汽车座椅可靠性测试方法

杜天强 杜长江 王培中 田泽洋

（中国汽车技术研究中心）

汽车座椅作为关键和重要的被动安全部件，不仅要承载乘客，而且还在碰撞事故中肩负着保护乘客安全的作用[1]。一直以来世界各国都对座椅采取强制认证或强制试验的方式进行监管，如欧洲EEC、ECE、美国FMVSS及中国GB等各国法规使用动态及静态结合的方式，对座椅在碰撞事故中对乘客保护的效果进行强制评价和要求[2]。对于座椅舒适性和可靠性的评价，各国法规并未强制要求，而由于其涉及到的关键零部件较多，诸如头枕、调角器、滑轨、靠背、座垫、扶手、腰托及高度调节器等，并没有比较统一的测试规范和评价标准。文章将结合座椅的结构组成，对各个部件的可靠性评价方法和测试指标进行分析和总结。

1 座椅总成可靠性评价方法

座椅是汽车上一个重要的减振元件，其乘坐舒适性与驾驶员的操作便利性及乘员的乘坐体验紧密相关。常见的总成可靠性评价主要包括模拟人员进出座椅试验、颠簸蠕动试验[3]、振动特性试验及身体压力分布[4]等。

1.1 模拟人员进出座椅试验

该试验主要使用带面套的三维假人模型对座椅总成进行面料耐磨性测试，模拟人体进出汽车的使用工况，试验后的座椅面套不应出现断裂、结团、脱散和漏底，不允许出现损伤，缝线不允许断裂等。

由于不同整车的空间不同，实际乘客进出车门时的动作轨迹是有差异的，因此不同车型可能规定了不同的三维假人模型运动轨迹，从而更真实地评价使用可靠性。目前，也有一个比较通用的动作轨迹供测试使用，试验时把座椅总成固定在模拟人体进出试验台上，利用一个44.5 kg三维假人模型制造的压头开展试验。试验流程如下：1）压头水平滑入座椅并陷入座垫边翼和靠背边翼各约25 mm，压头旋转30°使压头后部内侧先进入；2）压头继续进入直至压头中心线与座椅中心线对齐；3）压头蠕动使其在座椅内平稳；4）压头陷入座椅直至载荷为445 N；5）压头以30°，445 N载荷蠕动靠背；6）压头以445 N载荷停留在座椅直到一半移出座椅；7）一旦压头一半移出座椅，它就随座垫边翼而滑动。一般要求座椅至少能承受1.5万次模拟人员进出循环，如图1所示。

1.2 颠簸蠕动耐久试验

汽车颠簸蠕动耐久测试是模拟汽车在行驶过程产生一定的上下振动，同时乘客臀部会在座垫上有左右晃动的动作，将这2种运动结合起来评价对座椅来说是比较苛刻和严格的考核，但对座椅在实际情况中的使用可靠性却非常有意义；对于靠背，同样有在行驶中上下振动的同时承受人体后背压力的使用工况。试验时，样品固定在颠簸蠕动试验机上，调整样品使其H点中心线与模拟假臀或假背中心线对齐，按循环次数要求进行振动试验，如表1所示。颠簸幅度（峰至峰）为30 mm。试验后，样件应无异常情况，座椅骨架无裂缝，泡沫无变形，面料和衬垫无破损，H点最大变动在额定范围内（一般要求±15 mm）。颠簸蠕动耐久试验装置，如图2所示。

表1 颠簸蠕动耐久试验测试要求

1.3 振动特性试验

振动试验主要包括振动耐久性、随机振动特性和频响特性等，可以非常直接地评估座椅的耐振可靠性，同时座椅的频响特性能反映座椅对汽车道路振动的屏蔽效果，更好地反映座椅的乘坐舒适感。振动耐久性是给座椅产品一定的持续振动环境，可在座椅上放置带有导向装置的假臀模型，考核座椅经长时间振动耐久后的变化情况；随机振动试验则是力求真实化模拟实际乘坐状况，对乘坐舒适感进行评估[5]，试验一般在6自由度振动台上进行，输入汽车实际运行时的随机振动波形进行控制，进一步分析乘坐舒适性和座椅的各种性能；进行频率响应试验时，将座椅安装在振动台上，将人体假臀模型放到座椅上，给座椅一定的振动激励，从而获得座椅的共振频率、振动传导率及振动衰减率等特性，评价座椅对振动传递的吸收能力，试验曲线，如图3所示。

2 座椅其他部件可靠性评价

2.1 座椅头枕

2.1.1 头枕操作耐久试验

将座椅靠背总成和夹具固定，座椅头枕以最低位置为起始点，将其从最低位置移动到最高位置，然后再移回最低位置，以上操作为1个循环过程，按照相关标准要求，一般进行5 000次的循环试验，试验后必须能够保持在可调位置。

