淺析美國(guó)FMVSS 207&210客車座椅系統(tǒng)強(qiáng)度認(rèn)證

黃宇太

（江西凱馬百路佳客車有限公司，南昌330000）

淺析美國(guó)FMVSS 207&210客車座椅系統(tǒng)強(qiáng)度認(rèn)證

黃宇太

（江西凱馬百路佳客車有限公司，南昌330000）

簡(jiǎn)述美國(guó)FMVSS 207&210法規(guī)對(duì)客車座椅系統(tǒng)強(qiáng)度的要求，并與國(guó)內(nèi)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行對(duì)比；通過(guò)對(duì)某車型座椅進(jìn)行美國(guó)FMVSS 207&210符合性認(rèn)證，對(duì)其試驗(yàn)方法、常見(jiàn)失效形式進(jìn)行說(shuō)明，并提出若干建議。

FMVSS 207&210；客車座椅；強(qiáng)度認(rèn)證

座椅是乘員保護(hù)的最后一道防線，客車上的座椅必須具備一定的被動(dòng)安全性能，主要體現(xiàn)在座椅本身必須具備一定強(qiáng)度，座椅和車身的連接也必須滿足一定強(qiáng)度要求。我國(guó)以及歐洲、北美地區(qū)的法規(guī)體系，均對(duì)座椅及其固定強(qiáng)度提出了要求[1-5]。本文主要介紹美國(guó)座椅強(qiáng)度方面的法規(guī)，并與國(guó)內(nèi)相應(yīng)法規(guī)進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)某車型座椅進(jìn)行FMVSS 207&210符合性認(rèn)證，對(duì)相關(guān)試驗(yàn)方法進(jìn)行說(shuō)明，并提出若干建議。

1 法規(guī)對(duì)比

1.1 美國(guó)FMVSS 207&210法規(guī)要求

美國(guó)為發(fā)達(dá)國(guó)家，法律體系健全。由《國(guó)家交通及機(jī)動(dòng)車安全法》授權(quán)，美國(guó)運(yùn)輸部負(fù)責(zé)制定并實(shí)施的聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全標(biāo)準(zhǔn)，即FMVSS系列法規(guī)均為強(qiáng)制性的、門檻性的法規(guī)，都和安全密切相關(guān)。FMVSS系列法規(guī)中，與座椅及其連接強(qiáng)度相關(guān)的法規(guī)主要有《FMVSS 207座椅系統(tǒng)》、《FMVSS210座椅安全帶總成固定點(diǎn)》[6-7]等。

在《FMVSS207座椅系統(tǒng)》中，對(duì)汽車座椅系統(tǒng)必須承受的載荷做了詳細(xì)說(shuō)明，主要包括以下4個(gè)方面：

1）在可以調(diào)節(jié)到的任何位置：20倍座椅質(zhì)量（kg）乘以9.8，施加在縱向朝前的方向；

2）在可以調(diào)節(jié)到的任何位置：20倍座椅質(zhì)量（kg）乘以9.8，施加在縱向朝后的方向；

3）對(duì)于有安全帶裝置附加在座椅上的情況：如果是前向座椅，為如前述1）所述的力；如果是后向座椅，為如前述2）所述的力；同時(shí)加上通過(guò)座椅安全帶裝置按§571.210的S4.2條款施加在座椅上的力。

4）在座椅最靠后的位置：在座椅椅背上方橫梁或者椅背上方施加相對(duì)座椅能夠提供的每個(gè)座椅參考點(diǎn)產(chǎn)生373 N·m力矩的力；如果是前向座椅，則為縱向朝后；如果是后向座椅，則為縱向朝前。

