基于碰撞安全的驾驶员座椅滑轨行程设计

赵爱霞

在新车设计初期阶段，整车总布置设计会根据整车关键尺寸及关键零部件的设计调整约束条件，以实现整车性能指标。碰撞安全作为关键性能指标，会对整车总布置提出更高的要求。阐述了在前期总布置设计过程中，驾驶员座椅作为乘客舱布置的关键部件，其滑轨行程设计对于碰撞安全的重要性。表明了座椅行程设计对于安全控制策略的影响，并给出了滑轨行程设计的基本原则及关键控制要素。整车;总布置;座椅滑轨行程;碰撞安全

0 前言

前排座椅试验位置“H”点位于中间位置或最接近于中间位置的锁止位置，并处于厂家规定的高度位置。“H”点位于中间位置或最接近于中间位置的锁止位置，高度处于中间位置。“H”点位于中间位置或最接近于中间位置的锁止位置，并处于规定的高度位置。将测得的数据输入到相应的《CMM数据表》，根据计算出的数据进行最终定位。“H”点处于95%男性座椅位置，与最前位置的中间位置。如果在这个位置不能被锁定，就移到中点后第一个锁止位置。座椅高度处于最低位置。“H”点位于中间位置或最接近于中间位置的锁止位置，高度处于最低位置。

我国的汽车事故伤亡率位居世界前列，这不仅与驾驶员的安全意识和驾驶技术有关，而且与汽车自身的安全性有很大关系。在项目初期，技术人员已制定碰撞安全目标及实现策略，并对整车总布置工程师提出明确要求，如碰撞馈缩空间、乘员生存空间等。而这些约束条件对于整车尺寸及空间开发效率有重大影响，如果在项目前期有性能指标的集成遗漏，将导致项目后期整车开发的重大更改甚至无法实现其性能目标。

在整车开发预研阶段，整车总布置须根据整车关键尺寸及关键零部件的结构设计提出约束条件，通过精益化的物理集成实现整车性能指标。乘员舱总布置首要启动的工作是乘员布置。乘员布置的核心是驾驶员R点位置[1]、座椅滑轨行程，以及确定二者之间的关系。在前期总布置设计过程中，本文明确了驾驶员座椅作为乘客舱布置的关键部件，其滑轨行程设计对于碰撞安全的重要性，给出了滑轨行程设计的基本原则及关键控制因素，在整车物理空间上协助碰撞安全的实现。

1 碰撞安全法规要求

世界各国的法规要求碰撞假人在试验车辆上的摆放位置是不尽相同的。欧盟新车安全评估程序（Euro NCAP）相对各国国标如GB11551、FMVSS及ECE R94更加严格。对于同一款车辆，碰撞假人周边环境是一致的，但碰撞假人所处的位置不同，试验结果也不尽相同。假人越靠后，对应的伤害值越小，相应的碰撞得分越高，星级也越高。基于对以上原则的共同认知，碰撞安全在整车总布置前期对于驾驶员R点及座椅的滑轨行程设计均提出了约束条件[2-5]。表1为世界各国碰撞安全法規要求的对比，其中相关测试要求将在下文进行详细论述。

2 乘员舱布置

汽车设计的主要目的是载人移动，所以乘员的舒适性是汽车开发的主要性能目标。乘员位置及乘员周边零部件的布置简称为“乘员舱布置”，其核心作用主要包括乘员位置及坐姿确定、整车的空间开发、乘员操作舒适性开发，以及乘员周边关键零部件的布置。驾驶员R点位置为乘员重心位置，其坐姿的确定是乘员舱布置的基础。乘员布置使用SAE J826标准定义的二维假人模板[6]。图1和图2为驾驶员座位的座椅布置过程的示意图。确定驾驶员座椅位置的具体方法如下述步骤确定。

（1）确定假人模板脚部的位置及姿态。如图1所示，首先建立以踵点、踏点的交点为原点的初始坐标系，初步定义驾驶员坐高H30值，建立坐高平面，然后根据SAE J4004[7]标准定义的踏板角公式，确定驾驶员踏板角角度，在初始坐标系内锁定踵点及踏点。

（2）锁定踝角A46及假人R点位置。如图2所示，参照SAE J1517驾驶员乘坐位置标准公式[8]，确定各百分位驾驶员乘坐舒适曲线。H30坐高平面与95%驾驶员乘坐舒适曲线相交的点即可确定为SAE95%驾驶员人体模型R点。依据SAE J826标准规定，踝角位置A46为87 °，锁定膝点位置。此时驾驶员假人模板各部分肢体硬点锁定，靠背角位置A40一般选用25 °，也可根据开发车型的特点，坐姿高低，选用其他靠背角度，调整范围一般为20～30 °。因此，驾驶员的坐高、踵点、踏点、踝角、膝角、躯干角和靠背角均完成初始定义，驾驶员坐姿及R点位置可以确定。

