汽車座椅、頭枕性能試驗臺的研制

張偉

(重慶電子工程職業學院，重慶 401331)

0 引言

汽車座椅、頭枕屬于汽車零部件中的輔助部分。汽車座椅頭枕的好壞，不僅影響駕乘人員的舒適性，也是汽車安全性中重要的配置，是駕駛安全的重要屏障。對于座椅、頭枕安全性、舒適性的研究伴隨著汽車的研究從未間斷，但國內對于汽車座椅、頭枕的試驗標準與試驗臺的研制與國外還有較大差距。最新的國內標準基本是沿用歐洲經濟委員會(ECE)的汽車標準法規。但是國內嚴格按照該標準制造的試驗臺并不是太成熟。文中討論的汽車座椅、頭枕性能試驗臺是嚴格按照ECE標準和原理研制的汽車頭枕座椅性能試驗臺，已經成功地應用于某汽車零部件制造企業。

1 汽車座椅、頭枕試驗標準解讀

1.1 頭枕性能試驗

汽車座椅作為3C法規件，不但保證乘員乘坐的舒適性，而且在乘員的安全保護方面也起著至關重要的作用[1]。頭枕性能試驗主要是在座椅靠背承受一個預加力矩的情況下，檢測頭枕在規定力作用下的位移情況，以此來判斷頭枕質量是否合格。試驗標準內容如下：如圖1所示，通過一個模擬人體模型背的部件，將相對R點產生向后373 N·m力矩的力，沿縱向向后施加到座椅靠背的上部；然后在頭枕頂部向下65 mm 處，通過直徑為165 mm的頭型，施加一個初始負荷，其相對于R點的力矩為373 N·m,通過檢測加載前、后頭枕的位移來判定頭枕的性能。頭型的最大允許后移量應小于102 mm。如果頭枕或座椅靠背未出現損壞，則負荷可增加到890 N，以檢查頭枕的性能。該試驗標準摘自歐洲經濟委員會(ECE)汽車標準法規中文譯本“關于車輛座椅、座椅固定裝置及頭枕認證的統一規定”。

圖1 頭枕性能加載示意圖[2]

1.2 座椅靠背及其調節裝置的強度試驗

座椅靠背及其調節裝置的強度試驗主要驗證汽車在靜止狀態下，按照規定載荷試驗后，座椅骨架、座椅固定裝置、調節裝置、位移裝置或其鎖止裝置是否失效。試驗標準內容如下：通過一個模擬的人體模型背的部件，將相對R點產生530 N·m力矩的力，沿縱向向后施加到座椅靠背的上部。對于長條座椅，如果骨架部分或全部(包括頭枕部分)為一個以上座位共用，則應對這些座位同時進行試驗。觀察靠背是否損壞，其調節裝置是否失效。

2 試驗臺的關鍵技術分析

2.1 R點的查找

根據試驗標準，R點能否準確地查找成為能否準確完成試驗過程的關鍵第一步。R點或“乘坐基準點”，是指由車輛制造廠為每一乘坐位置規定的設計點，與按照規定安放在車輛座椅中的3-D H裝置的軀干與大腿的鉸接中心理論上重合，如圖2所示。

圖2 3-D H裝置構件名稱

試驗時該裝置按要求放在座椅上，圖中H點支軸理論上與座椅的R點重合。將一臺紅外線發射裝置放在座椅的一側，讓紅外線光斑對準3-D H裝置的H點標記，將紅外線發射裝置固定。去掉3-D H裝置，讓試驗設備的R點與紅外線光斑對準，至此，座椅上的R點被找到。

2.2 預加力矩的施加

不管是頭枕性能試驗還是座椅靠背及其調節裝置的強度試驗，在試驗過程中都有一個預加力矩的要求，這個力矩是針對R點的，這就要求在機構的設計上要時刻保持該作用力的方向與作用點和R點的連線夾角不變。并且這個力是通過模擬靠背來施加的，模擬靠背制作得準確與否也與施加力的大小和方向密切相關。

假背加載裝置構成直角三角形△ADB與三角形△ABC。三角形各邊的長度已經在制造裝配過程中固定。加載時，件7固定，其上點B(和座椅R點重合)也固定，彎柱1由推桿3推動使其繞點B旋轉，固聯其上的兩個三角形也繞點B旋轉，在AC邊上裝有力傳感器，其力作用線與R點的距離為L，即為加載力的力臂，由于三角形各邊長已經確定，邊AC與AB的夾角E即可求出，AB長度又已知，故L的長度可以計算出。加載力由力傳感器讀出，這樣通過控制加載力即可確定繞R點后翻力矩(見圖3和圖4)。

圖3 假背加載結構圖

圖4 假背加載幾何圖

3 試驗臺的機械結構

試驗臺總體結構如圖5所示。

圖5 試驗臺總體結構圖

試驗時，通過X軸、Y軸、Z軸來調節設備上的R點，使之和座椅上的“R”點重合。重合后，R點保持不動，假背模型繞著R點在R軸電機的作用下對座椅進行預加載，模擬車輛發生撞擊時人體后背對座椅的沖擊力。半球模型在U軸電機的作用下對頭枕作直線加載，模擬人的頭部對座椅頭枕的沖擊力。試驗中，力的大小通過力傳感器直接讀出，力矩值通過力值與力臂計算得出。

4 試驗臺的電氣架構

試驗臺為分體式結構，包括控制柜、電氣柜以及試驗臺架三大部分，強電控制元件主要布局在電氣柜內，弱電采集元件主要布局在控制柜內。強電元件和弱電元件嚴格分開布局、分開走線。工控機及顯示器安裝于控制柜的上層機架內。所有試驗控制、信號采集、數據處理、結果分析等通過工控機實現。斷路器、接觸器、繼電器、開關電源等布局在強電區域，整個試驗臺的電源啟停以及急?？刂贫际峭ㄟ^的相關電氣元件組合來完成。各類傳感器、接近開關等都安置在試驗臺架的相應位置上。

5 小結

該試驗臺已經成功投入市場，對于頭枕性能試驗和座椅靠背及其調節裝置的強度試驗兩個試驗項目來說，無論是從原理上還是從實際試驗效果上看都是比較準確的。該試驗臺的成功研制能夠為類似試驗臺的研制提供參考。

參考文獻:

[1]韋江寧,賴玉龍.汽車座椅頭枕強度試驗臺架設計[J].裝備制造技術,2013(3):44-46.

WEI J N,LAI Y L.Automobile Seat Headrest Intensity Test Platform Design[J].Equipment Manufacturing Technology,2013(3):44-46.

[2]車輛座椅、座椅固定裝置及頭枕認證的統一規定(REGULATION No.17)[S].