汽車座椅頭枕及靠背靜強(qiáng)度試驗(yàn)研究

石俊偉，陳俊杰，陳英杰

（中國質(zhì)量認(rèn)證中心 華北部，北京 100070）

汽車座椅頭枕及靠背靜強(qiáng)度試驗(yàn)研究

石俊偉，陳俊杰，陳英杰

Shi Junwei, Chen Junjie, Chen Yingjie

（中國質(zhì)量認(rèn)證中心 華北部，北京 100070）

在研究《汽車座椅、座椅固定裝置及頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法》（GB 15083—2006）的基礎(chǔ)上，開發(fā)了工程汽車座椅頭枕及靠背靜態(tài)試驗(yàn)平臺(tái)。通過對(duì)國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)的汽車座椅進(jìn)行測(cè)試，掌握了測(cè)試汽車座椅頭枕和靠背靜強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，并且分析了影響汽車座椅靠背和頭枕靜強(qiáng)度的因素，為企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了參考。

車輛；座椅；靜強(qiáng)度測(cè)試；評(píng)價(jià)

汽車座椅是汽車上重要的被動(dòng)安全部件，其不但承受著人體質(zhì)量，同時(shí)還承受著車輛起步、加速、制動(dòng)等重復(fù)動(dòng)作和碰撞事故的沖擊。汽車發(fā)生碰撞事故時(shí)，吸收乘員動(dòng)能、防止乘員發(fā)生“二次碰撞”的核心部件就是座椅靠背及頭枕。座椅頭枕和座椅靠背可以在碰撞事故中對(duì)乘員的頸椎、腰部起到很好的保護(hù)作用。如果座椅靠背設(shè)計(jì)剛度不足，則后排乘員或者貨物的慣性力將會(huì)擊潰前排座椅，使前排座椅乘員受到傷害。如果前排座椅靠背設(shè)計(jì)剛度過高，后排乘員與其相撞時(shí)會(huì)受到嚴(yán)重傷害。座椅質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到乘員的生命安全，因此，開發(fā)一個(gè)汽車座椅頭枕和靠背靜強(qiáng)度測(cè)試平臺(tái)，開展汽車座椅強(qiáng)度測(cè)試分析便顯得尤為重要。

1 國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)汽車座椅頭枕和靠背靜強(qiáng)度的一般技術(shù)要求

《汽車座椅、座椅固定裝置及頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法》（GB 15083—2006）中5.2和5.4分別用來評(píng)價(jià)座椅靠背靜強(qiáng)度試驗(yàn)和座椅頭枕靜強(qiáng)度試驗(yàn)。

1）GB15083—2006的座椅靠背靜強(qiáng)度試驗(yàn)如下：座椅通過GB11551—2003中附錄C規(guī)定的假背模型，對(duì)座椅靠背沿縱向向后施加相對(duì)于座椅R點(diǎn)530N·m力矩的負(fù)荷。對(duì)于長條座椅，應(yīng)同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。

2）GB15083—2006的座椅頭枕靜強(qiáng)度試驗(yàn)如下：（1）采用H點(diǎn)定位裝置，調(diào)整試驗(yàn)臺(tái)靠背加載模板轉(zhuǎn)軸與座椅H點(diǎn)重合；靠背加載模板中線與座椅靠背中線對(duì)中。（2）對(duì)靠背加載模板加載，相對(duì)H點(diǎn)產(chǎn)生向后373 N·m力矩，建立移動(dòng)后基準(zhǔn)線r1。（3）在頭枕頂部向下65 mm處，通過直徑為165 mm的頭型，對(duì)頭枕施加一個(gè)垂直于移動(dòng)后基準(zhǔn)線r1的初始載荷，其相對(duì)于H點(diǎn)的力矩為373 N·m。（4）測(cè)量切線Y與移動(dòng)后基準(zhǔn)線r1之間的距離X，若X滿足標(biāo)準(zhǔn)小于102 mm，則增加該負(fù)荷到890 N（EP標(biāo)準(zhǔn)要求1 400 N），除非座椅或座椅靠背提前損壞。汽車頭枕靜強(qiáng)度加載圖見圖1。

2 汽車座椅及靠背靜強(qiáng)度試驗(yàn)臺(tái)研制

試驗(yàn)臺(tái)主要完成汽車座椅靠背靜強(qiáng)度試驗(yàn)和汽車頭枕靜強(qiáng)度試驗(yàn)。結(jié)合汽車座椅設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，該試驗(yàn)臺(tái)主要由機(jī)械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、控制軟件和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成。其中機(jī)械系統(tǒng)由主機(jī)部分、座椅安裝滑臺(tái)部分和頭枕垂直加載部分組成，主要完成座椅的安裝及加載控制。電控系統(tǒng)在電氣系統(tǒng)和控制軟件的控制下實(shí)現(xiàn)座椅加載閉環(huán)控制，以達(dá)到精確加載的目的。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示、回放等功能。試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)見圖2。

