汽車座椅的可靠性測試方法

摘要：汽車座椅是一項重要的車輛結構部件，它在應對車輛意外撞擊危險事件處理的過程中承擔著車輛乘員的生命及安全保障，是盡可能降低車輛傷害風險的特殊功能部件。結合行業測試設計經驗，針對汽車座椅系統總體組成體系中，各種關鍵性能部件耐久性的、舒適可靠性的評估設計方式等做出了全面分類及匯總，包括振動噪聲耐久性、疲勞強度耐久性、操作疲勞耐久性和磨損強度耐久性等主要評估設計方式，為座椅系統各個關鍵功能、部件性能的進一步優化評估設計方法提供了科學依據，也為汽車座椅系統總成設計的主要舒適與安全性的評估設計方式提供了指南。

關鍵詞：車輛座椅;舒適度;安全可靠;耐用試驗

中圖分類號：U463投稿日期：2022-06-12

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.08.026

1前言

汽車座椅作為最重要和主要的被動安全部分，不但要支撐著乘員，還要保護乘員，預防在撞擊事件發生時對乘員造成嚴重傷害，因此，世界各國都通過法律手段對座椅的安全性進行強制性認證以及強制測試的方法加以監督，如歐盟EEC、ECE以及美國FMVSS和我國GB等法律都規定對汽車座椅安全性能測試需要通過動態和靜態相結合試驗的方法，在撞擊事件中對乘員防護的有效性做出了強制性評估和規定。而對于座椅的舒適性和可靠性評估，各國法律目前都沒有強制性法律規定，但卻因為它所涉及的重要零件較多，包括頭枕、靠背、底部滑槽、坐墊、調角器、扶手，以及腰托和功能調整裝置等，因而無法做到國家或者行業統一的標準要求。本文主要是根據座椅的構造組成，對不同部件的安全性評估方式和檢測指標加以分析與匯總。

2主要測試項目

功能耐久性試驗項目：座位進出持久性、座位凸點蠕動持久性、頭枕調節壽命試驗;座位骨架總成耐久性、座位高度調節器持久性、座位縱向調整（滑軌）耐久性試驗;向前折疊座椅扶手耐久性試驗;座位靠背調整持久性、座位振動持久性、座位靠背調整持久性、斜倚/后背折疊座位長壽模擬人體進出耐久性試驗。

功能操控性試驗項目：極限溫度以下座位的操作試驗;汽車座位軌道特性試驗;頭枕向后增加頭枕的移動試驗;椅背調整骨架總成剛性試驗;椅背骨架總成間隙座位靠背的調整功能試驗;坐墊總成縱向調整功能試驗;座位靜態強度試驗;座位扶手強度剛性試驗;座位功能操作特性試驗。

舒適性試驗項目：動態舒適度試驗;座椅系統模態識別壓力分布試驗;座椅系統振動噪音試驗;座椅強度試驗。

法規性測試項目：安全帶固定點性試驗;座椅系統剛度試驗;座椅靠背及其調整安裝的強度試驗;座椅靠背吸能式性試驗;前座椅及行李沖擊頭枕吸能式性試驗;前側氣囊的靜態展開度試驗。

座椅材質、環保及化學測試：材質特性測試（形狀、大小、觀感、色差、光澤、密度、燃燒特點、吸濕率、維卡耐熱、熱變形溫度、伸縮、扭曲、霧化效果）安全性和條件耐久性能（耐溫度、耐水、抗濕性、耐化學介質、耐振動、耐撞擊、耐疲勞、耐劃痕、耐鹽霧、耐照明、耐綜合老化特性）禁限用物質測試（ELV禁限用物質、阻燃劑、鄰苯增塑劑、多環芳香烴、石棉、SVHC）揮發性有機物VOCs（氣味、總碳揮發、苯、甲苯、二甲苯等單個揮發性有機物醛酮類化合物車內空氣、車內空氣）甲。

試驗系統及設備：

a.機器人試驗系統;

b.半消聲室+5T電磁振動試驗系統;

c.步入式環境箱;

d.四綜合振動試驗系統;

e.點爆試驗系統;

f.三坐標、體壓分布墊和SAE標準假人;

g.座椅顛簸試驗臺;

h.座椅多功能耐久試驗臺;

i.座椅翻轉折疊試驗臺;

j.氣動綜合試驗臺;

k.座椅高度調節器試驗臺;

