汽車座椅靠背耐久試驗(yàn)裝置開(kāi)發(fā)與研究

魏 曾 喻 攀 賀啟才 熊 豐 檀廷軍

近些年來(lái)，隨著我國(guó)汽車行業(yè)飛速發(fā)展，汽車安全越來(lái)越受到人們的關(guān)注。汽車座椅作為保障駕乘人員安全性和舒適性的重要零部件之一，其可靠性和強(qiáng)度必須得到保證。因此，對(duì)汽車座椅的性能進(jìn)行檢測(cè)和試驗(yàn)是非常必要的。

在汽車行駛過(guò)程中，由于路面不平導(dǎo)致車體產(chǎn)生的隨機(jī)振動(dòng)會(huì)通過(guò)輪胎/懸架等部件傳遞到座椅；同時(shí)，汽車在起步、加速、急轉(zhuǎn)彎、制動(dòng)等復(fù)雜工況下，慣性力的存在也會(huì)使座椅受到較大的沖擊載荷，因而座椅的受載是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程?？紤]到在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中比較難以模擬如此復(fù)雜的受載工況，相關(guān)研究人員將各種復(fù)雜工況通過(guò)一定方法折算為等效的靜態(tài)載荷，并以此作為評(píng)定汽車座椅承載性能的標(biāo)準(zhǔn)。

本文在參考GB 15083-2006《汽車座椅/座椅固定裝置及頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法》的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種汽車座椅靠背強(qiáng)度性能試驗(yàn)裝置，重點(diǎn)對(duì)加載機(jī)構(gòu)的加載點(diǎn)和加載角度進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了模擬50%男性假人背部的H點(diǎn)機(jī)器施加在座椅靠背上的力的加載。

1 研究背景及分析

汽車座椅作為汽車重要的組成部分之一，也是與駕駛員及乘客接觸最頻繁的部件之一，因此，其受力情況變化多端，座椅靠背作為最主要的承力機(jī)構(gòu)的可靠性就顯得尤為重要。

1.1 實(shí)際使用過(guò)程中的座椅受力分析

乘員在座椅中，有很多動(dòng)作會(huì)對(duì)靠背產(chǎn)生不同方向的作用力，如上車、伸手拉安全帶、調(diào)節(jié)頭枕高度、將物品放置后排或者從后排拿取物品、調(diào)節(jié)儀表或者開(kāi)關(guān)置物盒、行駛過(guò)程中的加速、轉(zhuǎn)彎等。

以背部與靠背完全貼合為0°，逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)椤?”，順時(shí)針?lè)较驗(yàn)椤?”。我們通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)測(cè)量并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建了幾種工況受力圖。

(1)以主駕為例，其上車過(guò)程中，背部與座椅靠背角為-45°，座椅受力方向?yàn)?°，見(jiàn)圖1。

(2)以主駕為例，伸手拉安全帶過(guò)程中，其背部與座椅靠背角為-20°，座椅受力方向?yàn)?°；

調(diào)節(jié)頭枕高度及汽車加速過(guò)程中，背部與座椅靠背角為0°，座椅受力方向?yàn)?°，見(jiàn)圖2。

(3)以主駕為例，將物品放置后排或者從后排拿取物品時(shí)，背部與座椅靠背角為45°，座椅受力方向?yàn)?°；車輛轉(zhuǎn)彎過(guò)程中(以左轉(zhuǎn)為例)，背部與座椅靠背角為0°，座椅受力方向?yàn)?5°，見(jiàn)圖3。

1.2 試驗(yàn)方法的制定

為盡可能地接近、復(fù)制座椅使用中乘員對(duì)靠背施加的力，參考GB 15083-2006規(guī)定，在不同工況下的極限載荷、加載速率以及加載方向見(jiàn)表1。

圖1 載荷方向0°，背部角度-45°

圖2 載荷方向0°，背部角度0°

圖3 載荷方向45°，背部角度0°

圖4 試驗(yàn)裝置總體架構(gòu)圖

1.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)前后，座椅各部件是否有破損、松動(dòng)或開(kāi)裂，如調(diào)角機(jī)構(gòu)、靠背框架、皮革或織物、發(fā)泡、螺栓螺母等；并對(duì)噪聲進(jìn)行主觀評(píng)估及記錄；記錄靠背角度變化量；記錄靠背調(diào)節(jié)速度變化量(電動(dòng)調(diào)節(jié)座椅)；記錄調(diào)角器操作力變化量(手動(dòng)調(diào)節(jié)座椅)。

2 試驗(yàn)裝置總體架構(gòu)

試驗(yàn)中，主要通過(guò)加載裝置，在不同加載方向和不同加載力的條件下完成汽車座椅靠背耐久試驗(yàn)。整個(gè)試驗(yàn)裝置的總體架構(gòu)圖如圖4所示。試驗(yàn)裝置(系統(tǒng))的機(jī)械部分主要包括座椅的加載裝置以及固定座椅的工裝夾具。加載裝置主要包括假人靠背、調(diào)節(jié)裝置(方向及加載力大小)、靜力加載機(jī)構(gòu)；靜力加載機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)電缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持力的大??；傳感器則用于實(shí)時(shí)獲取加載裝置的角速度和加速度信息等。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程全自動(dòng)化，大大提高了試驗(yàn)效率以及試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

2.1 試驗(yàn)加載機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在與汽車上相同的條件下安裝座椅，通過(guò)代50%男性假背在座椅靠背上施加一定的載荷來(lái)完成此次座椅靠背耐久試驗(yàn)。

加載裝置設(shè)計(jì)，充分考慮了汽車座椅靠背在受力過(guò)程中的位置變化，能夠以相對(duì)于靠背平面垂直方向可改變±45°的角度施加力，且H點(diǎn)機(jī)器角度也可相對(duì)于靠背平面改變±45°角度并加載力。

3試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

在進(jìn)行汽車座椅靠背耐久試驗(yàn)之前，通常需要考慮試驗(yàn)方法的可行性以及試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，對(duì)于試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)同樣尤為重要。試驗(yàn)中具體加載參數(shù)如表1所示。

試驗(yàn)過(guò)程中，基于Labview設(shè)計(jì)的上位機(jī)軟件，通過(guò)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄傳感器獲取的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸和H點(diǎn)機(jī)器運(yùn)動(dòng)的角度、角加速度等信息。

4 結(jié)果分析

在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，所設(shè)計(jì)的座椅靠背耐久試驗(yàn)裝置和樣件座椅均未出現(xiàn)任何故障。試驗(yàn)完成后，對(duì)樣件座椅進(jìn)行了特性分析，包括座椅的間隙、角度變化以及噪聲主觀評(píng)價(jià)等項(xiàng)目，結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1

5 結(jié)論

本文在參考汽車座椅相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種汽車座椅靠背強(qiáng)度性能試驗(yàn)裝置，主要設(shè)計(jì)了座椅靠背的加載機(jī)構(gòu)和試驗(yàn)方法。該裝置能夠準(zhǔn)確地以50%男性假背在座椅靠背上施加不同的載荷，從而達(dá)到模擬座椅實(shí)際使用中各種工況的目的；這對(duì)于協(xié)助車企提高汽車座椅靠背的舒適性和強(qiáng)度具有重要意義。整個(gè)試驗(yàn)裝置(系統(tǒng))結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易操作、實(shí)用性強(qiáng)。T

(注：本文作者單位，中汽研汽車檢驗(yàn)中心(武漢)有限公司，武漢 430056)