組(zǔ)成,而(ér)主要是(shì)通過(guò)支(zhī)撐板(bǎn)和支(zhī)架(jià)通過(guò)焊(hàn)接的方(fāng)式連接到座椅(yǐ)骨架上(shàng),這(zhè)樣才(cái)能確保座(zuò)椅骨(gǔ)架(jià)的支(zhī)撐效果。主要(yào)通(tōng)過(guò)骨架當(dāng)中的(dí)通(tōng)孔支(zhī)架(jià)和滑軸來(lái)完(wán)成上半部(bù)分的(dí)支撐板構(gòu)成,利用(yòng)滑(huá)軸(zhóu)的彈簧效果(guǒ)來進行(háng)滑(huá)動(dòng)效果(guǒ),在此期間的滑軌呈現出弧形結(jié)構, 並且(qiě)利用螺栓將滑軌固(gù)定在支(zhī)撐板上,通過(guò)轉動掛(guà)鉤與支架(jià)的組合(hé)搭配(pèi)來支持(chí)整(zhěng)體(tǐ)支(zhī)撐板(bǎn)的運動工作(zuò)。觸發(fā)部分的彈(dàn)片(piàn)呈(chéng)現(xiàn)出(chū)弓形結構(gòu),主要通過轉動掛鉤的(dí)部分(fēn)來(lái)達成各部位(wèi)之(zhī)間(jiān)的連接(jiē),轉(zhuǎn)動掛(guà)鉤能(néng)夠(gòu)利(lì)用彈片的形(xíng)變來展(zhǎn)開(kāi)繞支架運動,最(zuì)終會導致(zhì)彈片(piàn)與滑(huá)軸(zhóu)的脫離,在沒(méi)有(yǒu)觸發(fā)期間轉(zhuǎn)動(dòng)掛(guà)鉤的(dí)上半部分會(huì)連接(jiē)相關(guān)的滑軸鉤掛,在(zài)工作(zuò)期(qī)間掛鉤與(yǔ)主動(dòng)脫離滑軸(zhóu)。在(zài)主動(dòng)式頭(tóu)枕還沒(méi)有(yǒu)設置為激活(huó)狀態期間,滑(huá)軸會停留在滑軌(guǐ)部(bù)分(fēn)的最下端,頭枕通常(cháng)會位於常(cháng)規高度,並且其(qí)彈(dàn)簧部(bù)位呈現(xiàn)出拉緊狀(zhuàng)態,若(ruò)是形成(chéng)了(liǎo)追尾現(xiàn)象(xiàng),在此期(qī)間駕駛者(zhě)的(dí)腰部(bù)會受到(dào)衝擊(jī)力的(dí)影響(xiǎng)而向後(hòu)退,這(zhè)時候就會(huì)觸碰並擠壓到觸發彈片(piàn),當(dāng)觸發彈片(piàn)接(jiē)收到(dào)相關(guān)的衝(chōng)擊(jī)力(lì)度(dù),這樣才(cái)能形成觸發(fā)彈(dàn)片的(dí)工作狀(zhuàng)態,促使轉(zhuǎn)動掛(guà)鉤(gōu)進(jìn)行相關(guān)的轉(zhuǎn)動(dòng)工作,這(zhè)種動(dòng)能可以(yǐ)讓(ràng)掛(guà)鉤上(shàng)麵部(bù)分的滑軌脫(tuō)離開,這時(shí)頭(tóu)枕,滑(huá)軸(zhóu)與(yǔ)頭枕支(zhī)撐杆之間能(néng)夠(gòu)形成一(yī)個完(wán)整的整(zhěng)體(tǐ),從(cóng)而(ér)形成相關的拉力來促使滑軌(guǐ)運動,在此期(qī)間(jiān)滑軸(zhóu)會(huì)朝著(zhuó)後(hòu)方進行(háng)滑(huá)動工作。綜上,最終(zhōng)會導致座(zuò)椅(yǐ)骨(gǔ)架上(shàng)方(fāng)能(néng)夠形(xíng)成杠(gàng)杆(gān)作(zuò)用(yòng)並(bìng)確保(bǎo)頭(tóu)枕(zhěn)不會繼(jì)續(xù)向後彈,這樣(yàng)能夠減(jiǎn)少駕駛(shǐ)者頭部與頭枕之(zhī)間所間(jiān)隔(gé)的(dí)距離,從(cóng)根本上對駕駛(shǐ)者的頭部進(jìn)行(háng)保護。