3 碰撞安全对乘客舱布置的要求

图3为国标碰撞模拟分析碰撞假人摆放示意图。基于驾驶员位置及坐姿的锁定，设计座椅滑轨行程，保障碰撞后乘员的生存空间。

座椅滑轨行程是座椅平台的物理属性参数，在座椅平台选定后，其滑轨行程基本已锁定。在95%假人R点锁定的前提下，实现碰撞“H”点的后移。如下图4所示，有如下几条实现途径。

（1）如点⑥固定， 点⑤后移， 增大TL17长度。从结构设计来看，过长的TL17会增加座椅成本、整车重量和车身要求。另外，整车厂基本选用成熟平台，TL17长度不会进行重新设计。因此，这条途径对于整车厂来说基本不可实现。

（2）如点⑤固定， 点⑥后移， 缩小TL17长度。这会引起小百分位人机工程问题，造成包括踏板、手刹、选换档、仪表台中控、顶灯控制台等操作件的使用距离过远，影响空调风口吹面性能，以及导致前方视野变差等问题。该修改方案的贡献量非常有限，整车厂一般不采取该途径。

（3）如TL17长度固定，在满足小百分位人体舒适性的前提下，向后移动整个滑轨，对于碰撞H点的后移贡献量较大。这是整车厂普遍采取的座椅滑轨布置策略，可以实现碰撞H点的最大化后移。

4 座椅滑轨行程的设计

如表2所示，SAE J4004-2008标准对座椅的滑轨行程进行了定义。如要覆盖95%的人体工学范围，其要求滑轨整体长度不低于240 mm。目前，市场主流车型的滑轨长度一般都大于240 mm。

目前，整车采用的座椅滑轨多是平台选型件，选型时要充分考虑人机工程及碰撞安全的要求。如图5和图6所示，技术人员可以按照实际需求对座椅平台进行选择。图中各黑点为国标碰撞“H”点的大概位置。技术人员可以根据人机工程假人乘坐及驾驶舒适性来进行评估。在图5中，B平台基本覆盖了所有2.5%假人，且没有造成前行程的浪费，为最佳选择;C平台仅最前最上点覆盖了2.5%假人，不能满足其他身体比例的假人;A平台前行程过多，造成小百分位人体过设计，不符合实际人机设计要求。图6表示从安全碰撞角度出发的座椅滑轨行程设计，其中C平台的TL17长度最长，且四边形较倾斜，最大限度的将碰撞“H”点后移，有利于碰撞安全，B平台次之，A平台最差。基于以上分析，结合人机及安全需求，B平台座椅平台是最优的。

综上所述，在乘客舱前期布置时，应整体评估人机及碰撞安全性能需求。在95%驾驶员R点位置确定的前提下，提升碰撞安全性能的唯一途径就是满足人机操作舒适性及小百分位假人驾驶位置覆盖性要求，选择最优的座椅平台。在满足人机工程要求的同时，实现碰撞“H”点的后移，以提高碰撞试验的成绩。

5 结论

经过以上综合分析，得出如下结论，并可供相关设计人员在前期乘客舱布置过程中进行参考。

（1）滑轨行程设计：在满足人机工程前提下，集成碰撞安全要求，最大限度后移碰撞“H”点，保障乘员生存空间，改善前碰试验结果，以确保整车通过各国政府的法规和标准要求。

（2）座椅滑轨长度设计：参照SAE J4004标准，覆盖95%（2.5%～97.5%）人体工学需求，座椅滑轨行程TL17应使用240 mm平台，行程过小将引起人机乘坐舒适性及碰撞安全隐患。

（3）滑轨行程的安全碰撞布置：考虑到须改善前碰试验结果，应使图4中滑轨行程的最高点和最前点触到2.5%舒适线。对于四向座椅，应尽可能加大前后总行程。

（4）滑轨行程的人机布置：考虑同样高度的人体上下身比例不同，为了满足各种人体的驾驶舒适性，应使图4中的②、④和⑥点都能触到2.5%舒适线，以满足小百分位人体对駕驶位置多样性的需求。

[1]美国汽车工程师协会. SAE J1100 Motor Vehicle Dimensions[S]. 美国汽车工程师协会.2009：24.

[2]欧洲新车安全评估协会. MPDB frontal impact testing protocol[S]. Euro NCAP. 2020：15.

[3]中国国家标准委员会. GB 11551汽车正面碰撞的乘员保护[S]. 国家标准委员会. 2014：7.

[4]美国联邦机动车安全标准. FMVSS 208 Updated review of potential test procedures[S]. FMVSS.2010：10 .

[5]欧洲经济委员会. ECE R94 Uniform provisions concerning the approval of： vehicles with regard to the protection of the occupant in event of a frontal collision[S]. ECE.2017：26.

[6]美国汽车工程师协会. SAE J826 Devices for use in defining and measuring vehicle seating accommodation[S]. SAE.2008：6.

[7]美国汽车工程师协会.SAE J4004 Positioning the H-POINT design tool-seating reference point and seat track length[S]. SAE.2008：11.

[8]美国汽车工程师协会.SAE J1517 Driver selected seat position[S]. SAE.2009：2.