汽車座椅頭枕強(qiáng)度性能試驗(yàn)臺(tái)原理研究

劉傳龍 李四海

摘要：本文圍繞《GB11550-2009汽車座椅頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法》[1]完成汽車座椅頭枕強(qiáng)度和試驗(yàn)測試所需要的試驗(yàn)臺(tái)架展開研究。分析了座椅靠背加載和頭枕加載之間的受力特點(diǎn)；理清了頭型與軀干線之間距離測試的基準(zhǔn)線確認(rèn)方法，并解釋了此距離數(shù)據(jù)相關(guān)于追尾碰撞的安全性意義；另外還就頭枕間隙測量用測量規(guī)設(shè)計(jì)做了嘗試性研究。

關(guān)鍵詞：頭枕間隙；軀干線基準(zhǔn)；頭枕加載

中圖分類號(hào)：U463.836 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-2177（2019）05-0122-03

1 背景情況

隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，車輛乘員座椅的舒適性、安全性要求越來越受到汽車消費(fèi)者和生產(chǎn)者的重視，我國生產(chǎn)企業(yè)也以各種形式與許多世界知名座椅生產(chǎn)廠家進(jìn)行了技術(shù)合作，引進(jìn)了各種新的產(chǎn)品、新的試驗(yàn)檢測規(guī)范。國家相關(guān)職能機(jī)構(gòu)也制定了車輛座椅質(zhì)量和性能的相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，《GB11550-2009汽車座椅頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法》就是這些標(biāo)準(zhǔn)之一，圍繞完成該標(biāo)準(zhǔn)中5.1～5.5的測試過程，國內(nèi)多個(gè)汽車測試設(shè)備制造商研制了相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)備[2]。

1.1 目前國內(nèi)提供的座椅及頭枕測試設(shè)備加載方法

如圖1所示。

其工作步驟是：（1）預(yù)先使用H點(diǎn)裝置在座椅上確認(rèn)H點(diǎn)位置[3]，并用激光對(duì)中儀標(biāo)記H點(diǎn)軸線；（2）撤去H點(diǎn)裝置，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)回轉(zhuǎn)臂中心與對(duì)中儀標(biāo)記軸線（H點(diǎn)）重合；（3）啟動(dòng)試驗(yàn)控制程序，首先由靠背加載器A加載，一直到背板加載力F0滿足相對(duì)H點(diǎn)力矩為373Nm時(shí)為止，然后讓加載器A自鎖（使安裝加載器B的回轉(zhuǎn)臂空間位置保持穩(wěn)定）；（4）再啟動(dòng)頭枕加載器B加載，一直到加載力值F2滿足相對(duì)H點(diǎn)力矩為373Nm時(shí)為止。

1.2 目前試驗(yàn)設(shè)備存在的問題

（1）當(dāng)執(zhí)行上節(jié)第“（4）”步加載器B開始加載后，在“楔子效應(yīng)”作用下，F(xiàn)1將從F0逐漸降低，因?yàn)橛深^枕、靠背、調(diào)角器等組成的靠背系統(tǒng)不是剛體，具有很大彈性，所以這種降低的速度將不會(huì)很快，當(dāng)力值F2滿足相對(duì)H點(diǎn)力矩為373Nm時(shí)，F(xiàn)1將不會(huì)為零，使得假背上還有殘余力矩存在，導(dǎo)致靠背系統(tǒng)承受的總力矩將大于文獻(xiàn)[1]的373Nm規(guī)定，即頭枕加載參數(shù)沒有唯一確定，這種情形的存在已被測量實(shí)踐所證明。（2）與H點(diǎn)裝置背板不同，假背上沒有軀干基準(zhǔn)線，導(dǎo)致回轉(zhuǎn)力臂上也沒有相對(duì)軀干基準(zhǔn)線，將無法滿足文獻(xiàn)[1]附錄D圖中x所定義——關(guān)于頭枕與加載后軀干基準(zhǔn)線間距離的測量條件，即存在軀干基準(zhǔn)線缺失問題。（3）現(xiàn)有設(shè)備中沒有設(shè)計(jì)頭枕間隙測量功能，按文獻(xiàn)[1]附錄E圖中a所示定義出發(fā)，由于在加載狀態(tài)的被測位置被頭型半球所遮擋無法接近，即使手工測量也不可行；其它的幾何測量，比如頭枕高度、頭枕寬度等也未設(shè)計(jì)測量工具，而采用手工測量，測量準(zhǔn)確度極低。

2 改進(jìn)措施與方法

（1）在試驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)中嵌入減縮版H點(diǎn)裝置，省略小腿和腳部零件和配重砝碼，并將H點(diǎn)裝置和回轉(zhuǎn)臂及其上所附加部件配重到65～67.5Kg（確定H點(diǎn)時(shí)需先將加載裝置A與回轉(zhuǎn)臂脫離，加載時(shí)再連接）。直接在座椅上一次確定H點(diǎn)位置，無需使用激光對(duì)中儀標(biāo)記H點(diǎn)軸線來二次定位試驗(yàn)設(shè)備，如圖2所示。

