汽車兒童座椅分類及其裝置優(yōu)化設計

張程

（宜賓凱翼汽車有限公司汽車研究院）

兒童安全座椅專為不同體重或年齡段的兒童設計，讓兒童于規(guī)范乘坐于車內，有利用提高兒童乘車安全。當汽車發(fā)生事故時，減少車體對兒童的沖壓力、限制兒童身體移動，保護兒童的安全。座椅ISOFIX（International Standards Organization Fix：國際標準固定點系統(tǒng)）固定兒童座椅的標準系統(tǒng)，已進行接口標準化設計，為兒童座椅提供標準的安裝方式，并能快速安裝和拆卸。兒童安全座椅（Child Restraining System，簡稱CRS），它在汽車的座椅上使用兒童座椅ISOFIX固定，為兒童提供座位。實現(xiàn)CRS廣泛通用使用，乘用車的設計必須滿足GB 14166—2013、GB 15083—2019和GB 14167—2013對座椅、安全帶、ISOFIX固定點的法規(guī)要求。

1 兒童座椅安裝及ISOFIX設計

兒童安全座椅CRS，其安裝時將下端ISOFIX固定座椅下端，上固定點固定于上車身，安裝示意圖如圖1所示。

圖1 兒童座椅固定示意圖

為了提升汽車內飾精致工藝性，兒童座椅下固定點通常采用隱藏式設計，如圖2所示，使座椅坐墊的面套外觀更加精致優(yōu)良。

圖2 兒童座椅下固定點隱藏式設計

ISOFIX系統(tǒng)安裝CRS的優(yōu)點：1）圖標位置清晰，未露出可視金屬桿；2）白色圖標與黑色背景的顏色易發(fā)現(xiàn)；3）ISOFIX下固定點與座椅靠背泡沫被塑料件裝飾，不發(fā)生異響質量問題；4）打開塑料蓋，ISOFIX鎖扣進行插入，裝配準確，不刮傷皮套。

2 兒童座椅系統(tǒng)分類

依據(jù)歐洲法規(guī)ECE R44.03和美國法規(guī)FMVSS 225相關規(guī)定，我國將兒童的體重和年齡段限制系統(tǒng)分為5個組，如表1所示。

其中0組與0+組規(guī)定的體重較相近，實際劃分兒童座椅的時候為一組。對于市場實際的兒童座椅，可以分為4類：第1類為0與0+組；第2類為Ⅰ組；第3類為Ⅱ組；第4類為Ⅲ組。

2.1 提籃式兒童座椅系統(tǒng)

提籃式兒童座椅適用于0與0+組所規(guī)定的兒童，其型式如圖3所示。提籃式可放置于前排或后排座椅，放在后排比放在前排更為安全。后朝向的嬰兒座椅，會比前朝向的兒童座椅能更好的保護嬰兒的頭、脖子和頸椎。因此嬰兒的體重未超過座椅的體重限制或嬰兒坐在座椅上頭部高出座椅背的高度以前，使用提籃式座椅可有效保護駕乘安全。

圖3 提籃式兒童座椅系統(tǒng)

2.2 前向兒童座椅系統(tǒng)

前向兒童座椅適用于Ⅰ組規(guī)定的兒童，其型式如圖4所示。此類座椅通常放置后排座椅上，同樣I組兒童的體重未超過座椅的體重限制或坐在座椅上頭部未高出兒童座椅背的高度，保持使用此類座椅。

圖4 前向兒童座椅系統(tǒng)

2.3 輔助軟墊兒童座椅

輔助軟墊兒童座椅適用于Ⅱ組規(guī)定的兒童，其型式如圖5所示。輔助軟墊兒童座椅包裹性好，4～6歲兒童乘坐時可以完全包裹身體，對兒童起到非常好的安全保護。

圖5 輔助軟墊兒童座椅

2.4 增高墊兒童座椅

增高墊座椅適用于Ⅲ組規(guī)定的兒童，其型式如圖6所示。增高墊兒童座椅布置安裝于后排座椅上。該類兒童座椅用車上成年安全帶將兒童跟座椅一起固定在座椅上。

圖6 增高墊兒童座椅

3 兒童座椅固定裝置優(yōu)化設計

汽車ISOFIX系統(tǒng)裝置是安裝兒童座椅的一個標準系統(tǒng)，在汽車坐墊下端有座椅2個剛性固定點，座椅靠背上端有上固定點，共同組成了限制兒童座椅系統(tǒng)翻轉的裝置[1]。