2.1.2 头枕折叠耐久试验

对于具有折叠功能的座椅头枕，考核其折叠功能可靠性。将头枕从折叠位置移动到最上部位置，然后释放头枕，使其回到折叠位置，并保持5 s。按照描述的过程循环试验1万次，检查头枕功能。

2.2 座椅骨架

座椅骨架是座椅的核心，强度的主要承载件，其可靠性也直接决定着座椅的使用寿命和舒适性。座椅骨架可靠性试验主要有前后载荷耐久和横向载荷耐久试验。

2.2.1 骨架前后载荷耐久试验

将座椅骨架总成固定在试验台上，在靠背顶部中心处，以H点为载荷轴线，施加一个水平向后或者垂直于座椅躯干线方向的载荷，载荷一般为0～1 kN，频率为15～30次/min，一般循环4万次。试验结束后，座椅骨架总成不允许出现裂缝。还有相关企业标准要求对座椅骨架进行左/右后45°方向的交替载荷耐久试验，模拟乘客靠背在座椅上左右摩擦晃动时骨架所承受的载荷。试验需要利用专门的夹具辅助进行，保证加载力的作用方向成45°。试验后，测量骨架的变形量，检查异响和裂缝。

2.2.2 骨架横向载荷耐久试验

将座椅骨架调整到设计基准位置，在座椅靠背骨架两侧交替施加一定的载荷（力或力矩），载荷作用线可以重合或者具有一定的距离，载荷频率为15～30次/min，一般循环4万次。试验后，座椅骨架不得出现裂缝或破坏。

2.3 座椅调角器

调角器安装在汽车座椅上，是实现座椅靠背角度调节的装置。该装置一般由椅背联接板、椅座联接板、核心件、手轮或调节手柄及回复弹簧等部分组成。根据功能一般分为手柄操纵和旋钮操纵，电动座椅上为电动调节。

2.3.1 手柄操纵座椅调角器

将模拟靠背骨架总成固定在一个刚性夹具上并调整至第1齿位置，按照“第1齿位置→最后位置→设计位置→最前位置→第1齿位置”的循环过程，每个位置均要有锁止和解锁步骤，完成1万次循环，调角器应该满足功能要求，同时考核调角器的间隙量变化及调节力矩变化等指标。

2.3.2 旋钮操纵座椅调角器

通过旋钮调整靠背到前后止点，在每个止点处停留3 s，调整速度是“1个循环/min”。旋钮式调角器操作可靠性也可按手柄式的动作过程进行评价，规定不同的动作过程。试验后，对比试验前后的调整力矩和功能变化。

2.3.3 电动式座椅调角器

电动式调角器是使用电机代替了手动式的手柄和旋钮，电机带有自锁功能。电动式调角器一般按照手柄式的动作过程，规定了如手柄式的4个特征位置，并规定停留时间，一般需进行1万次操作。试验后，对比试验前后电机电流、电阻、调角器速率及功能变化。

2.4 座椅滑轨

滑轨是座椅总成中改变座椅前后位置的机构，其可靠耐久性评价主要包括滑轨调节耐久和交变载荷强度耐久试验。

2.4.1 滑轨调节耐久试验

将滑轨安装在座椅上（或模拟实际座椅的安装夹具），固定滑轨下安装孔，在座椅上施加一定载荷（75～100kg），然后调整滑轨至最后位置，频率为5～10次/min，按照如下程序循环规定次数：1）在最后位置将滑轨解锁；2）向前滑动至最前位置锁止；3）在最前位置解锁；4）由最前位置滑动至最后位置锁止。除常温之外，通常还需要在-20，-40，80℃等不同温度工况下分别进行循环耐久试验，每种工况间隔一定时间。试验后，滑轨应工作正常，且不应出现零件明显变形和异常响声。

2.4.2 滑轨交变载荷强度耐久试验

滑轨处于最后位置并锁止，在刚性的模拟靠背骨架上相对于H点以15～30次/min的频率，按照以下程序往复运动1.5万次或规定次数：1）向前加载至规定值，卸载至0；2）向后加载至规定值，卸载至0。试验后，滑轨必须工作正常，且无机械损伤和明显变形。

2.5 座椅座垫

2.5.1 座垫疲劳耐久试验

利用一定质量的臀部模块或加载模型，通过气动、液压加载装置或振动台，对座垫施加周期性的连续变化载荷，加载位置可以选择座垫上的任何可能区域，加载频率根据标准要求[6]（高低频均有），开展疲劳耐久试验，如图4所示。试验后，座垫的最大永久变形量需要位于规定范围内，不得出现破坏。