L.環境可靠性試驗設備;

m.座椅材料及化學試驗設備。

3汽車座椅總成件可靠性能評估辦法

汽車座椅是車輛部件的主要部件，起到乘坐舒適安全的效果，與乘員的乘坐及司機的操控感受相關。通常我們說的汽車總成件的安全可靠性能評估主要包括：模擬人員進出車輛乘坐座椅的測試;車輛顛簸蟠動時的耐久試驗以及車輛振動特性試驗等。

3.1模擬人員進出車輛乘坐座椅的測試

模擬人員進出車輛乘坐座椅的測試方式是通過模擬人模型來回多次進出座椅，感受座椅的舒適度以及座椅面料等損耗程度，同時感受模擬人模型在車廂內部的空間壓力以及駕駛感覺。

測試成型后使用的座椅面套絕對不可以輕易開裂、結露團、脫散和漏底，不可以破損，以及縫線不可以折斷等。

由于車輛座椅的位置不同以及不同車輛的內部空間不同，實際乘員進出車輛時候的行動軌跡也會不同，所以需要選擇三種不同規格的車輛進行多人次仿真測試，才能更好地測試座椅安全可靠性。

3.2車輛顛簸蟠動時的耐久試驗

車輛顛簸蟠動時的耐久試驗主要是測試座椅的安，全可靠性，是通過車輛在行駛過程中模擬人型在座椅上左右前后擺動對座椅產生的摩擦力及振動，從而來測算座椅的安全性。把這種運動適應性測試方式組合起來，綜合評價對汽車坐墊工程師而言的確是一門相當苛刻嚴肅的專業考試項目，但卻對考察坐墊技術在各種實際行駛情況下的工程應用與可靠性程度非常有效。至于汽車靠背，有在正常行駛環境中產生強烈左右振動影響和受到人體后背壓迫影響的兩種使用工況。試驗完成時，將模擬人型按照座椅上的狀態安裝在相同顛簸幅度運動試驗機平臺上，通過手動調節振動模型并使模型的狀態和車輛上狀態一樣，按試驗循環重復多次振動實驗，已達到測試效果。顛簸幅度試驗機（峰至峰）技術參數為30mm。測試完后，試件上應記錄無其他異常振動情況，座椅骨架無斷裂，座椅填充物無明顯變化，內襯和襯墊件無明顯損壞，波動的頻幅保持在額定區間范圍內（一般要求+15 mm）即可[2]。

3.3車輛振動特性試驗

振動測試一般分為振動耐久、隨機振動特性和頻響特性等，能夠比較直觀地判斷座椅的抗振動耐久性，而且根據座椅的頻響特性還可以體現座椅對車輛路面振動的屏蔽作用，從而有效地體現座椅的乘車舒適性。振動測試是預先給座椅設定持續振動的環境，并在座椅上安裝人體模型，然后對座椅進行振動測試，隨著振動的幅度不同來測試乘員乘坐時候的舒適度，從而評價座椅的振動性能。試驗通過對車輛在實際行駛中的隨機振動頻率加以控制，進而研究乘車舒適度以及座椅的各種特性;在測試中會把人體模型固定到座椅上，隨著車輛的振動激發座椅上人體模型相應的振動，從而測試座椅共振頻率以及振動衰減度數據，來判斷座椅多振動的響應能力。

4座椅其他部件可靠性評價

4.1座椅的頭枕

對座位的靠背總成和夾具定位，將座位頭枕以較低高度為起始高度，使之由最低點定位移到最高點定位，最后再移回最低點定位，上述動作是一個循環步驟，根據有關規范規定，一般完成5 000的循環測試，試驗后必須能夠維持在可調水平。

至于帶有反折能力的座椅頭枕，考察了其反折能力穩定性。把頭枕從對折部位移到最上面部位，接著放開頭枕，讓其自由回到原位，等待5s后，再重復以上動作，來回測試10 000次，從而可以判斷出頭枕的基本功能。

