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

（中國質量認證中心 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）的基礎上，開發了工程汽車座椅頭枕及靠背靜態試驗平臺。通過對國內某企業生產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，為企業進行產品改進設計提供了參考。

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量，同時還承受著車輛起步、加速、制動等重復動作和碰撞事故的沖擊。汽車發生碰撞事故時，吸收乘員動能、防止乘員發生“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計剛度過高，后排乘員與其相撞時會受到嚴重傷害。座椅質量的好壞直接關系到乘員的生命安全，因此，開發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，調整試驗臺靠背加載模板轉軸與座椅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。結合汽車座椅設計標準，該試驗臺主要由機械系統、電控系統、控制軟件和數據采集系統構成。其中機械系統由主機部分、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。電控系統在電氣系統和控制軟件的控制下實現座椅加載閉環控制，以達到精確加載的目的。數據采集系統主要完成試驗數據的采集、存儲、顯示、回放等功能。試驗臺總體結構見圖2。

試驗臺系統原理圖如圖 3所示。工控機通過數據采集卡給電控系統發送控制命令，電控系統接收到信號后，再使加載機構作用在待試驗的座椅上。座椅上的傳感器將座椅的狀態反饋給數據采集卡，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，完成數據處理。上位機與下位機采用IP協議通訊，完成試驗數據的上傳和試驗命令的下載。下位機采用DOS系統高效地完成數據采集，控制參數計算。下位機采用16位數據采集卡，12路模擬量采集，32路開關量采集。控制原理如圖4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項分別對國內某企業生產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計是座椅設計里一個非常重要的參數，從上述數據中可以看出，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）座椅鎖止機構失效。鎖止機構失效一般是由于滑軌強度不足或者鎖止機構不合理。

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

3）椅腳強度不夠。其失效形式主要表現在變形過大，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計不足，或者是材料厚度設計不合理。

4 結束語

隨著我國汽車工業不斷發展，汽車座椅產品國內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，開發了汽車座椅靜強度試驗臺，并且針對國內某企業生產的座椅做了試驗，分析了座椅靠背和頭枕靜強度的失效形式與改進設計的方法，對企業產品質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