（2）假背與回轉(zhuǎn)力臂的連接桿（連接F0/F1傳感器處）設(shè)計(jì)長度可調(diào)機(jī)構(gòu)，連接桿在回轉(zhuǎn)臂端剛性固定聯(lián)結(jié)，另一端通過加裝萬向鋼球（或稱牛眼軸承）與假背開放連接。在背板加載完成并鎖止加載器A后，調(diào)整收縮連接桿長度，使萬向鋼球與假背脫離接觸，消除F1為零；然后啟動(dòng)頭枕加載程序，保證靠背系統(tǒng)總力矩只包含加載器B所施加載荷為373Nm。

（3）在設(shè)備中等效采用H點(diǎn)裝置背板為加載假背，該假背含有與軀干線平行的基準(zhǔn)面，設(shè)計(jì)上保證回轉(zhuǎn)臂長邊與假背上的軀干線平行，當(dāng)背板加載完成并鎖止加載器A后，軀干線與回轉(zhuǎn)臂的相對(duì)距離將保持不變，從而確定了頭枕加載器B的相對(duì)軀干線基準(zhǔn)，這樣可以在設(shè)備中設(shè)計(jì)頭枕軀干線距離測量尺，并在測量尺上確定軀干線基準(zhǔn)點(diǎn)，當(dāng)頭枕加載完成后可直接讀取頭枕軀干線距離數(shù)據(jù)。另外，頭枕高度和頭枕寬度也可在設(shè)備中設(shè)計(jì)相應(yīng)的直讀測量尺。嘗試設(shè)計(jì)各測量尺配置如圖3所示。

（4）為了解決頭枕間隙測量時(shí)的可接近性，設(shè)計(jì)專用可互換測量頭型，用于測量頭枕橫向間隙和豎直間隙。專用測量頭型與常規(guī)頭型安裝上可以互換，其上附加設(shè)計(jì)間隙比例測量規(guī)，規(guī)腳尾端配置光傳導(dǎo)光纖，光線可通過專用頭型中心弧線上的窄縫射出，便于測試人員目測并調(diào)整測量規(guī)腳，然后在規(guī)腳后端比例尺上讀取間隙尺寸。嘗試設(shè)計(jì)原理如圖4所示。

3 頭型軀干基準(zhǔn)線距離數(shù)值的被動(dòng)安全意義

（1）汽車座椅頭枕與乘員頭部間的相對(duì)距離在一般情況下并不為零，也就是說正常乘坐乘員后腦通常不與頭枕接觸。當(dāng)行進(jìn)或者靜止中車輛被后方車輛追尾碰撞時(shí)，乘員頭部在慣性原理作用下必然向后偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)乘員頸椎將有可能受到“鞭掃”效應(yīng)傷害，這種傷害的嚴(yán)重程度將取決于兩車碰撞的相對(duì)速度大小和后腦與頭枕之間的相對(duì)距離，這個(gè)距離越大，傷害可能性也越大。所以，作為一個(gè)被動(dòng)安全措施，在文獻(xiàn)[1]中第5.4.4.6節(jié)，對(duì)頭型軀干基準(zhǔn)線距離做了相應(yīng)規(guī)定，要求此距離小于102mm。

（2）根據(jù)美國“運(yùn)輸部—國家高速公路交通安全局—聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)—頭枕”及美國“高速公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)（IIHS）—頭枕性能評(píng)價(jià)程序”，當(dāng)使用帶有頭枕測量裝置（HRMD）的SAE J826 H點(diǎn)裝置確認(rèn)座椅H點(diǎn)時(shí)，可按圖5、圖6進(jìn)行測量，并按圖7所示對(duì)頭枕完成安全評(píng)級(jí)。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)當(dāng)前座椅及頭枕測試設(shè)備的解剖分析，對(duì)照國家頒布的法定規(guī)范文件，找出了當(dāng)前設(shè)備存在：需要激光對(duì)中儀配合完成H點(diǎn)定位、頭枕加載參數(shù)不能唯一確定、軀干基準(zhǔn)線缺失、頭枕間隙測量沒有可接近性和缺少幾何測量工具等瑕疵和不足，并針對(duì)性地提出了解決方案，這些改進(jìn)對(duì)當(dāng)前汽車座椅及頭枕測試技術(shù)水平與合規(guī)性將有現(xiàn)實(shí)的提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB 11550-2009.汽車座椅頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法[S].

[2] 唐家兵，劉立偉，李曉波，吳亞東.轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)沖擊試驗(yàn)臺(tái)發(fā)射機(jī)構(gòu)的開發(fā)[J].汽車工程，2010（3）：263-265.

[3] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 29120-2012.H點(diǎn)和R點(diǎn)確定程序[S].