石俊偉，陳俊杰，陳英杰

（中國質(zhì)量認證中心 華北部，北京 100070）

汽車座椅頭枕及靠背靜強度試驗研究

石俊偉，陳俊杰，陳英杰

Shi Junwei, Chen Junjie, Chen Yingjie

（中國質(zhì)量認證中心 華北部，北京 100070）

在研究《汽車座椅、座椅固定裝置及頭枕強度要求和試驗方法》（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)試驗平臺。通過對國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)的汽車座椅進行測試，掌握了測試汽車座椅頭枕和靠背靜強度的試驗方法，并且分析了影響汽車座椅靠背和頭枕靜強度的因素，為企業(yè)進行產(chǎn)品改進設(shè)計提供了參考。

車輛；座椅；靜強度測試；評價

汽車座椅是汽車上重要的被動安全部件，其不但承受著人體質(zhì)量，同時還承受著車輛起步、加速、制動等重復(fù)動作和碰撞事故的沖擊。汽車發(fā)生碰撞事故時，吸收乘員動能、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乘員的頸椎、腰部起到很好的保護作用。如果座椅靠背設(shè)計剛度不足，則后排乘員或者貨物的慣性力將會擊潰前排座椅，使前排座椅乘員受到傷害。如果前排座椅靠背設(shè)計剛度過高，后排乘員與其相撞時會受到嚴重傷害。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)一個汽車座椅頭枕和靠背靜強度測試平臺，開展汽車座椅強度測試分析便顯得尤為重要。

1 國家標準對汽車座椅頭枕和靠背靜強度的一般技術(shù)要求

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

1）GB15083—2006的座椅靠背靜強度試驗如下：座椅通過GB11551—2003中附錄C規(guī)定的假背模型，對座椅靠背沿縱向向后施加相對于座椅R點530N·m力矩的負荷。對于長條座椅，應(yīng)同時進行試驗。

2）GB15083—2006的座椅頭枕靜強度試驗如下：（1）采用H點定位裝置，調(diào)整試驗臺靠背加載模板轉(zhuǎn)軸與座椅H點重合；靠背加載模板中線與座椅靠背中線對中。（2）對靠背加載模板加載，相對H點產(chǎn)生向后373 N·m力矩，建立移動后基準線r1。（3）在頭枕頂部向下65 mm處，通過直徑為165 mm的頭型，對頭枕施加一個垂直于移動后基準線r1的初始載荷，其相對于H點的力矩為373 N·m。（4）測量切線Y與移動后基準線r1之間的距離X，若X滿足標準小于102 mm，則增加該負荷到890 N（EP標準要求1 400 N），除非座椅或座椅靠背提前損壞。汽車頭枕靜強度加載圖見圖1。

2 汽車座椅及靠背靜強度試驗臺研制

試驗臺主要完成汽車座椅靠背靜強度試驗和汽車頭枕靜強度試驗。結(jié)合汽車座椅設(shè)計標準，該試驗臺主要由機械系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、控制軟件和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成。其中機械系統(tǒng)由主機部分、座椅安裝滑臺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現(xiàn)座椅加載閉環(huán)控制，以達到精確加載的目的。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要完成試驗數(shù)據(jù)的采集、存儲、顯示、回放等功能。試驗臺總體結(jié)構(gòu)見圖2。

試驗臺系統(tǒng)原理圖如圖 3所示。工控機通過數(shù)據(jù)采集卡給電控系統(tǒng)發(fā)送控制命令，電控系統(tǒng)接收到信號后，再使加載機構(gòu)作用在待試驗的座椅上。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，工控機通過處理傳感器采集的信號實時調(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度的電控部分主要由上位機、下位機、傳感器和控制器等幾個主要部件組成。上位機提供人機界面，完成數(shù)據(jù)處理。上位機與下位機采用IP協(xié)議通訊，完成試驗數(shù)據(jù)的上傳和試驗命令的下載。下位機采用DOS系統(tǒng)高效地完成數(shù)據(jù)采集，控制參數(shù)計算。下位機采用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度試驗及分析

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

經(jīng)試驗，該座椅靠背的靜強度加載到 375.5 N·m時，座椅靠背未發(fā)生斷裂（圖 6）；同時，座椅頭枕按照標準要求首先繞 H點加載到 373 N·m時，測量切線Y與移動后基準線r1之間的距離X為83 mm，小于標準要求，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)計是座椅設(shè)計里一個非常重要的參數(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，保證在達到標準要求的力值的基礎(chǔ)上不會有太大的變形。目前，對于汽車座椅失效形式主要有以下幾方面：

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

2）座椅靠背限位機構(gòu)失效。這種失效形式主要因為調(diào)角器等限位機構(gòu)使得試驗不合格。

3）椅腳強度不夠。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)計不足，或者是材料厚度設(shè)計不合理。

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)市場和出口量越來越大。因此，開展汽車座椅靜強度測試平臺研究是很有必要的。

文中從標準研究出發(fā)，開發(fā)了汽車座椅靜強度試驗臺，并且針對國內(nèi)某企業(yè)生產(chǎn)的座椅做了試驗，分析了座椅靠背和頭枕靜強度的失效形式與改進設(shè)計的方法，對企業(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出口認證測試[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

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10.14175/j.issn.1002-4581.2014.06.008

2014-08-04

1002-4581（2014）06-0035-03