汽车座椅头枕及靠背静强度试验研究

2014-06-27石俊伟陈俊杰陈英杰

北京汽车 2014年6期

关键词：头枕汽车座椅基准线

石俊伟，陈俊杰，陈英杰

（中国质量认证中心华北部，北京 100070）

汽车座椅头枕及靠背静强度试验研究

石俊伟，陈俊杰，陈英杰

Shi Junwei, Chen Junjie, Chen Yingjie

（中国质量认证中心华北部，北京 100070）

在研究《汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》（GB 15083—2006）的基础上，开发了工程汽车座椅头枕及靠背静态试验平台。通过对国内某企业生产的汽车座椅进行测试，掌握了测试汽车座椅头枕和靠背静强度的试验方法，并且分析了影响汽车座椅靠背和头枕静强度的因素，为企业进行产品改进设计提供了参考。

车辆；座椅；静强度测试；评价

汽车座椅是汽车上重要的被动安全部件，其不但承受着人体质量，同时还承受着车辆起步、加速、制动等重复动作和碰撞事故的冲击。汽车发生碰撞事故时，吸收乘员动能、防止乘员发生“二次碰撞”的核心部件就是座椅靠背及头枕。座椅头枕和座椅靠背可以在碰撞事故中对乘员的颈椎、腰部起到很好的保护作用。如果座椅靠背设计刚度不足，则后排乘员或者货物的惯性力将会击溃前排座椅，使前排座椅乘员受到伤害。如果前排座椅靠背设计刚度过高，后排乘员与其相撞时会受到严重伤害。座椅质量的好坏直接关系到乘员的生命安全，因此，开发一个汽车座椅头枕和靠背静强度测试平台，开展汽车座椅强度测试分析便显得尤为重要。

1 国家标准对汽车座椅头枕和靠背静强度的一般技术要求

《汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》（GB 15083—2006）中5.2和5.4分别用来评价座椅靠背静强度试验和座椅头枕静强度试验。

1）GB15083—2006的座椅靠背静强度试验如下：座椅通过GB11551—2003中附录C规定的假背模型，对座椅靠背沿纵向向后施加相对于座椅R点530N·m力矩的负荷。对于长条座椅，应同时进行试验。

2）GB15083—2006的座椅头枕静强度试验如下：（1）采用H点定位装置，调整试验台靠背加载模板转轴与座椅H点重合；靠背加载模板中线与座椅靠背中线对中。（2）对靠背加载模板加载，相对H点产生向后373 N·m力矩，建立移动后基准线r1。（3）在头枕顶部向下65 mm处，通过直径为165 mm的头型，对头枕施加一个垂直于移动后基准线r1的初始载荷，其相对于H点的力矩为373 N·m。（4）测量切线Y与移动后基准线r1之间的距离X，若X满足标准小于102 mm，则增加该负荷到890 N（EP标准要求1 400 N），除非座椅或座椅靠背提前损坏。汽车头枕静强度加载图见图1。

2 汽车座椅及靠背静强度试验台研制

试验台主要完成汽车座椅靠背静强度试验和汽车头枕静强度试验。结合汽车座椅设计标准，该试验台主要由机械系统、电控系统、控制软件和数据采集系统构成。其中机械系统由主机部分、座椅安装滑台部分和头枕垂直加载部分组成，主要完成座椅的安装及加载控制。电控系统在电气系统和控制软件的控制下实现座椅加载闭环控制，以达到精确加载的目的。数据采集系统主要完成试验数据的采集、存储、显示、回放等功能。试验台总体结构见图2。

试验台系统原理图如图 3所示。工控机通过数据采集卡给电控系统发送控制命令，电控系统接收到信号后，再使加载机构作用在待试验的座椅上。座椅上的传感器将座椅的状态反馈给数据采集卡，传回工控机，工控机通过处理传感器采集的信号实时调整加载力的大小和方向，确保加载的精确性。

汽车座椅头枕及靠背静强度的电控部分主要由上位机、下位机、传感器和控制器等几个主要部件组成。上位机提供人机界面，完成数据处理。上位机与下位机采用IP协议通讯，完成试验数据的上传和试验命令的下载。下位机采用DOS系统高效地完成数据采集，控制参数计算。下位机采用16位数据采集卡，12路模拟量采集，32路开关量采集。控制原理如图4所示。

3 汽车座椅及靠背静强度试验及分析

按照《汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》（GB 15083—2006）中5.2和5.4项分别对国内某企业生产的汽车座椅进行靠背静强度试验和头枕静强度试验，工况照片见图5。

经试验，该座椅靠背的静强度加载到 375.5 N·m时，座椅靠背未发生断裂（图 6）；同时，座椅头枕按照标准要求首先绕 H点加载到 373 N·m时，测量切线Y与移动后基准线r1之间的距离X为83 mm，小于标准要求，继续在头枕上加载至890 N，座椅靠背和头枕均未坏损（图7、图8）。图9是采用最小二乘法拟合出的头枕刚度特性曲线，经过计算，该座椅头枕静刚度为10.7 N/mm。

汽车座椅靠背和头枕的刚度设计是座椅设计里一个非常重要的参数，从上述数据中可以看出，头枕在加载到890 N力的过程中，该座椅线性度较好，保证在达到标准要求的力值的基础上不会有太大的变形。目前，对于汽车座椅失效形式主要有以下几方面：

1）座椅锁止机构失效。锁止机构失效一般是由于滑轨强度不足或者锁止机构不合理。

2）座椅靠背限位机构失效。这种失效形式主要因为调角器等限位机构使得试验不合格。

3）椅脚强度不够。其失效形式主要表现在变形过大，开裂，焊接部位断开以及安装孔撕裂以致螺栓脱出。这主要是由于椅角刚度设计不足，或者是材料厚度设计不合理。