其中，3）項(xiàng)所要求的力，是最為關(guān)鍵的。4）項(xiàng)所述的力由于相比其他各項(xiàng)而言較小，為頭枕的強(qiáng)度要求，本文不做單獨(dú)研究。在標(biāo)準(zhǔn)《FMVSS 210座椅安全帶總成固定點(diǎn)》（§571.210）的S5.2中，對(duì)3）項(xiàng)所述的通過(guò)安全帶施加在座椅上的力的試驗(yàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明（安全帶為常用的三點(diǎn)式安全帶）：使座椅處于最靠后的位置，沿座椅正向?qū)ο氯梭w模型以及上人體模型分別施加13 345 N的載荷，載荷方向平行于汽車縱向平面并與水平面成向上的5°與15°之間角度。施加的載荷起始速度不得超過(guò)每秒133 447 N，應(yīng)在30 s之內(nèi)達(dá)到13 345 N的載荷值，并至少持續(xù)10 s。

北美地區(qū)一個(gè)典型的特點(diǎn)是，對(duì)大型客車和小汽車的座椅固定強(qiáng)度要求是一致的，并沒(méi)有進(jìn)行區(qū)分。這就使得大型客車也必須滿足和小汽車一樣嚴(yán)格的強(qiáng)度要求。小汽車座椅通常是不帶椅腳的，而客車座椅常帶有椅腳。由于存在力臂的放大作用，這就使得大客車座椅與車身的連接部位承受巨大的應(yīng)力，這種受力狀態(tài)比小汽車還更嚴(yán)苛。

1.2 國(guó)內(nèi)法規(guī)要求

在國(guó)內(nèi)，對(duì)應(yīng)的法規(guī)為GB 15083-2006《汽車座椅及其固定裝置、頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法》、GB 13057-2014《客車座椅及其車輛固定件的強(qiáng)度》、GB 14167-2013《汽車安全帶安裝固定點(diǎn)、ISOFIX固定點(diǎn)系統(tǒng)及上拉帶固定點(diǎn)》等[8-10]。中國(guó)的國(guó)標(biāo)主要參考了歐洲ECE的法規(guī)體系，但是，針對(duì)不同類型的車，試驗(yàn)要求是不一樣的。比如在“GB14167”中規(guī)定：

1）對(duì)于M1和N1類的車輛，上人體模型施加13 500 N±200 N的載荷；對(duì)于M2和N2類的車輛，上述試驗(yàn)載荷應(yīng)為6 750 N±200 N；對(duì)于M3和N3類的車輛，上述試驗(yàn)載荷為4 500 N±200 N。

2）對(duì)于M1和N1類的車輛，下人體模型施加13 500 N±200 N的載荷；對(duì)于M2和N2類的車輛，上述試驗(yàn)載荷應(yīng)為6 750 N±200 N；對(duì)于M3和N3類的車輛，上述試驗(yàn)載荷為4 500 N±200 N。

3）對(duì)于M1和N1類的車輛，在座椅上或與相應(yīng)的座椅的實(shí)際質(zhì)量相當(dāng)?shù)淖蜗嚓P(guān)部件上施加相當(dāng)于座椅總成質(zhì)量20倍的力；對(duì)于M2和N2類車輛，載荷為座椅總成質(zhì)量的10倍；對(duì)于M3和N3類車輛，應(yīng)為座椅總成質(zhì)量的6.6倍。

綜上可見(jiàn)，對(duì)歸屬于M3類的大客車而言，相對(duì)于其他類型車輛，其座椅結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求打了很大折扣。

我國(guó)GB13057-2014《客車座椅及其車輛固定件的強(qiáng)度》對(duì)客車座椅及其車輛固定件的強(qiáng)度要求與試驗(yàn)方法進(jìn)行了規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)座椅固定件強(qiáng)度的試驗(yàn)，要求施加在座椅上的力是每座5 000 N±50 N，即使再加上GB14167要求的施加在安全帶固定點(diǎn)上的力，實(shí)際上比美國(guó)FMVSS標(biāo)準(zhǔn)所要求的加載力要小很多。該標(biāo)準(zhǔn)還設(shè)置了動(dòng)態(tài)試驗(yàn)對(duì)座椅強(qiáng)度以及固定件強(qiáng)度等進(jìn)行考核，能夠較好地反映客車座椅的實(shí)際使用狀況。在美國(guó)FMVSS系列法規(guī)中，則沒(méi)有類似要求。