試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)原理圖如圖 3所示。工控機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡給電控系統(tǒng)發(fā)送控制命令，電控系統(tǒng)接收到信號(hào)后，再使加載機(jī)構(gòu)作用在待試驗(yàn)的座椅上。座椅上的傳感器將座椅的狀態(tài)反饋給數(shù)據(jù)采集卡，傳回工控機(jī)，工控機(jī)通過處理傳感器采集的信號(hào)實(shí)時(shí)調(diào)整加載力的大小和方向，確保加載的精確性。

汽車座椅頭枕及靠背靜強(qiáng)度的電控部分主要由上位機(jī)、下位機(jī)、傳感器和控制器等幾個(gè)主要部件組成。上位機(jī)提供人機(jī)界面，完成數(shù)據(jù)處理。上位機(jī)與下位機(jī)采用IP協(xié)議通訊，完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的上傳和試驗(yàn)命令的下載。下位機(jī)采用DOS系統(tǒng)高效地完成數(shù)據(jù)采集，控制參數(shù)計(jì)算。下位機(jī)采用16位數(shù)據(jù)采集卡，12路模擬量采集，32路開關(guān)量采集?？刂圃砣鐖D4所示。

3 汽車座椅及靠背靜強(qiáng)度試驗(yàn)及分析

按照《汽車座椅、座椅固定裝置及頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法》（GB 15083—2006）中5.2和5.4項(xiàng)分別對(duì)國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)的汽車座椅進(jìn)行靠背靜強(qiáng)度試驗(yàn)和頭枕靜強(qiáng)度試驗(yàn)，工況照片見圖5。

經(jīng)試驗(yàn)，該座椅靠背的靜強(qiáng)度加載到 375.5 N·m時(shí)，座椅靠背未發(fā)生斷裂（圖 6）；同時(shí)，座椅頭枕按照標(biāo)準(zhǔn)要求首先繞 H點(diǎn)加載到 373 N·m時(shí)，測(cè)量切線Y與移動(dòng)后基準(zhǔn)線r1之間的距離X為83 mm，小于標(biāo)準(zhǔn)要求，繼續(xù)在頭枕上加載至890 N，座椅靠背和頭枕均未壞損（圖7、圖8）。圖9是采用最小二乘法擬合出的頭枕剛度特性曲線，經(jīng)過計(jì)算，該座椅頭枕靜剛度為10.7 N/mm。

汽車座椅靠背和頭枕的剛度設(shè)計(jì)是座椅設(shè)計(jì)里一個(gè)非常重要的參數(shù)，從上述數(shù)據(jù)中可以看出，頭枕在加載到890 N力的過程中，該座椅線性度較好，保證在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的力值的基礎(chǔ)上不會(huì)有太大的變形。目前，對(duì)于汽車座椅失效形式主要有以下幾方面：

1）座椅鎖止機(jī)構(gòu)失效。鎖止機(jī)構(gòu)失效一般是由于滑軌強(qiáng)度不足或者鎖止機(jī)構(gòu)不合理。

2）座椅靠背限位機(jī)構(gòu)失效。這種失效形式主要因?yàn)檎{(diào)角器等限位機(jī)構(gòu)使得試驗(yàn)不合格。

3）椅腳強(qiáng)度不夠。其失效形式主要表現(xiàn)在變形過大，開裂，焊接部位斷開以及安裝孔撕裂以致螺栓脫出。這主要是由于椅角剛度設(shè)計(jì)不足，或者是材料厚度設(shè)計(jì)不合理。

4 結(jié)束語

隨著我國汽車工業(yè)不斷發(fā)展，汽車座椅產(chǎn)品國內(nèi)市場(chǎng)和出口量越來越大。因此，開展汽車座椅靜強(qiáng)度測(cè)試平臺(tái)研究是很有必要的。

文中從標(biāo)準(zhǔn)研究出發(fā)，開發(fā)了汽車座椅靜強(qiáng)度試驗(yàn)臺(tái)，并且針對(duì)國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)的座椅做了試驗(yàn)，分析了座椅靠背和頭枕靜強(qiáng)度的失效形式與改進(jìn)設(shè)計(jì)的方法，對(duì)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量改善起到了積極作用。

[1]覃國周.汽車座椅及座椅安全帶固定點(diǎn)出口認(rèn)證測(cè)試[J]. 客車技術(shù)與研究，2010（2）：19-22.

[2]Budak E.Mechanics and Dynamics of Miling Thin-walled Structures[D].Vancouver：University of British Columbia，1994.

U467.3

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2014.06.008

2014-08-04

1002-4581（2014）06-0035-03