2.5.2 座垫冲击可靠性试验

把座椅水平安装好，利用一个75 kg的额定载荷假臀模块从一定高度（40 mm）落下，对座椅座垫进行跌落试验；或者用一个袋子形状75 kg的重物从40 mm高度落下，冲击点在距离座垫前端100 mm的中间位置。上述过程按照标准要求[7]进行一定次数的循环。试验后，测量座垫的下陷量，检查座垫的破坏和磨损情况。

2.6 座椅靠背

2.6.1 靠背疲劳耐久试验

利用一个假背模型或加载模块，对座椅靠背施加一定的载荷，试验可以采用气压或液压作动缸进行，也可以将座椅靠背安装在振动台上，并施加配重载荷进行，如图5所示。载荷为10～70 kg，频率和加载次数按照标准规定[6]。试验后，靠背不得出现破坏或严重损坏。

2.6.2 靠背调节耐久试验

关于靠背调节耐久试验的规定大致都是从某个规定角度位置调整至另外一个角度位置，1个或多个位置停留后，回至初始位置，完成一个循环。规定角度可以是相对座椅设计位置向前或向后10°或20°，也可以是座椅靠背锁止机构中的一个挡位，还可以是座椅靠背的最前和最后位置。有时候，还会利用到锁止机构的自动返回功能。针对不同形式的座椅（普通座椅、折叠座椅、分体座椅及翻转座椅等），一个耐久循环过程的动作会有所不同。

2.7 座椅腰托

将一个装配有腰部支撑机构的座椅固定在测试平台上，使用75 kg假人模型使腰托承受类似实际的负荷，调节腰托装置进行全行程内的往复动作耐久，通常要进行5 000次全行程操作耐久。对电动机构来说，通常要求在极限位置且电机通电状态下最少持续2 s，以考核其使用可靠性。试验后，对腰托手柄操作力矩、腰托的调节功能、工作噪声及电机的电特性指标进行检查[5]。

2.8 座椅扶手

汽车座椅的扶手主要用来辅助驾乘人员放松手臂以及放置水杯等小件常用物品，在实际使用中也是动作非常频繁，扶手的可靠性主要通过操作耐久性和加载可靠性来考核。

2.8.1 靠背调节耐久试验

将座椅靠背总成和夹具固定，以座椅扶手闭合位置为起始点，把扶手从闭合位置打开到工作位置，再把扶手从工作位置关闭到闭合位置，动作循环至少1万次。如果有一个锁止装置，在循环过程中要改变开关的开闭；如果扶手有垂直或水平固定装置，在扶手末端向内位置施加一定的载荷，并按照规定频率和次数进行耐久试验。

2.8.2 扶手加载可靠性试验

此项主要模拟行车中扶手在工作状态下，驾乘人员手臂压迫扶手时的承载可靠性。将座椅靠背总成和夹具固定，扶手处于工作状态，使用圆柱形加载模块在其工作位置施加规定的循环载荷，如50～150 N，进行8 000次的正弦波耐久测试。试验后需评价扶手的变形量、操作力矩及调节功能等。

2.9 座椅高度调节器

一般驾驶员座椅都具有高度调节功能，分为机械式手动调整和电动式调整，机械式需要反复动作进行高低调节，电动式可点动开关进行调节。试验时，需要在座椅座垫上添加一定的配重（如假臀模块或三维H点假人），将座椅从最低位置调节到设计位置，停顿1 s后调节至最高位置，再返向调节至设计位置，停顿1 s，回到最低位置为1个循环，一般进行3 000次的调节疲劳测试。试验后，检查高度调节器的功能及手柄操作力等。

2.10 座椅地图袋

座椅地图袋一般位于座椅靠背后，呈口袋状，用于装地图、书籍或较薄的文件等，是一种既方便又人性化的设计，其耐久测试主要分为连续载荷耐久和固定载荷耐久。

连续载荷耐久主要是沿水平向后方向对地图袋施加0～50 N的载荷，频率为30次/min，进行3 000次循环，试验后，地图袋不得破坏，且变形不得大于20 mm；固定载荷耐久则是对地图袋施加垂直方向30 N的固定载荷，持续72 h后，检查地图袋的状况和破坏程度。

3 结论

汽车座椅在满足国内外法规（如：ECE、EEC、GB及FMVSS等）对座椅和头枕的安全性要求之外，还有更多的内容是要评价其使用可靠性和驾乘舒适度，保证实际使用中各部件功能的正常发挥。

文章结合经验，对座椅总成关键部件的主要可靠性评价方法进行了总结和概括，涉及到振动耐久、操作耐久、磨损耐久及疲劳耐久等方面，通过对相关标准和测试方法的研究和总结，希望能够为座椅总成的优化设计提供参考，并能够对座椅总成的舒适可靠性评价提供指导，同时也完善了目前座椅部件测试评价方面要求不全面的现状。期待今后生产越来越好、越来越科学的座椅产品，给驾乘人员带来更大的安全保障和舒适体验。