ISOFIX系統(tǒng)的標準化設計優(yōu)點：兒童座椅安裝方式統(tǒng)一，同一款兒童座椅可安裝于不同類別的乘用車；安裝方式簡單并便利，符合大眾人群的使用習慣；兒童座椅與車身形成剛性整體，避免了兒童座椅安裝松動的風險，提高了兒童座椅的動態(tài)性能強度。

3.1 ISOFIX下部固定點設計和布置要求

ISOFIX系統(tǒng)下固定點采用2個同軸心、直徑為（6±0.1）mm的圓心鋼管[2]，有效使用最小有效長度為25 mm，鋼管中心到人體布置H點的水平距離不小于120 mm，如圖7所示。

圖7 ISOFIX下部固定點設計和布置

ISOFIX系統(tǒng)下部固定點組件，采用與車身地板的焊接工藝，工藝牢靠，其在車身總成上滿足表2尺寸要求。

表2 兒童座椅下部固定點尺寸要求

3.2 Gabarit(樣板)校核

兒童座椅處于校核位置，Buckle（安全帶扣）低于Gabarit模塊外端邊緣，模型更加整車人機工程布置貼合座椅表皮固定，除去坐墊泡沫的壓陷影響，織帶拉出長度（250±50）mm[3]，如圖8所示。3D數(shù)模模型中放置模塊與實際兒童座椅放置有一點誤差，實際調整以真實座椅安裝為準。Buckle高于Gabarit模板的座椅安全帶通過點，會造成安全帶不能很好貼合兒童座椅。

圖8 Buckle高于Gabarit模板圖

為了有效安全地使用兒童座椅，安全帶Buckle必須滿足低于Gabarit模塊邊緣，布置圖如圖9所示。兒童座椅模型按照整車人機布置要求固定后，安全帶通過3點式穿戴方式通過Gabarit模塊，其織帶拉出長度≥150 mm。Buckle帶扣上測量中心尺寸布置必須滿足設計規(guī)范：A=（45±10）mm、B=（60±10）mm，同時根據(jù)安全帶織帶拉出長度要求不少于3 100 mm。

圖9 Buckle布置要求

3.3 ISOFIX試驗分析

汽車ISOFIX系統(tǒng)的固定點靜態(tài)強度通過臺架試驗，測試設備施加力沿車輛縱向向前，力與模擬兒童座椅模型與水平面成（10±5）°的方向，施加（8±0.25）kN的靜態(tài)拉力[4]，如圖10所示。兒童座椅模型和上拉帶的固定點的位置，對其預施加50 N的預加載力；試驗在水平方向上對座椅總成部件20倍質量的預載荷。

圖10 ISOFIX固定點靜態(tài)強度測試

結合現(xiàn)代汽車的CAE仿真技術，座椅ISOFIX可虛擬設計和結構仿真，根據(jù)分析零部件鋼件強度情況對ISOFIX系統(tǒng)進行了結構參數(shù)調整與參數(shù)優(yōu)化[5]，避免后期試驗失效引起重新實驗驗證的重復過程。

4 結論

兒童的安全心系全家人的身心安全，對兒童的安全保障也成為全社會應盡的重任。ISOFIX系統(tǒng)設計必須滿足國家強制法規(guī)要求，讓汽車安全文明發(fā)展。ISOFIX系統(tǒng)方便和簡單的操作，有效地避免誤用，并且能快速切換后排乘坐模式。汽車制造廠已規(guī)范ISOFIX系統(tǒng)下部固定點設計和布置要求，并制定統(tǒng)一的行業(yè)標準，結合CAE分析，實車進行實物驗證，通過規(guī)范的設計驗證體系必能讓兒童座椅更廣泛使用，汽車產(chǎn)品更加有市場競爭力。