摘 要

随着中国汽车工业的蓬勃发展，国内汽车的普及率逐年上升，与此同时汽车安全性能也越来越受到重视。作为汽车被动安全性中的重要组成部分，汽车座椅系统中汽车头枕的安全防护性能的提升的需求也越加凸显。

本文基于汽车头枕的相关知识和人机工程的相关理论，结合国内外当前汽车头枕的优化改良实例，分析总结提出汽车头枕优化设计的方向与具体路径。首先，介绍汽车头枕的概况，包括类型优劣，行业现状，生产工艺等，再通过分析汽车头枕在碰撞中对乘员的安全防护机理，进而指出汽车头枕优化设计的总体改良思路。接着介绍了当前汽车头枕的优化设计发展趋势，相关试验法规，以及汽车头枕规范的设计方法。然后结合汽车头枕的优化实例，提出其优化设计的具体路径以供相关领域的研究人员参考。最后展望汽车头枕未来的发展前景。

研究成果表明：当前汽车行业对于汽车头枕的安全性，舒适性要求日益提升。而在汽车头枕改良方面，设法减少汽车头枕与乘员头后间隙，以及提升头枕与乘员头部接触时的性能为优化的两大方向。而减少两者头枕与乘员头后间隙的优化路径又分为静态参数改进，头枕泡沫厚度优化，以及防护响应时运动性能三个主要方面。

本文的特色在于：本文的研究思路结合实际，以实际的工艺情况为基础，再从车辆安全性切入，完成了对于汽车头枕所涉及的，包括国家标准，试验要求，设计流程，效果评定标准等知识的初步整合，进而分析研究当前切实可行的，可以提升汽车头枕功能的优化设计路径。并在总结可行路径的基础上，将优化流程更清晰化，对于汽车头枕的优化设计有一定的参考意义。

关键词： 汽车头枕；安全防护；评价指标；优化路径

Abstract

With the development of the automobile industry in China, the penetration rate of domestic car is increasing year by year, and the car safety performance is getting more and more attention. As an important part of the car's passive safety, the safety protection performance of the car seat system in the car seat system is also highlighted.

In this paper, based on the relative knowledge of car headrest and man-machine engineering related theory, combined with the optimization improvement of the current car headrest at home and abroad, analysis summary car headrest optimization design is put forward and the concrete path.First of all, this paper introduces an overview of car headrest, including types, industry present situation, production technology lamp, again through the analysis of car headrest to members of the security protection mechanism in the collision, and then points out that the optimized design of car headrest overall improvement ideas.Then introduces the optimized design development trend of car headrest, relevant test regulations, and the design method of car headrest norms.Then combined with the optimization of car headrest, proposed in the optimization design of the specific path to provide the reference for the researchers in related fields.Finally, the future development of the automotive headrest published paper.

The results show that the car industry is increasingly comfortable with the safety of the head pillow. In automotive headrest improvement, try to reduce car headrest and occupant head after clearance, and improve headrest when in contact with the crew head for optimizing the performance of the two direction. And reduce the headrest and crew after the clearance of optimization path is divided into static parameters improvement, headrest foam thickness optimization, three main aspects and response exercise performance.

Train of thought for studying the characteristic of this paper lies in: in this paper, combined with the actual, from the level on the basis of the actual process, and out of vehicle safety, completed for car headrest involved, including the national standards, testing requirements, the design process, the effect evaluation criteria such as preliminary integration of knowledge, in turn, analyze the current practical, can promote the function of car headrest path optimization design. Based on the conclusion of the feasible path, the optimization process is more clearly defined, and the optimization design of the head pillow of the car has certain reference significance.