4.2座椅的骨架

汽車座椅的核心部件就是座椅骨架，骨架的強度也是座椅的主要支撐需求，本身的安全性又是座椅的使用壽命和座椅是否乘坐舒適度的測試基礎。一般對座椅前后振動耐久性以及左右負載的測試是對座椅骨架可靠性的測試標準。

將椅子骨船總成安裝于測試平臺上，在靠背頂端的適當位置，以H點作為負荷主軸，并施以一次由水平向后和垂直于椅子軀干軸線向的試驗壓力，重量通常為0～1kN，試驗次數通常為15～30次/min為宜，通常每周期四萬架測試一次。在測試完成后，椅子骨船總成不可以產生裂紋。還有的企業標準規定對椅子骨船實施左/右后45°方向的交替負荷耐久實驗，模擬乘客靠背在椅子上的摩擦搖晃后骨船所受到的壓力。試驗必須使用專業的夾具進行實施，確定負載應力的作用角度為45°。試驗結束，計算骨船的應變量，檢測異響和裂紋。

把坐墊骨架調節至設定基準高度后，對坐墊與靠背骨架二端交替施以相應的負荷（力或力矩），負荷作用曲線可以重疊或有相應的長度，最大負荷次數為15-30次/min，一般重復4萬次。通過測試后，座椅骨架不能有任何斷裂和損壞。

4.3座椅的調角器

汽車座椅上的調角器，是座椅用來調節靠背高度的設備。通常由座椅背連接板、連接片、控制件、腳輪或控制手柄和回復減震彈簧等部件構成。根據不同規格的座椅一般還會有手柄控制和旋鈕操縱，普通電動座椅通常采用手動控制。

將模擬靠背骨架組件安裝在設計的鋼性模擬器上，開始調節座椅的空間位置，從最前端位置到最后端位置，依次調試測試，最后再循環進行，每次調節時都要進行格擋與解鎖的操作，共進行了10 000次循環，調角器也必須符合此性能要求，并考核調角器的間隙數變動與調節扭矩變動的情況。

利用旋鈕調節靠背從左到右，在每個節點處滯留的時間3s，調節速率約為1個來回/min。對于旋鈕型調角器的安全可靠性，也可按模擬手柄式的動作流程加以評估，并規范了各種的動作步驟。經過測試后，比較測試前的調節力矩與功能變化。

4.4座椅的滑軌

煙道是汽車座椅上調節坐墊前后移動的組件，安全性測試包括煙道調節耐久和交變載荷的耐久性試驗。

將滑槽放置于座位上（或模擬實際座位的裝配夾具），定位滑軌下裝配孔，在座位上施以適當負荷（75～100 kg），隨后調節滑軌至結束部位，一般按照5～10次/min，依照以下程序循環測試數次：a.在結束部位將滑軌解鎖;b.往前滑行至最前部位鎖止;c.在最前部位將解鎖;d.從最前部位下滑至結束部位并鎖止。通常的測試都是在常溫下，特殊情況還要求在-20℃、-40℃、80℃的各種高溫情況下分別進行循環耐久測試，按各種情況間隔了相應時間。經過測試后，煙管道操作條件良好，但不能產生零件的變化和異常聲音。

滑軌在最后部分被鎖定，在剛性的模擬靠背骨架上相對于H點以約15～30次/min的速率，按下列順序重復進行約15000萬架次的規定頻次：a.前進負載至指定值，后卸載至0;b.先向后負載至指定值，再卸載至零。測試后，滑軌必須運行正常，并無機械損壞和強烈變化。

4.5座椅的靠背

使用一個假背模塊或加載模塊，通過對座椅靠背施加相應的重負荷，試驗中通過氣動或液壓來實現，也可將座椅靠背放置于振動平臺上，或使用配重載荷實現。負載為10-70kg，頻率和負載時間遵守標準。測試后，靠背不能發生損壞或嚴重損傷。

對于靠背調整耐久測試的規則，一般都由某個規則視角部位調至另一種視角部位，在單一或眾多規則視角休息后，回至最初設置，再進行下一次循環。規則視角可能是在座位設計的前或向后10°～20°之間，也可能是在座位靠背鎖止機構上的某個擋位，也可能是在座位靠背的最前端和最后端。通常還可以使用鎖止結構的自動回收系統。但根據不同的座位和位次，耐久回收系統的作用也不盡相同。