2 FMVSS 207&210座椅系統(tǒng)試驗(yàn)及建議

某型號(hào)的座椅在國(guó)外某測(cè)試機(jī)構(gòu)進(jìn)行了依據(jù)FMVSS207&210的座椅強(qiáng)度測(cè)試試驗(yàn)。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖1所示。在測(cè)試前，需要準(zhǔn)備座椅測(cè)試臺(tái)架，模擬座椅安裝在車輛上的狀態(tài)。測(cè)試臺(tái)架的制作應(yīng)選取座椅安裝位置周邊一定范圍內(nèi)的骨架結(jié)構(gòu)，包括部分必要的內(nèi)飾件，完全按照實(shí)車的固定方式進(jìn)行固定。

圖1 座椅測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

2.1 試驗(yàn)過(guò)程

測(cè)試開(kāi)始前，需要在座椅重心位置焊接一根輔助梁，用以承受座椅質(zhì)量20倍再乘以9.8的水平前向和后向拉力，如1.1所述FMVSS207中1）、2）、3）項(xiàng)所要求的拉力。后向和前向加載試驗(yàn)分別如圖2和圖3所示。

圖2 后向加載圖

圖3 前向加載圖

對(duì)于雙人座椅而言，需要有兩個(gè)上人體模型和兩個(gè)下人體模型。針對(duì)測(cè)試過(guò)的模型座椅，需要加載的力共計(jì)約65 415 N。對(duì)于客車而言，這個(gè)數(shù)據(jù)是相當(dāng)驚人的。

加載時(shí)，實(shí)際加載值比規(guī)定值要大，一般加載到超出規(guī)定值的5%并保持10 s以上。如無(wú)問(wèn)題，可繼續(xù)加載以測(cè)定系統(tǒng)強(qiáng)度余量，但每測(cè)定一個(gè)載荷，都必須保持10 s以上才有意義。

2.2 結(jié)果判定

測(cè)試完成后，要求座椅結(jié)構(gòu)連接不能松脫，但允許部分結(jié)構(gòu)如椅背等出現(xiàn)合理的、永久的變形。如果座椅及其連接機(jī)構(gòu)不能承受試驗(yàn)載荷而松脫或失效導(dǎo)致試驗(yàn)載荷無(wú)法在30 s內(nèi)達(dá)到指定值并保持10 s，試驗(yàn)即是失敗的。加載過(guò)程中，如果安全帶出現(xiàn)斷裂，可以換成鋼絲繩模擬安全帶繼續(xù)試驗(yàn)，但必須重新加載。鋼絲繩的固定方式和纏繞方式必須和安全帶完全一致。圖4所示的曲線是拉力機(jī)各拉力缸拉力-時(shí)間曲線，該試驗(yàn)已經(jīng)取得了成功。各拉力缸在指定時(shí)間內(nèi)加載到了規(guī)定的拉力值，并且保持了10 s。其中有一缸在加載過(guò)程中出現(xiàn)了波動(dòng)，表示該處座椅結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了永久變形，但對(duì)最后測(cè)試結(jié)果沒(méi)有影響。

圖4 拉力機(jī)各拉力缸拉力-時(shí)間曲線

測(cè)試過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)因?yàn)樽伪旧淼膹?qiáng)度不足或者座椅與車身的連接強(qiáng)度不足而終止試驗(yàn)。失效位置常出現(xiàn)在有螺栓連接的位置或者焊縫位置。圖5所示的情形為座椅靠背與底座方鋼的焊縫連接強(qiáng)度不足而導(dǎo)致焊縫在試驗(yàn)中被拉脫；圖6所示的情形為車身側(cè)掛強(qiáng)度不足而導(dǎo)致側(cè)掛埋板在試驗(yàn)中被撕裂，同時(shí)椅腳和車身地板的連接強(qiáng)度也不足。該兩處位置均為有螺栓連接的位置。

試驗(yàn)失敗后，需要重新制作測(cè)試臺(tái)架，重新進(jìn)行試驗(yàn)。

圖5 座椅靠背被拉脫失效

圖6 座椅與車身連接失效

2.3 對(duì)客車座椅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的建議

根據(jù)我們對(duì)某型座椅的實(shí)際測(cè)試情況，如果座椅系統(tǒng)要滿足美國(guó)FMVSS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提出建議如下：