Keyword: Car head pillow；safety protection；evaluation index；optimized path

目 录

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景 3

1.2课题研究的意义 3

1.3研究的主要内容 4

第2章 汽车头枕安全作用原理及行业发展概况 6

2.1汽车头枕概述 6

2.1.1汽车头枕分类 6

2.1.2头枕的安全防护理论 7

2.2汽车头枕类型及优劣介绍 8

2.2.1可调节与不可调节式头枕的优劣 8

2.2.2主动式头枕各类型优劣 9

2.3汽车头枕的行业现状介绍 11

2.4汽车头枕的生产工艺 12

2.4.1汽车头枕生产工艺流程概述 12

2.4.2重点工艺介绍—发泡工艺 13

本章小结 14

第3章 汽车头枕设计基础 15

3.1头枕设计的人机学工程学基础 15

3.2汽车头枕安全试验评价 16

3.2.1静态评价： 16

3.2.2动态评价 17

3.3头枕设计参数计算基础 20

3.2.1安装参数设计 20

3.2.2 后排头枕参数Whiplash设计极限法 20

3.4仿真工具 21

3.5汽车头枕的优化设计发展趋势 22

3.5.1静态参数的优化 23

3.5.2主动式头枕的优化思路 23

3.5.3头枕制造材料的优化 24

本章小结 24

第4章 头枕优化路径实例分析 26

4.1关于评价指标NIC的优化路径案例分析 26

4.1.1案例一NIC值优化分析路径 26

4.1.2案例二NIC值优化分析路径 28

4.1.3上颈部Fz和下颈部Fx优化分析路径 29

4.1.4头枕头颈受力的优化路径案例分析 30

4.2关于上颈部扭矩的优化路径案例分析 32

本章小结 33

第5章 回顾与展望 35

参考文献 36

致 谢 37

第1章 绪论

1.1课题研究的背景

近年来随着国民经济的发展，越来越多的人们在生活中成为了汽车乘员。但与此同时，随着汽车乘员人数的上升，汽车的安全性问题也越加凸显。据我国国家交通管理局公布的数据显示，在2016年，我国机动车驾驶人员已达3.6亿，其中汽车3.12亿。在2015年，我国出现人员伤亡的道路交通事故多达 21017 起，死亡人数达72387人，超过30万人受伤。这触目惊心的伤亡数字背后是当前车辆安全性能提升的必要性和紧迫性。

车辆的安全性分为主动安全性和被动安全性两大块。乘员乃至业内当前对于主动安全的关注较多，而对被动安全性的提升的关注有所不足。如往往被乘员忽视其安全防护作用座椅头枕，就是车辆被动安全性的重要组件。碰撞事故为出现损伤的车辆交通事故的主要形式。其中汽车头枕与汽车追尾碰撞有直接关联。汽车追尾后碰撞在所有发生的汽车碰撞中事故中占有很大的比例。而在汽车追尾碰撞中，乘员的头颈非常容易受到损伤。调查显示在车辆追尾碰撞事故中，26%的乘员头部或颈部会受到损伤。汽车头枕正是基于对碰撞中乘员头颈安全防护的车辆被动安全的座椅组件。

汽车头枕作为汽车内饰系统中的零配件，伴随着国内汽车行业的繁荣发展，在国内其市场和产业规模也不断扩大。在2015年中国汽车头枕产量就达到了11297.3万件。因头枕本身的安全作用以及不断扩大的市场规模，我国对于头枕的安全标准也越加严格。如我国现实行的GB11550-2009就比GB11550-1995对汽车头枕尺寸增加了多项实验要求，安全试验要求更加全面化。而在试验法规方面，C-NCAP（2015）比起2012版更加注重实际安全效果的评价，包括主动安全，碰撞形态，测量效果，安全考核等。这些修改使得头枕在安全性试验中获得五星评价的难度大大上升。而C-NCAP（2018）则将试验车辆的基础碰撞速度由16km/h提升至20km/h，对头枕的安全性能提出了更高的要求。更严格的试验标准也促使头枕行业研究如何提高头枕安全性能。愈加严格的行业标准和安全测试也促使头枕领域的学者寻求头枕优化设计实现路径以及可实现的方案。