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

隨著我國汽車行業的飛速發展，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，其可靠性和強度性能必須得到保證。因此，對汽車座椅的性能進行檢測和試驗是非常有必要的。汽車在實際行駛過程中，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，與此同時，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?？紤]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，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

作為乘員在座椅的實際使用中有很多動作都會對靠背產生不同方向上的作用力，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“+”，通過我們實際試驗測量及相關標準參考，上車過程中(以主駕為例)，背部與座椅靠背角為-45°，座椅受力方向為0°，見圖1；伸手拉安全帶過程中(以主駕為例)，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；將物品放置后排或者從后排拿取物品時(以主駕為例），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。

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°

1.2 試驗方法的制定

為盡可能接近地復制使用中遇到的情況對靠背施加力，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》，規定不同工況下的極限載荷、加載速率以及加載方向見表1。

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

試驗主要通過加載裝置在不同的加載方向和不同的加載力的條件下，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。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和調節裝置方向及加載力大小的靜力加載機構，靜力加載機構主要是通過電缸來實現，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。

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的施加一定的載荷來完成此次座椅靠背耐久試驗。

加載裝置的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點機器角度也可以相對于靠背平面改變±45°的角度并加載力。

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。試驗具體加載參數如表1所示。

圖4 試驗裝置總體架構圖

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試驗相關數據，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。

5 結論

本文在參考了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，主要對座椅靠背的加載機構和試驗方法進行了設計，該裝置能夠準確的以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的各種工況的目的。對于協助車企提高汽車座椅靠背強度性能具有重要意義。整個試驗裝置系統結構簡單、容易操作、實用性強。

表1 試驗參數