聯動(dòng)式頭枕(zhěn)在(zài)駕(jià)駛者遇到安全事故期(qī)間(jiān)會(huì)造成(chéng)反(fǎn)復傷(shāng)害, 也即是駕駛者(zhě)的頭部撞(zhuàng)到(dào)頭枕(zhěn)上(shàng),而頭(tóu)枕(zhěn)則會(huì)通(tōng)過(guò)觸(chù)發(fā)彈(dàn)片(piàn)來判斷相(xiāng)關的(dí)運動(dòng)方式(shì),若是(shì)在此(cǐ)期(qī)間頭枕反復進行運動(dòng),駕駛(shǐ)者(zhě)的(dí)頭部(bù)和頸(jǐng)部(bù)會(huì)經受(shòu)更大(dà)的碰撞力(lì)度,導(dǎo)致(zhì)駕駛(shǐ)者的生(shēng)命無法(fǎ)受(shòu)到保障(zhàng)。在這種(zhǒng)情況下主(zhǔ)動(dòng)式(shì)頭(tóu)枕(zhěn)所(suǒ)實施(shī)的頭枕保護效(xiào)果(guǒ)就相對較好, 並(bìng)且不會出現以上情(qíng)況(kuàng),在(zài)使用期間(jiān)能(néng)夠利(lì)用按壓的(dí)方式(shì)對頭枕(zhěn)進(jìn)行操作,這(zhè)時頭枕(zhěn)內(nèi)部的(dí)滑軸(zhóu)和(hé)掛鉤會(huì)設置(zhì)為(wéi)連接狀(zhuàng)態,這樣才能夠反復進(jìn)行(háng)使(shǐ)用(yòng),避免了浪費的(dí)現(xiàn)象發生(shēng)。3 汽(qì)車(chē)座椅主動式頭枕(zhěn)的安全(quán)性分(fēn)析該(gāi)頭(tóu)枕保護(hù)裝(zhuāng)置的功能(néng)主(zhǔ)要是對駕駛者(zhě)的頭部(bù)與頸(jǐng)部起到(dào)良好的保(bǎo)護(hù)效果(guǒ),也(yě)即是(shì)通(tōng)過(guò)支撐的方式來抵消(xiāo)掉安全事(shì)故發生期間所(suǒ)產生的碰撞力度(dù),在(zài)此(cǐ)期(qī)間會利(lì)用測(cè)試的方式對(duì)頭(tóu)枕對駕駛(shǐ)者(zhě)頸(jǐng)部的保護效(xiào)果進行(háng)測(cè)量,以此作(zuò)為主要的(dí)衡量(liáng)手段,在發(fā)生(shēng)追尾(wěi)事(shì)件階段(duàn)頸部會依(yī)次接(jiē)受(shòu)向(xiàng)前運動,回收(shōu)和(hé)彎曲(qū)這三種,若(ruò)是頭(tóu)枕(zhěn)無(wú)法有(yǒu)效(xiào)對頸部起(qǐ)到(dào)保護效果(guǒ)就會(huì)對(duì)駕(jià)駛者自(zì)身(shēn)的頸(jǐng)部造成安全(quán)隱患。國(guó)際方(fāng)麵的(dí)安全規章製(zhì)度針(zhēn)對(duì)頭枕的抗(kàng)阻力性(xìng)能(néng)進行了明確(què)的規(guī)範,我國也根據(jù)這(zhè)種(zhǒng)情(qíng)況製(zhì)定(dìng)了(liǎo)相關的前(qián)撞測試(shì)標準和(hé)後(hòu)撞測試(shì)標(biāo)準,其中水(shuǐ)平(píng)靠後(hòu)的(dí)前撞實(shí)驗和水平靠後的後撞(zhuàng)實驗(yàn)取得(dé)了(liǎo)較為(wéi)不(bù)錯(cuò)的實驗結果(guǒ), 並以該(gāi)實驗(yàn)結果(guǒ)作為(wéi)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)座椅頭枕(zhěn)的(dí)架(jià)構設計和(hé)安全性能(néng)進(jìn)行相關的規(guī)範,若(ruò)是不符合標準則無(wú)法(fǎ)投(tóu)入到應用(yòng)當中。本文(wén)針(zhēn)對(duì)這(zhè)種(zhǒng)情(qíng)況(kuàng)展(zhǎn)開研究,也即是通(tōng)過對座椅頭枕安(ān)全性展開分(fēn)析,主(zhǔ)要是通過仿真(zhēn)模擬的手段(duàn)來(lái)進(jìn)行(háng)研(yán)究與分析,期間食(shí)用了有限元分(fēn)析方(fāng)法,並(bìng)且(qiě)以(yǐ) LS-DYNA 充當(dāng)核(hé)心技(jì)術對測試結(jié)果進行求(qiú)解。