汽車座椅可靠性測試方法

杜天強 杜長江 王培中 田澤洋

（中國汽車技術研究中心）

汽車座椅作為關鍵和重要的被動安全部件，不僅要承載乘客，而且還在碰撞事故中肩負著保護乘客安全的作用[1]。一直以來世界各國都對座椅采取強制認證或強制試驗的方式進行監管，如歐洲EEC、ECE、美國FMVSS及中國GB等各國法規使用動態及靜態結合的方式，對座椅在碰撞事故中對乘客保護的效果進行強制評價和要求[2]。對于座椅舒適性和可靠性的評價，各國法規并未強制要求，而由于其涉及到的關鍵零部件較多，諸如頭枕、調角器、滑軌、靠背、座墊、扶手、腰托及高度調節器等，并沒有比較統一的測試規范和評價標準。文章將結合座椅的結構組成，對各個部件的可靠性評價方法和測試指標進行分析和總結。

1 座椅總成可靠性評價方法

座椅是汽車上一個重要的減振元件，其乘坐舒適性與駕駛員的操作便利性及乘員的乘坐體驗緊密相關。常見的總成可靠性評價主要包括模擬人員進出座椅試驗、顛簸蠕動試驗[3]、振動特性試驗及身體壓力分布[4]等。

1.1 模擬人員進出座椅試驗

該試驗主要使用帶面套的三維假人模型對座椅總成進行面料耐磨性測試，模擬人體進出汽車的使用工況，試驗后的座椅面套不應出現斷裂、結團、脫散和漏底，不允許出現損傷，縫線不允許斷裂等。

由于不同整車的空間不同，實際乘客進出車門時的動作軌跡是有差異的，因此不同車型可能規定了不同的三維假人模型運動軌跡，從而更真實地評價使用可靠性。目前，也有一個比較通用的動作軌跡供測試使用，試驗時把座椅總成固定在模擬人體進出試驗臺上，利用一個44.5 kg三維假人模型制造的壓頭開展試驗。試驗流程如下：1）壓頭水平滑入座椅并陷入座墊邊翼和靠背邊翼各約25 mm，壓頭旋轉30°使壓頭后部內側先進入；2）壓頭繼續進入直至壓頭中心線與座椅中心線對齊；3）壓頭蠕動使其在座椅內平穩；4）壓頭陷入座椅直至載荷為445 N；5）壓頭以30°，445 N載荷蠕動靠背；6）壓頭以445 N載荷停留在座椅直到一半移出座椅；7）一旦壓頭一半移出座椅，它就隨座墊邊翼而滑動。一般要求座椅至少能承受1.5萬次模擬人員進出循環，如圖1所示。

1.2 顛簸蠕動耐久試驗

汽車顛簸蠕動耐久測試是模擬汽車在行駛過程產生一定的上下振動，同時乘客臀部會在座墊上有左右晃動的動作，將這2種運動結合起來評價對座椅來說是比較苛刻和嚴格的考核，但對座椅在實際情況中的使用可靠性卻非常有意義；對于靠背，同樣有在行駛中上下振動的同時承受人體后背壓力的使用工況。試驗時，樣品固定在顛簸蠕動試驗機上，調整樣品使其H點中心線與模擬假臀或假背中心線對齊，按循環次數要求進行振動試驗，如表1所示。顛簸幅度（峰至峰）為30 mm。試驗后，樣件應無異常情況，座椅骨架無裂縫，泡沫無變形，面料和襯墊無破損，H點最大變動在額定范圍內（一般要求±15 mm）。顛簸蠕動耐久試驗裝置，如圖2所示。

表1 顛簸蠕動耐久試驗測試要求

1.3 振動特性試驗

振動試驗主要包括振動耐久性、隨機振動特性和頻響特性等，可以非常直接地評估座椅的耐振可靠性，同時座椅的頻響特性能反映座椅對汽車道路振動的屏蔽效果，更好地反映座椅的乘坐舒適感。振動耐久性是給座椅產品一定的持續振動環境，可在座椅上放置帶有導向裝置的假臀模型，考核座椅經長時間振動耐久后的變化情況；隨機振動試驗則是力求真實化模擬實際乘坐狀況，對乘坐舒適感進行評估[5]，試驗一般在6自由度振動臺上進行，輸入汽車實際運行時的隨機振動波形進行控制，進一步分析乘坐舒適性和座椅的各種性能；進行頻率響應試驗時，將座椅安裝在振動臺上，將人體假臀模型放到座椅上，給座椅一定的振動激勵，從而獲得座椅的共振頻率、振動傳導率及振動衰減率等特性，評價座椅對振動傳遞的吸收能力，試驗曲線，如圖3所示。

2 座椅其他部件可靠性評價

2.1 座椅頭枕

2.1.1 頭枕操作耐久試驗

將座椅靠背總成和夾具固定，座椅頭枕以最低位置為起始點，將其從最低位置移動到最高位置，然后再移回最低位置，以上操作為1個循環過程，按照相關標準要求，一般進行5 000次的循環試驗，試驗后必須能夠保持在可調位置。

