汽車座椅頭枕結構對碰撞吸能性的影響

許仲雄

摘 要：隨著車輛保有率的不斷增加，行車安全成為個人和社會重點關注的話題。頭頸部保護在汽車行駛過程中是至關重要的部分。座椅頭枕可以有效起到緩解疲勞、釋放壓力，在碰撞時，保護頭頸部撞擊損傷的作用。其結構特性對吸能性有著直接影響，也直接決定了碰撞過程中的人員安危。

關鍵詞：頭枕;汽車碰撞;吸能性;保護

隨著經濟建設的發展，我國的車輛保有率持續增加，與之對應的車輛交通事故發生頻次也越來越高，給人員的生命安全和經濟損失造成嚴重威脅[1]。汽車駕駛和乘坐的舒適性與安全性不斷得到關注[2]。頭頸部的保護是日常行車中的重中之重，汽車的座椅頭枕能夠有效幫助駕駛員緩解疲勞，并在應對突發性碰撞時減少沖擊損傷。座椅頭枕結構對碰撞的吸能性，直接關乎了車內人員的生命安危[3]。

1頭枕總體結構對碰撞吸能性的影響

汽車座椅的頭枕作用一方面體現在舒適度上，現在人們的行車駕駛出行頻率和時間遠高于以前。頭枕是安置在座椅上的輔助性材料，小構件卻發揮著大的作用，頭枕的作用主要通過其支撐力在面對碰撞時的吸能性體現，可以給予車場人員好的緩沖力量，起到保護作用[4]。如圖1模擬的汽車正面沖撞過程中，頭枕對人員的保護過程。在遭受碰撞時，人員會在慣性的作用下極速大幅后仰，頭枕結構對人員頭部和頸椎進行支撐，釋放壓力，降低損傷[5]。

2頭枕厚度對碰撞吸能性的影響

不同頭枕的細節結構設計對人員的保護作用有能量性差異。在相同的尺寸結構下，材料密度相同的頭枕，在汽車碰撞條件下，對人體起到的緩沖作用不一樣。材料的厚度越大，面對突然沖撞，人員頭部的加速度上升值和平息過程時間相對越低，也就是說頭枕厚度越大，其對碰撞的吸能性越高。

安裝在座椅上的頭枕在不影響乘坐舒適度的情況下，越厚越好，頭枕與后腦之間的間距也能盡可能減小，多家汽車的沖撞試驗結果顯實，頭枕與后腦之間的距離，應控制在10cm以內。

3頭枕包裹范圍對碰撞吸能性的影響

包括性是頭枕的第二個結構性特點。許多人在選擇頭枕時，容易關注頭枕的美觀性與舒適性，極易忽視頭枕的結構包裹性。在相同尺寸、材料密度一直，頭枕厚度相同的情況下，頭枕對頭部的包裹范圍，影響著其對碰撞吸能性的影響。擬人沖撞現場可以看到，頭枕的包裹范圍越大，面對突然沖撞，人員頭部的加速度上升值和平息過程時間相對越低，也就是說頭枕厚對頭部的包裹范圍越大，其對碰撞的吸能性越高。

頭枕包裹范圍越大，一方面對頭部的穩定作用越明顯。在面對突發碰撞情況，包裹范圍越大，越可以幫助人員頭部的橫向穩定，不至于高速扭轉，降低頭頸發生結構性損傷。另一方面，頭枕包裹范圍越大，與頭頸部的接觸面積越大，作用力越明顯，能夠更好地緩解沖撞時頭部產生的沖撞力，吸收極速增加的動能并轉化。

4頭枕密度對碰撞吸能性的影響

材料密度同樣對頭枕結構的吸能性有著重要影響。材料的密度直接影響了材料的軟硬程度。許多人對于材料的舒適柔軟度有偏好，而柔軟的材料，其相對的抗壓性能較差。隨著材料密度的增加，在面對突發碰撞時，頭枕對人員頭頸部的保護作用也更強，沖撞中的加速度上升值和平息過程都越來越低。但當頭枕的密度過大時，體現在材料結構上的直觀特點是頭枕硬度過大，這會使得頭枕的緩沖能力減弱，根據動量公式p=mv=ft。頭枕的反作用過大，緩沖時間太短，對于頭頸部來說反而會造成撞擊壓力。

不同的材料密度其對頭頸部作用的合適區域值不一而同。需要結合不同材料的自身屬性，通過反復沖撞試驗，選擇合適的密度值。不可過低，頭枕太軟，無法緩解沖撞的壓力，也不可過高，頭枕太硬，反作用時間短反作用力大，反而對頭部造成撞擊傷害。

5結語

在實踐應用過程中，不少司機對于頭枕的安置仍然不太重視。諸多實際測驗結果顯示，在汽車座椅上安裝頭枕，一方面能夠提高舒適度，一方面在面對碰撞事故時，可以有效對人體頭頸部起到支撐作用，降低撞擊傷害，減少技能損傷。

頭枕結構對碰撞的吸能性有多方面因素的影響。頭枕的厚度越大、包裹范圍越廣，在面對突發碰撞時能夠減緩加速度迅速上升的情況，并且能有效縮短加速沖擊的時間，吸能性更好。而不同材料密度對頭枕的作用也是直接決定棄吸能性的因素之一，隨著材料密度的增大，面對突發碰撞時，頭枕在減緩加速度急劇提升和平息過程時間上的作用越明顯，吸能性越好，當材料密度過高時，頭枕反作用力大，作用時間短，反而對頭部造成沖擊傷害。提高安全意識，加大對汽車頭枕的作用認知，在選擇頭枕時盡可能挑選厚度大、包裹范圍廣的產品，選取科學適中的軟硬程度，將之安裝在與人員耳上沿平齊或接近的區域，后腦與頭枕的間距盡可能減小，距離控制在10cm以內，可以有效降低車輛碰撞時對頭頸部造成的傷害風險。

參考文獻：

[1]張偉. 汽車座椅、頭枕性能試驗臺的研制[J]. 汽車零部件， 2018（1）：55-57.

[2]黃琴， 周強. 國內汽車碰撞安全座椅專利技術綜述[J]. 科技風， 2017（13）：3-3.

[3]程大偉. 基于人體生物力學分析的汽車座椅結構優化設計研究[D]. 2015.

[4]袁錚， 王德嶺. 汽車座椅安全性綜述[J]. 汽車零部件， 2016（1）：87-88.

[5]李劼， 張志， 李巖等. 汽車座椅頭枕強制性試驗影響因素分析[J]. 機械科學與技術， 2019， 38（05）：139-145.