LS-DYNA 是國際方麵較為(wéi)常見的非綫性(xìng)動(dòng)力(lì)分析方(fāng)式(shì),其(qí)可(kě)以(yǐ)通過(guò)模擬(nǐ)的方(fāng)式對現(xiàn)實(shí)生(shēng)活(huó)當中所存在(zài)的非(fēi)綫(xiàn)性(xìng)問題(tí)進(jìn)行(háng)求解(jiě), 其精準度(dù)相對(duì)較(jiào)高,因此(cǐ)是較為經典(diǎn)的(dí)有限(xiàn)元程(chéng)序,該(gāi)程(chéng)序能(néng)夠針(zhēn)對大轉動(dòng)類型的(dí)非綫性(xìng)問題(tí)進行求解,其中包含了(liǎo)一部(bù)分的顯(xiǎn)式求解方(fāng)式和(hé) Lagrange 功能,並且(qiě)能夠(gòu)起(qǐ)到良好的(dí)動(dòng)力分析作(zuò)用(yòng)。而(ér)本文(wén)則將 ANSYS 軟(ruǎn)件充當(dāng)關鍵手(shǒu)段,以 LS-DYNA 解算器充當(dāng)核(hé)心(xīn),繼而展開相關的(dí)安全(quán)性(xìng)分析(xī)。頭枕(zhěn)前(qián)撞安(ān)全性分析結合(hé)我國所(suǒ)zhiding的規(guī)章(zhāng)製度(dù)當中(zhōng)可得(dé)出(chū)相關(guān)的(dí)前撞吸能功(gōng)效,也即(jí)是說(shuō)應當(dāng)以一個(gè)質量參數(shù)為 6.8kg,直(zhí)徑參數(shù)為 165mm 的人(rén)體頭部模(mó)型來充當測(cè)試所使(shǐ)用的(dí)模型,在進行(háng)前撞(zhuàng)期(qī)間(jiān)需要(yào)確保兩者歸(guī)屬(shǔ)同一個(gè)水平麵, 通(tōng)過(guò)水(shuǐ)平(píng)向後的軌(guǐ)跡(jì)和方向(xiàng)來進行相關的撞(zhuàng)擊(jī),在撞(zhuàng)擊(jī)期(qī)間要(yào)維持 6.69m/s 的速度。製定了相關模型(xíng)之後(hòu)就(jiù)應當進行仿真, 考慮(lǜ)到本(běn)次(cì)仿(fǎng)真(zhēn)歸(guī)類為(wéi)大變(biàn)形(xíng)模擬(nǐ)仿真,因此使(shǐ)用(yòng)了 ANSYS Workbench 模塊來進行仿(fǎng)真,此(cǐ)類方法所(suǒ)針(zhēn)對的對象(xiàng)為頭(tóu)枕,故而(ér)在仿真(zhēn)器件需(xū)要對座(zuò)椅的下(xià)半部分消(xiāo)除(chú)掉,隻(zhī)針對上(shàng)半區(qū)域的(dí)關鍵(jiàn)部件進行設(shè)計(jì),利用(yòng) UG 軟件來構建相關的頭部模(mó)型和頭枕模(mó)型,並且(qiě)將(jiāng)完成製(zhì)作(zuò)的 Parasolid 格式文件導(dǎo)入到模塊(kuài)當中,以此充當前(qián)處理(lǐ),在該(gāi)軟(ruǎn)件(jiàn)的 workbench 當中(zhōng)選取相關的(dí)顯示動力學模塊(kuài),對頭(tóu)部(bù)的模型(xíng)進(jìn)行(háng)重(zhòng)新(xīn)設置(zhì),要求設置為(wéi) rigid 剛(gāng)性球體,並且(qiě)考(kǎo)慮到(dào)本次(cì)仿(fǎng)真(zhēn)的內(nèi)容為(wéi)座椅骨架,故(gù)而選擇與(yǔ)之相關的金(jīn)屬(shǔ)類型材(cái)料(liào)作為骨(gǔ)架,座(zuò)椅頭(tóu)枕要選擇與(yǔ)靜力分析(xī)相(xiāng)同的材料(liào),具體(tǐ)的有(yǒu)限(xiàn)元模型如(rú)圖4 所(suǒ)示(shì)。通過(guò)相(xiāng)關的仿真(zhēn)操(cāo)作後(hòu)能(néng)夠(gòu)對模型(xíng)進(jìn)一步處(chǔ)理,並(bìng)且最(zuì)終(zhōng)獲取(qǔ)到前撞(zhuàng)整體的應力應變信息(xī) 。