2.1.2 頭枕折疊耐久試驗

對于具有折疊功能的座椅頭枕，考核其折疊功能可靠性。將頭枕從折疊位置移動到最上部位置，然后釋放頭枕，使其回到折疊位置，并保持5 s。按照描述的過程循環試驗1萬次，檢查頭枕功能。

2.2 座椅骨架

座椅骨架是座椅的核心，強度的主要承載件，其可靠性也直接決定著座椅的使用壽命和舒適性。座椅骨架可靠性試驗主要有前后載荷耐久和橫向載荷耐久試驗。

2.2.1 骨架前后載荷耐久試驗

將座椅骨架總成固定在試驗臺上，在靠背頂部中心處，以H點為載荷軸線，施加一個水平向后或者垂直于座椅軀干線方向的載荷，載荷一般為0～1 kN，頻率為15～30次/min，一般循環4萬次。試驗結束后，座椅骨架總成不允許出現裂縫。還有相關企業標準要求對座椅骨架進行左/右后45°方向的交替載荷耐久試驗，模擬乘客靠背在座椅上左右摩擦晃動時骨架所承受的載荷。試驗需要利用專門的夾具輔助進行，保證加載力的作用方向成45°。試驗后，測量骨架的變形量，檢查異響和裂縫。

2.2.2 骨架橫向載荷耐久試驗

將座椅骨架調整到設計基準位置，在座椅靠背骨架兩側交替施加一定的載荷（力或力矩），載荷作用線可以重合或者具有一定的距離，載荷頻率為15～30次/min，一般循環4萬次。試驗后，座椅骨架不得出現裂縫或破壞。

2.3 座椅調角器

調角器安裝在汽車座椅上，是實現座椅靠背角度調節的裝置。該裝置一般由椅背聯接板、椅座聯接板、核心件、手輪或調節手柄及回復彈簧等部分組成。根據功能一般分為手柄操縱和旋鈕操縱，電動座椅上為電動調節。

2.3.1 手柄操縱座椅調角器

將模擬靠背骨架總成固定在一個剛性夾具上并調整至第1齒位置，按照“第1齒位置→最后位置→設計位置→最前位置→第1齒位置”的循環過程，每個位置均要有鎖止和解鎖步驟，完成1萬次循環，調角器應該滿足功能要求，同時考核調角器的間隙量變化及調節力矩變化等指標。

2.3.2 旋鈕操縱座椅調角器

通過旋鈕調整靠背到前后止點，在每個止點處停留3 s，調整速度是“1個循環/min”。旋鈕式調角器操作可靠性也可按手柄式的動作過程進行評價，規定不同的動作過程。試驗后，對比試驗前后的調整力矩和功能變化。

2.3.3 電動式座椅調角器

電動式調角器是使用電機代替了手動式的手柄和旋鈕，電機帶有自鎖功能。電動式調角器一般按照手柄式的動作過程，規定了如手柄式的4個特征位置，并規定停留時間，一般需進行1萬次操作。試驗后，對比試驗前后電機電流、電阻、調角器速率及功能變化。

2.4 座椅滑軌

滑軌是座椅總成中改變座椅前后位置的機構，其可靠耐久性評價主要包括滑軌調節耐久和交變載荷強度耐久試驗。

2.4.1 滑軌調節耐久試驗

將滑軌安裝在座椅上（或模擬實際座椅的安裝夾具），固定滑軌下安裝孔，在座椅上施加一定載荷（75～100kg），然后調整滑軌至最后位置，頻率為5～10次/min，按照如下程序循環規定次數：1）在最后位置將滑軌解鎖；2）向前滑動至最前位置鎖止；3）在最前位置解鎖；4）由最前位置滑動至最后位置鎖止。除常溫之外，通常還需要在-20，-40，80℃等不同溫度工況下分別進行循環耐久試驗，每種工況間隔一定時間。試驗后，滑軌應工作正常，且不應出現零件明顯變形和異常響聲。

2.4.2 滑軌交變載荷強度耐久試驗

滑軌處于最后位置并鎖止，在剛性的模擬靠背骨架上相對于H點以15～30次/min的頻率，按照以下程序往復運動1.5萬次或規定次數：1）向前加載至規定值，卸載至0；2）向后加載至規定值，卸載至0。試驗后，滑軌必須工作正常，且無機械損傷和明顯變形。

2.5 座椅座墊

2.5.1 座墊疲勞耐久試驗

利用一定質量的臀部模塊或加載模型，通過氣動、液壓加載裝置或振動臺，對座墊施加周期性的連續變化載荷，加載位置可以選擇座墊上的任何可能區域，加載頻率根據標準要求[6]（高低頻均有），開展疲勞耐久試驗，如圖4所示。試驗后，座墊的最大永久變形量需要位于規定范圍內，不得出現破壞。