1）被測(cè)試座椅骨架結(jié)構(gòu)如圖7所示。對(duì)于椅背的圓鋼管折彎件，建議采用Φ30 mm的規(guī)格，2.0 mm壁厚以上，并且內(nèi)部夾套一根小尺寸的圓鋼管；對(duì)于坐墊下方的矩形鋼管，建議規(guī)格一般為40 mm×40 mm×3.0 mm；椅腳的前后側(cè)建議并焊鐵塊，以增加椅腳的抗扭剛度。建議所有骨架材料的屈服強(qiáng)度為345 MPa以上，材質(zhì)建議為Q345B。由于座椅骨架結(jié)構(gòu)為組焊件，因此對(duì)焊縫也有要求。板材與矩形鋼管的焊接要求采用雙面焊縫，所有焊縫必須焊透，不能有焊接缺陷。

圖7 被測(cè)座椅骨架

圖8 座椅骨架與車身的連接

2）針對(duì)座椅骨架與車身的連接，分為兩個(gè)部分：側(cè)掛與車身連接，椅腳與車身連接，如圖8所示。與側(cè)掛連接的“L”型板是焊接在車身側(cè)圍骨架上的，該“L”型板應(yīng)采用6 mm以上厚度，材質(zhì)為Q345B，要求焊接牢固可靠。椅腳與車身地板通過(guò)螺栓連接，螺栓需采用高強(qiáng)度螺栓，強(qiáng)度等級(jí)在10.9級(jí)以上。椅腳后方采用2～3顆固定。另外需要注意的是，螺栓下方必須鎖螺母，不能采用鉆孔攻絲的固定方式。螺母的強(qiáng)度等級(jí)也必須在10級(jí)以上。各個(gè)螺栓連接位置必要時(shí)需要局部加強(qiáng)，采用內(nèi)襯埋板的加強(qiáng)方式，確保試驗(yàn)中不會(huì)發(fā)生破壞。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了美國(guó)FMVSS 207&210法規(guī)與國(guó)內(nèi)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比情況，以及實(shí)際座椅在進(jìn)行FMVSS認(rèn)證的情形。美國(guó)FMVSS 207&210法規(guī)對(duì)客車座椅單從強(qiáng)度方面的要求比國(guó)內(nèi)要高很多，其試驗(yàn)方案也有所區(qū)別。該法規(guī)對(duì)座椅及其連接強(qiáng)度要求如此之高，也就要求設(shè)計(jì)、制造有良好的質(zhì)量，細(xì)微的缺陷可能被放大并導(dǎo)致失敗。同時(shí)，在試驗(yàn)成功后，也要求企業(yè)能夠保證后續(xù)產(chǎn)品的生產(chǎn)一致性。

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[7]美國(guó)CFR.運(yùn)輸-第571部分：聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車輛安全標(biāo)準(zhǔn)-第571.210節(jié)：210號(hào)標(biāo)準(zhǔn)：座椅安全帶總成固定點(diǎn)：CFR 49-571.210-1998[S].1998：6.

[8]全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).汽車座椅、座椅固定裝置及頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法：GB15083-2006[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006：9.

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[10]全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).汽車安全帶安裝固定點(diǎn)、ISOFIX固定點(diǎn)系統(tǒng)及上拉帶固定點(diǎn)：GB 14167-2013[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013：5.

修改稿日期：2016-11-08

A Brief Analysis on Strength Certification to Coach Seats System of American FMVSS 207&210

HuangYutai
（Jiangxi Bonluck Business Bus Co.,Ltd,Nanchang330000,China）

The author briefly describes the strength requirements to the coach seats system of American FMVSS 207&210,and compares the requirements with the corresponding Chinese standards.By means of the conformity certification ofa coach seats,he presents the test methods of FMVSS 207&210,the common failures modes,and offers some proposals.

FMVSS207&210;coach seat;strength certification

U463.83+6

A

1006-3331（2017）01-0058-04

黃宇太（1985-），男，工程師；主要從事客車總布置設(shè)計(jì)工作。