来源： 焉知
1.座椅头枕的防鞭打功效
头枕最重要的功能是在发生追尾事故时防止乘员头部向后摆动而产生的伤害，尤其是防止所谓的颈部鞭打受伤。然而，今天，仅仅有一个限制头部向后摆动的头枕已经不够用了，因为在实验中完善了更多维度的评估指标，以显示头枕如何有效地支持乘员保护。以下是美国公路安全保险协会（IIHS）给出的头枕和乘员头部相对位置的评价标准。由此可以看出，如果头部和头枕之间的距离(Backset)不超过7cm以及头部边缘和头枕顶部边缘之间的高度差(Height)不超过6cm的调整状态被称为“良好”; 7<Backset<9, 6<Height<8定义为 “可接受”；
9<Backset<11, 8<Height<10定义为 “临界状态”；
Backset>11, Height>10 定义为“不合格”
当然以上界定值也会随着地区和时间的不同而修正更新。
2.座椅头枕的结构简介
业内有许多不同的头枕设计方案。在这里，我们以早期经典德系车型前排座椅头枕的构造为例进行说明。头枕的核心是所谓的头枕盒，它由两个互相卡接在一起的塑料壳（图例中为绿色和蓝色）组成。这些外壳通常在内部布置加强筋，以更好地吸收能量。头枕壳的下部是一个金属弹簧支架，头枕支杆就卡接在这个金属弹簧上。该头枕支杆由12 x 1.5mm圆管组成，形状为U形，其横截面与上述金属支架完全相同。
金属弹簧支架几乎完全包围头枕支杆，根据设计的头枕倾角将螺钉拧紧固定，保证金属弹簧支架和头枕杆之间有足够的摩擦力。并防止头枕倾角被无意中改变。
3.追尾过程的运动学分析
在发生追尾碰撞时，当乘客上身第一次侵入座椅靠背靠近头枕时，头枕位置尽量靠近头部为什么如此重要？让我们来看看在追尾碰撞过程中人体座椅系统的运动学示意图。乘客身体侵入座椅时，座椅特别是座椅靠背会向后让位。发生的过程是这样的，由于靠背连接到座椅下部，同时乘员的质量会大部分作用在靠背连接处的上方，靠背上端先弹性屈服后塑性屈服的趋势要明显大于下端，即下端主要以塑性屈服为主，靠背整体也就因此而向后倾斜 。它还导致位于靠背骨架上横梁上的头枕支架不仅向后移动，而且还向后旋转，因为头枕是刚性连接在头枕支架上的，这样会导致整个头枕伴随旋转至少相同的角度，其结果是会导致头枕明显远离头部。当乘客完全侵入到靠背中时，即不再向后压迫，则乘员头部开始旋转。此时，头部尽快获得头枕的支撑很重要，因为头和头枕的距离越大，头部加速度越大，其撞击头枕的力也越大。
此外，我们可以看到头部后仰了一个非常大的角度，这使得颈椎也产生了强烈的角度偏移。此外，颈椎还会产生平移，两者叠加会导致严重的损伤。由于即使在20公里/小时的低速碰撞情况下也可能发生颈部鞭打损伤，医学和汽车行业的专家们共同探讨了这一话题，一方面确定了损伤严重程度的衡量标准，并制定了针对这一问题的技术解决方案。”
衡量参数称为NIC值（颈部损伤指标），并根据头部加速度、头部和颈椎旋转以及平移位移等众多测量值计算得出。分类级别可以参考如下，第1类包括NIC值小于/等于10的解决方案，第2类将NIC值大于10且小于/等于20的解决方案分组。欧盟地区的法规禁止新车使用高于20的值。
4.座椅防鞭打系统介绍
上述效应在业内被称为鞭打。为了使头枕始终处于一个低NIC值的位置，从而降低受伤风险，人们开发了所谓的防鞭打系统，防鞭打系统通过靠背/头枕向前旋转防止挥鞭效应的产生。当前已知的绝大多数系统的设计理念都是在发生尾撞时靠背或头枕预先发生向前的移动，从而在乘员头部开始旋转之前减小头部与头枕之间的距离。这一基本原理在许多汽车制造企业中都有应用，其设计种类繁多，名称也多种多样。例如，大众汽车集团将这种系统称为AKS，即主动式头枕系统。在接下来的介绍中，我们将看到一些方案示例，这些示例大体上可以分为两种：