2.5.2 座墊沖擊可靠性試驗

把座椅水平安裝好，利用一個75 kg的額定載荷假臀模塊從一定高度（40 mm）落下，對座椅座墊進行跌落試驗；或者用一個袋子形狀75 kg的重物從40 mm高度落下，沖擊點在距離座墊前端100 mm的中間位置。上述過程按照標準要求[7]進行一定次數的循環。試驗后，測量座墊的下陷量，檢查座墊的破壞和磨損情況。

2.6 座椅靠背

2.6.1 靠背疲勞耐久試驗

利用一個假背模型或加載模塊，對座椅靠背施加一定的載荷，試驗可以采用氣壓或液壓作動缸進行，也可以將座椅靠背安裝在振動臺上，并施加配重載荷進行，如圖5所示。載荷為10～70 kg，頻率和加載次數按照標準規定[6]。試驗后，靠背不得出現破壞或嚴重損壞。

2.6.2 靠背調節耐久試驗

關于靠背調節耐久試驗的規定大致都是從某個規定角度位置調整至另外一個角度位置，1個或多個位置停留后，回至初始位置，完成一個循環。規定角度可以是相對座椅設計位置向前或向后10°或20°，也可以是座椅靠背鎖止機構中的一個擋位，還可以是座椅靠背的最前和最后位置。有時候，還會利用到鎖止機構的自動返回功能。針對不同形式的座椅（普通座椅、折疊座椅、分體座椅及翻轉座椅等），一個耐久循環過程的動作會有所不同。

2.7 座椅腰托

將一個裝配有腰部支撐機構的座椅固定在測試平臺上，使用75 kg假人模型使腰托承受類似實際的負荷，調節腰托裝置進行全行程內的往復動作耐久，通常要進行5 000次全行程操作耐久。對電動機構來說，通常要求在極限位置且電機通電狀態下最少持續2 s，以考核其使用可靠性。試驗后，對腰托手柄操作力矩、腰托的調節功能、工作噪聲及電機的電特性指標進行檢查[5]。

2.8 座椅扶手

汽車座椅的扶手主要用來輔助駕乘人員放松手臂以及放置水杯等小件常用物品，在實際使用中也是動作非常頻繁，扶手的可靠性主要通過操作耐久性和加載可靠性來考核。

2.8.1 靠背調節耐久試驗

將座椅靠背總成和夾具固定，以座椅扶手閉合位置為起始點，把扶手從閉合位置打開到工作位置，再把扶手從工作位置關閉到閉合位置，動作循環至少1萬次。如果有一個鎖止裝置，在循環過程中要改變開關的開閉；如果扶手有垂直或水平固定裝置，在扶手末端向內位置施加一定的載荷，并按照規定頻率和次數進行耐久試驗。

2.8.2 扶手加載可靠性試驗

此項主要模擬行車中扶手在工作狀態下，駕乘人員手臂壓迫扶手時的承載可靠性。將座椅靠背總成和夾具固定，扶手處于工作狀態，使用圓柱形加載模塊在其工作位置施加規定的循環載荷，如50～150 N，進行8 000次的正弦波耐久測試。試驗后需評價扶手的變形量、操作力矩及調節功能等。

2.9 座椅高度調節器

一般駕駛員座椅都具有高度調節功能，分為機械式手動調整和電動式調整，機械式需要反復動作進行高低調節，電動式可點動開關進行調節。試驗時，需要在座椅座墊上添加一定的配重（如假臀模塊或三維H點假人），將座椅從最低位置調節到設計位置，停頓1 s后調節至最高位置，再返向調節至設計位置，停頓1 s，回到最低位置為1個循環，一般進行3 000次的調節疲勞測試。試驗后，檢查高度調節器的功能及手柄操作力等。

2.10 座椅地圖袋

座椅地圖袋一般位于座椅靠背后，呈口袋狀，用于裝地圖、書籍或較薄的文件等，是一種既方便又人性化的設計，其耐久測試主要分為連續載荷耐久和固定載荷耐久。

連續載荷耐久主要是沿水平向后方向對地圖袋施加0～50 N的載荷，頻率為30次/min，進行3 000次循環，試驗后，地圖袋不得破壞，且變形不得大于20 mm；固定載荷耐久則是對地圖袋施加垂直方向30 N的固定載荷，持續72 h后，檢查地圖袋的狀況和破壞程度。

3 結論

汽車座椅在滿足國內外法規（如：ECE、EEC、GB及FMVSS等）對座椅和頭枕的安全性要求之外，還有更多的內容是要評價其使用可靠性和駕乘舒適度，保證實際使用中各部件功能的正常發揮。

文章結合經驗，對座椅總成關鍵部件的主要可靠性評價方法進行了總結和概括，涉及到振動耐久、操作耐久、磨損耐久及疲勞耐久等方面，通過對相關標準和測試方法的研究和總結，希望能夠為座椅總成的優化設計提供參考，并能夠對座椅總成的舒適可靠性評價提供指導，同時也完善了目前座椅部件測試評價方面要求不全面的現狀。期待今后生產越來越好、越來越科學的座椅產品，給駕乘人員帶來更大的安全保障和舒適體驗。