1、第 44 卷 第 8 期 包 装 工 程 2023 年 4 月 PACKAGING ENGINEERING 95 收稿日期：20221202 作者简介：左恒峰（1965），男，博士，副研究员，主要研究方向为交通工具内外饰造型设计，色彩、材料、表面处理（CMF），产品设计等。通信作者：钟志华（1962），男，博士，教授，主要研究方向为汽车动力学、汽车安全、整车设计与制造及产业化等。面向乘员安全保护的汽车内室设计新概念 左恒峰1，钟志华1,2（1.清华大学，北京 100083；2.中国工程院，北京 100088）摘要：目的目的 在汽车内室中，作为传统乘员约束系统的安全带与安全气囊已经存在相当长的时
2、间，虽然对乘员的碰撞安全起到了积极的保护作用，但存在若干弊端，尤其在某些特殊工况下缺乏有效保护，会产生潜在损伤。在不能充分满足未来自动驾驶汽车需求的情境下，因乘员的各种姿态和多种活动，以及对乘员保护的全面性和有效性的要求，有必要在内室设计中对乘员保护方式进行完善和创新。方法方法 在对传统内室壁面和乘员约束系统进行文献综述和全面审视的基础上，从内室结构原型创新的角度，提出基于充气式壁面结构的内室设计新概念，并对这一新概念进行了创新点的梳理，以及初步的可行性分析论证，并进一步进行了意向性的内室概念呈现及后续的研究规划。结果结果 初步仿真分析表明，碰撞过程中充气式壁面结构对应的头部损伤指标满足国际通
3、用标准，对乘员安全保护的机制来说是可行的。基于充气式壁面结构的汽车内室还将从材料层面实现汽车内室绿色环保、助推汽车轻量化、营造汽车内室新的视觉景观。结论结论 基于充气式壁面结构的汽车内室新概念是对传统汽车内室壁面结构的变革性创新，在部分保留传统约束系统的基础上，形成开拓性的乘员安全保护机制，是汽车内室工业设计在形态学上的突破性尝试。基于工程科学与设计艺术的结合，这一探索将为未来汽车内室设计提供新的思路和参考。关键词：汽车内室；乘员保护；充气式结构；设计创新 中图分类号：TB472 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)08-0095-12 DOI：10.19554/ki.10
4、01-3563.2023.08.009 New Concept of Vehicle Interior Design for Occupant Collision Protection ZUO Heng-feng1,ZHONG Zhi-hua1,2(1.Tsinghua University,Beijing 100083,China;2.Chinese Academy of Engineering,Beijing 100088,China)ABSTRACT:As a traditional occupant restraint system within a vehicle,safety be
5、lts and airbags have been adopted for a long time.Although they have played a positive role in protecting the occupants safety in crash accidents,there are some disadvantages,especially the lack of effective protection under some special working conditions,which will lead to po-tential damage.In cas
6、e of that the demand for autonomous vehicles cannot be fully met in the future,it is necessary to improve and innovate in the occupant protection mode in the interior design because of the various postures and activities of the occupants and the requirements for the comprehensiveness and effectivene
7、ss of occupant protection.Based on a re-view of the traditional vehicle interior wall and the occupant restraint system,a new concept of vehicle interior design based on inflatable wall structure was proposed from the perspective of prototype innovation in interior structure.Then,the innovation of t
8、his new concept was sorted out,the preliminary feasibility analysis and demonstration were carried out,the intentional concept of interior was further presented and the follow-up research plan was made.The preliminary simulation analysis indicated that the Head Impact Criteria corresponding to the i