4.6座椅的腰托

測試腰托時可以把有腰部支撐結構的座椅固定到試驗臺上，再加上人體模型固定到座椅上，根據行車中的振動及擠壓程度，設定合理的往復動作，重復施壓到人體模型與腰托上，通常要重復5 000次以上才能測算出耐久性。對于一些電動機構座椅腰托來講，需要在通電情況下達到極限位置至少保持3s以上，從而測試其安全性，同時還需要對腰托的手柄以及調節功能等進行重復測試。

4.7座椅的扶手

車輛座位的扶手，一般用于幫助駕乘人士的雙手和擺放水杯等小件或常見物體，在實際應用中操作十分繁瑣，所以扶手的安全性一般以操作耐久性和加載安全性來評價。

固定座椅的總成部件，按照扶手使用習慣開始測試開啟關閉，重復至少10 000次以上動作，確保每次開啟關閉都能做到鎖好和順利開啟，再就是自動扶手或者其他使用空間的扶手系統，需要按照常規使用動作進行不低于萬次的試驗，進而測試扶手的耐久性。

此項實驗還需要模擬車輛的扶手在正常操作情況下，駕乘人手臂對扶手的長時間壓迫后的承載能力。將座椅的總成固定好，扶手保持正常工作狀態，并通過人體模型對扶手施加常規動作壓力，并循環操作，如50～150 N，并完成了萬次以上的耐久性測試。測試后還需考核扶手是否有變形情況以及操縱力矩和控制能力等是否有變化[3]。

4.8座椅的高度調節器

一般的司機座椅均帶有高度調整功能，通常包括機械式的自動調節或電動式調整，司機根據自我身高調節合適的座椅位置以方便駕駛。

測試時，需要在座椅坐墊上固定適應重量的人體模型，再根據不同身高的模型調節合適的高度位置。一般會從最低位置調節到最高位置，停止一次，再重復從最高位置調節到最低位置，作為一個循環，通常需要至少3 000次的測試數據。

測試后，再檢查座椅的高度調整裝器的功能和手柄操縱能力是否有磨損和損耗，進而判斷其耐久性。

4.9座椅的文件袋

座椅的文件袋通常設在前排座位的靠后面，呈袋形，主要用來裝載資料、地圖或者書本以及文檔等，是一個簡單人性化的設計模塊，主要是測試文件袋的耐久性和負載性。

連續負荷耐久試驗主要是由水平向后方向給文件袋施以0～50 N 的壓力，試驗次數約為30 次/min，共進行至少3 000多次循環，經過試驗后，文件袋不能破壞，但變形面積不能超過20 mm;固定負荷耐久法則是對文件袋施以垂直移動約30N的穩定負荷，在連續72h后，可以檢測文件袋的狀態與損壞情況。

5結語

現代汽車座椅設計除了符合國外規范（如ECE、EEC、GB及 FMVSS等）中有關坐墊和頭枕的安全規定以外，還要評價其工作穩定性和駕乘舒適性，以確保在實際應用時對各部分作用的有效實現。因此本文根據實踐情況，對座椅總成關鍵部分的主要耐久性評估指標予以了匯總和歸納，包括振動﹑操縱﹑磨損和疲勞耐久性等主要方面，經過對有關規范內容和方法的深人探討與匯總，期望既可以對座椅總成的優化選擇提出依據，也可以對座椅整體總成的安全耐久性評估提供幫助，同時還解決了目前對汽車座椅部件測試評定工作方面要求不夠充分的問題。希望今后生產更加好、更加科學的座椅產品，為駕乘人士提供更多的安全保護與愉悅感受。

參考文獻：

[1]蘇東，王金娥，汽車座椅電動滑軌的振動信號分析與特征提取[J].噪聲與振動控制，2021（3）：55-59.

[2]崔志磊，蘇東，王金娥.汽車座椅電動滑軌舒適性測試系統的研究[J].蘇州市職業大學學報，2019（4）：15-17.

[3]魏曾，喻攀，賀啟才，等.汽車座椅靠背耐久試驗裝置開發與研究[J].商用汽車，2021（11）： 107-108.

作者簡介：

王瓊，男，1971年生，工程師，研究方向為汽車座椅技術研發。