在碰撞(zhuàng)的全(quán)階段, 當(dāng)時(shí)間為 4ms 到(dào) 7ms 之間,頭枕(zhěn)所接受(shòu)的應(yīng)力在(zài)不斷增長,在時間為(wéi) 6ms 的階(jiē)段,因(yīn)頭部(bù)模(mó)型與頭(tóu)枕(zhěn)兩(liǎng)者間接觸麵(miàn)積的擴大,與之(zhī)相對應(yīng)的(dí)應(yīng)力也在隨之減(jiǎn)少,當(dāng)時間(jiān)為 7ms 時(shí)能夠(gòu)看出(chū)座椅(yǐ)骨架(jià)部分已經出(chū)現了變(biàn)形, 但是(shì)在此(cǐ)期(qī)間(jiān)缺失吸(xī)收了(liǎo)一(yī)定數量(liáng)的碰(pèng)撞力, 由此可知(zhī),主動式(shì)頭枕的安(ān)全性符合(hé)了國(guó)家(jiā)標準。
頭枕後撞(zhuàng)安全性(xìng)分(fēn)析在進(jìn)行(háng)仿真器件(jiàn)將頭(tóu)部模型(xíng)進行擺放(fàng),保持參數與(yǔ)前(qián)撞(zhuàng)數(shù)據(jù)的向同性,要確保重量(liáng)參數和直(zhí)徑(jìng)參數(shù)符(fú)合相關標準,方向則改(gǎi)變為向(xiàng)頭(tóu)枕的前後方進(jìn)行(háng)樁基。在(zài)完成有限元模型(xíng)的(dí)構建之(zhī)後需要(yào)利用解(jiě)算(suàn)器對二進製的數據進行解(jiě)算(suàn),最終(zhōng)以(yǐ)d3plot 的文(wén)件(jiàn)格式導出並導(dǎo)出到 Ls*Prepost 處理(lǐ)器當中(zhōng),通(tōng)過(guò)該(gāi)處(chǔ)理器自身所(suǒ)具備(bèi)的處理(lǐ)功能(néng)來(lái)進行處理,通過仿(fǎng)真的功能(néng)實現(xiàn)對整體後(hòu)撞流程(chéng)所產(chǎn)生的(dí)應力(lì)數據(jù)進行(háng)總結(jié) 。能夠(gòu)得(dé)出頭(tóu)枕在仿(fǎng)真後撞期間所形(xíng)成的(dí)接觸應力,脫離應力和(hé)碰(pèng)撞應力等(děng), 因(yīn)頭(tóu)部模型(xíng)比(bǐ)較前(qián)撞(zhuàng)而言能(néng)夠(gòu)與頭枕(zhěn)之間分離(lí)較(jiào)大的(dí)距離(lí),在 6ms 階(jiē)段才形成碰撞力(lì), 直到(dào) 8ms 階段,碰撞的(dí)應(yīng)力值(zhí)達(dá)到上限,但是在(zài)此之後的應力就會不斷縮小,由此(cǐ)可(kě)知(zhī), 主動(dòng)式頭枕機械的後撞(zhuàng)測試(shì)結(jié)果相(xiāng)對(duì)較為(wéi)精(jīng)準,這(zhè)代(dài)表在後撞(zhuàng)測試期間(jiān)座椅能(néng)夠減(jiǎn)小(xiǎo)相關(guān)的(dí)應力,對(duì)碰(pèng)撞應(yīng)力(lì)進行抵(dǐ)消,這也代(dài)表了主動式頭(tóu)枕的安(ān)全性符合我國(guó)所(suǒ)zhiding的(dí)相(xiāng)關(guān)標準(zhǔn)。
本(běn)文(wén)通過仿(fǎng)真的方式對(duì)主(zhǔ)動式頭(tóu)枕的安全(quán)性(xìng)展開分析(xī),通過(guò)研究可得(dé)出(chū),所謂的安全(quán)性也即是(shì)指在碰撞,脫離(lí)和(hé)接觸(chù)期間的(dí)應(yīng)力,而(ér)本文通(tōng)過仿真(zhēn)軟(ruǎn)件(jiàn)對頭(tóu)部模(mó)型和(hé)頭枕模型采(cǎi)取相關的碰撞(zhuàng)測(cè)試(shì),所(suǒ)取(qǔ)得的結(jié)果相對(duì)較好(hǎo),也(yě)即(jí)是頭部在(zài)頭(tóu)枕的作(zuò)用下應(yīng)力會(huì)逐漸減(jiǎn)少(shǎo)。