9、nflatable wall structure met the interna-tional common standards during the collision,which was feasible for the protection mechanism of occupant safety.The vehicle interior based on the inflatable wall structure also realized the environmental protection of vehicle interior from the material level,
10、promoted the lightweight of the vehicle and created a new visual landscape of the vehicle interior.The 96 包 装 工 程 2023 年 4 月 new concept of vehicle interior based on inflatable wall structure is a revolutionary innovation of traditional vehicle inte-rior wall structure.On the basis of partially reta
11、ining the traditional restraint system,a pioneering occupant safety protec-tion mechanism is formed,which is a morphological breakthrough attempt of industrial design of vehicle interior.Com-bining engineering science and design arts,this exploration will hopefully provide valuable ideas and referen
12、ces for future vehicle interior design.KEY WORDS:vehicle interior;occupant protection;inflatable structure;design innovation 长期以来汽车内室的被动安全措施常采用安全带和安全气囊的方式，虽然对乘员碰撞安全保护起到很大的作用，其本身也历经不断的渐进式改进，但仍然不能覆盖所有碰撞工况下对乘员在各个方向的保护，也存在若干力学和热学损伤，尤其不足以适应未来自动驾驶汽车乘员的多种活动形式和多种乘坐姿态的复杂要求。传统的安全措施与工业设计是分离的。有必要通过内室工业造型设计和结构工程
13、设计的深度融合进行整合安全保护与功能形式的全面创新。1 基于安全保护的汽车内室设计综述 随着智能化和自动驾驶技术的深入发展，汽车功能属性发生了重大变化。汽车不再仅仅是输运和迁移的交通工具，更是满足人们生活、工作、娱乐、休闲等多种需求的延伸平台。汽车造型设计正在进入一个全面升级和突破性创新的阶段，但同时也面临一系列更复杂的挑战和更高的要求。这在汽车内室设计方面尤为明显。以往作为设计重心的车身外饰设计，正逐渐向更多关注内室设计的方向转变（郝瑞敏1）。以自动驾驶汽车为例，车内乘员将比以往享有更大的自由度，乘员将以各种状态和各种姿势从事多种不同于传统内室中的活动（Sibashis 等2），因而针对汽车
14、内室需要进行前瞻性的研究和设计创新。汽车内室设计是一项复杂的系统工程，对应着不同的知识体系和技术支撑。传统的汽车内室具有不同的系统，包括照明系统、座椅系统、约束系统、门饰板系统等（邱国华等3），而自动驾驶汽车又置入了更多的内容，包括先进的信息系统和人车交互系统等。传统内室相关的知识体系和认知模式将发生改变，有必要对汽车内室的功能模块（包括安全）、信息模块、结构模块、空间与形态模块进行解构和重组。其中，乘员安全保护是首要问题，也是设计创新的基本前提。在对传统内室和被动安全保护方式进行开拓性研究时，需要通过内室工业造型设计与碰撞安全、工程结构的研究进行深度融合和协同创新。从工业设计的角度来看，目前
15、汽车内室造型设计理论和方法主要集中在空间布局、造型语言、交互界面、感觉体验、材料色彩工艺（CMF）等方面（孙彪等4，Lee 等5，陈俊洁6，Zhang 等7）。在内室设计上，可以看到更炫酷的视觉或光影效果，更直观的信息显示界面，更丰富多变的空间布局、更新颖的内室造型形态等。然而，这些场景下乘员安全保护方式的解决方案和设计却出现滞后现象。虽然汽车内室中有关主动安全功能的实现和完善发展较快，如基于多重感觉通道的信息提示和预警，自动刹车系统、汽车避撞系统等，但在被动安全方面，一直沿用以安全带和安全气囊为主要保护方式的传统乘员约束系统。尽管传统约束系统也在不断发展，在很大程度上为乘员提供了积极保护，但
16、其安装位置的局部性和作用方向的有限性，以及各种潜在的力学损伤或热损伤，不能完全覆盖所有工况下对内室乘员全面有效的保护，不足以满足未来自动驾驶情境下针对乘员的多种姿态和多种行为特征的新的保护需求。安全气囊是一个由多个部件构成的引爆装置，只有当碰撞条件达到设计条件时（如一定的速度撞击硬物），才会通过引爆而被打开，在其他危险情况下，如后碰、翻转、或低速碰撞等，都不一定导致安全气囊起爆。同时，安全气囊和安全带都安装在车内某些固定的位置，在气囊未覆盖的区域，人体有可能直接撞向内室硬壁面，因而其保护效果在方向上有一定的限制（Williams 等8）。气囊的展开过程是一个动态过程，伴随着较高的瞬间压力和温度（Mohammad9），由此可能对乘员造成不必要的损伤，其中力学损伤比较常见，如腹部和胸部的损伤（Julie 等10）。此外，还可能对乘员造成直接或间接的灼伤等热损伤，多见于手臂、脸部、眼睛等部位（Erpenbeck 等11）。在下列情形下，普通气囊的伤害概率会升高：与标配气囊基于的标准人体尺寸有很大差异的过小尺度的乘员（Huber 等12）；在不佩戴安全带、单独使用气囊的情况下，对乘员造成伤害的
