汽車座椅靠背耐久試驗裝置開發與研究

魏 曾 喻 攀 賀啟才 熊 豐 檀廷軍

近些年來，隨著我國汽車行業飛速發展，汽車安全越來越受到人們的關注。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，其可靠性和強度必須得到保證。因此，對汽車座椅的性能進行檢測和試驗是非常必要的。

在汽車行駛過程中，由于路面不平導致車體產生的隨機振動會通過輪胎/懸架等部件傳遞到座椅；同時，汽車在起步、加速、急轉彎、制動等復雜工況下，慣性力的存在也會使座椅受到較大的沖擊載荷，因而座椅的受載是一個非常復雜的過程。考慮到在實際試驗過程中比較難以模擬如此復雜的受載工況，相關研究人員將各種復雜工況通過一定方法折算為等效的靜態載荷，并以此作為評定汽車座椅承載性能的標準。

本文在參考GB 15083-2006《汽車座椅/座椅固定裝置及頭枕強度要求和試驗方法》的基礎上，設計了一種汽車座椅靠背強度性能試驗裝置，重點對加載機構的加載點和加載角度進行了設計，實現了模擬50%男性假人背部的H點機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構的可靠性就顯得尤為重要。

1.1 實際使用過程中的座椅受力分析

乘員在座椅中，有很多動作會對靠背產生不同方向的作用力，如上車、伸手拉安全帶、調節頭枕高度、將物品放置后排或者從后排拿取物品、調節儀表或者開關置物盒、行駛過程中的加速、轉彎等。

以背部與靠背完全貼合為0°，逆時針方向為“-”，順時針方向為“+”。我們通過實際試驗測量并參考相關標準，創建了幾種工況受力圖。

(1)以主駕為例，其上車過程中，背部與座椅靠背角為-45°，座椅受力方向為0°，見圖1。

(2)以主駕為例，伸手拉安全帶過程中，其背部與座椅靠背角為-20°，座椅受力方向為0°；

調節頭枕高度及汽車加速過程中，背部與座椅靠背角為0°，座椅受力方向為0°，見圖2。

(3)以主駕為例，將物品放置后排或者從后排拿取物品時，背部與座椅靠背角為45°，座椅受力方向為0°；車輛轉彎過程中(以左轉為例)，背部與座椅靠背角為0°，座椅受力方向為45°，見圖3。

1.2 試驗方法的制定

為盡可能地接近、復制座椅使用中乘員對靠背施加的力，參考GB 15083-2006規定，在不同工況下的極限載荷、加載速率以及加載方向見表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 試驗裝置總體架構圖

1.3 試驗結果分析

試驗前后，座椅各部件是否有破損、松動或開裂，如調角機構、靠背框架、皮革或織物、發泡、螺栓螺母等；并對噪聲進行主觀評估及記錄；記錄靠背角度變化量；記錄靠背調節速度變化量(電動調節座椅)；記錄調角器操作力變化量(手動調節座椅)。

2 試驗裝置總體架構

試驗中，主要通過加載裝置，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。整個試驗裝置的總體架構圖如圖4所示。試驗裝置(系統)的機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、調節裝置(方向及加載力大小)、靜力加載機構；靜力加載機構主要是通過電缸來實現的，并在規定時間內保持力的大小；傳感器則用于實時獲取加載裝置的角速度和加速度信息等。整個試驗過程全自動化，大大提高了試驗效率以及試驗的準確性。

2.1 試驗加載機構設計

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

加載裝置設計，充分考慮了汽車座椅靠背在受力過程中的位置變化，能夠以相對于靠背平面垂直方向可改變±45°的角度施加力，且H點機器角度也可相對于靠背平面改變±45°角度并加載力。

3試驗方法設計

在進行汽車座椅靠背耐久試驗之前，通常需要考慮試驗方法的可行性以及試驗結果的準確性。因此，對于試驗方法的設計同樣尤為重要。試驗中具體加載參數如表1所示。

試驗過程中，基于Labview設計的上位機軟件，通過采集系統實時記錄傳感器獲取的相關試驗數據，包括執行機構氣缸和H點機器運動的角度、角加速度等信息。

4 結果分析

在整個試驗過程中，所設計的座椅靠背耐久試驗裝置和樣件座椅均未出現任何故障。試驗完成后，對樣件座椅進行了特性分析，包括座椅的間隙、角度變化以及噪聲主觀評價等項目，結果均滿足標準要求。

表1

5 結論

本文在參考汽車座椅相關試驗標準的基礎上，設計了一種汽車座椅靠背強度性能試驗裝置，主要設計了座椅靠背的加載機構和試驗方法。該裝置能夠準確地以50%男性假背在座椅靠背上施加不同的載荷，從而達到模擬座椅實際使用中各種工況的目的；這對于協助車企提高汽車座椅靠背的舒適性和強度具有重要意義。整個試驗裝置(系統)結構簡單、容易操作、實用性強。T

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