第一种简单地利用侵入座椅的乘员上体的质量来驱动运动机构。第二种是使用单独的储能器来驱动头枕机构。
第一种方案根据一个非常简单的原理工作，这在下面的示意图中得到了很好的说明。乘员侵入的上半身压在杠杆上，该杠杆通过连接在头枕杆上的转轴点将头枕沿相反的方向移动。当上身不在压迫椅背时运动机构由复位弹簧使其复位，不过这会导致即使在正常使用中，当上半身稍微侵入椅背时，头枕也会稍微移动。为了避免这种情况发生，可以使用锁定机构，该锁定机构在正常使用中锁定运动机构，只有在发生碰撞时通过加速度来解除锁定机构。对于所有这种由乘员躯干位移驱动反应的系统，弹簧特性的设计是困难的，因为必须考虑5%的女性和95%的男性之间的几乎两倍的质量差异。
第二种介绍一下所谓的Protech系统，这是第一个导入量产的系统，也是目前使用最广泛的系统。它由一个固定头枕的管支架组成，并通过一个杠杆在下端连接到靠背骨架。弹簧力将此运动机构保持在正常使用位置。在追尾撞击时，身体挤压固定在管支架上的张紧布，触发运动机构将头枕向前向上移动。如果负载降低，系统将返回到起始位置。该系统的优点是，只需稍作改动即可将其集成入现有的靠背骨架中，额外增加的成本是适度和可控的，这无疑极大地促进了其推广。
上述Protech系统的一个变种是Protech S，两者的共同点是都会通过管状杠杆触发头枕运动。在这个方案里，靠背需要做做分体设计，即需要将靠背头部调节功能引入到靠背设计中。该系统在理论上的优势是与靠背头部调节整合在一起后，一方面可以保证防鞭打功能，同时还能兼顾额外的舒适性。然而，在实践中，靠背头部调节和Protech S系统的理想转轴点相差太远，最终使该组合方案无法实现投产。
额外的制约因素是，该系统需要设计一个全新概念的靠背，与之相匹配的针对靠背头部调节的包覆技术也造价不菲。此外，它只向前旋转而不向上旋转，这也大大削弱了防鞭打效果。
第三个系统基本上属于一个主动式系统。与Protech S系统的设计理念恰好相反，靠背头部不是通过传统拉力弹簧保持在后端位置，而是通过没有任何负载的气压弹簧将靠背头部压向其前端位置。如果乘客靠在上面时，气压弹簧会屈服，靠背头部会向后调整。但在发生碰撞时，却不会发生类似的位移，因为气压弹簧是延迟响应的，它会锁定以抵抗突然发生的负载。开发人员的设计初衷是始终让靠背跟随乘客的移动。从而在发生碰撞时使头枕总是尽可能地靠近头部。
(批量采用情况不详)
第四个系统是一个主动系统，其中碰撞时的运动机构由*药火**气体发生器触发。类似于安全气囊的触发机理，气体发生器由来自控制单元的信号点燃触发，然后推动活塞激活头枕的多连杆机构，从而使头枕向前和向上移动。该系统的主要优点是其紧凑的空间设计以及不依赖于乘员质量的快速反应。缺点是它只能工作一次，不能重复利用。
第五个系统也是反应系统。然而，它不使用上身运动来控制头枕，而是使用骨盆运动。而且有研究者认为骨盆运动更适合碰撞早期的精确触发。
不过这一系统能否很好地适应腰部支撑的敏感区域是值得怀疑的。
最后介绍的方案中，不是整个头枕移动，而是只其前缘移动。一种方案是在头枕内部设置一个安全气囊，当触发时，安全气囊会将头枕前缘推向头部。该系统也是不可逆的。然而，另一种可逆的方案是，在发生碰撞时带有预加载弹簧的运动机构使头枕前缘向前移动。
当然还有许多其他技术方案可以实现防鞭打效果。需要注意的是，对于每一种方案来说，它都必须适应将要应用车辆的碰撞特性。
