儿童约束系统翻转试验台设计

张慧云，杨 斌，姜晓来，陈 琳，柳立志

（国家汽车质量监督检验中心（襄阳），441004）

儿童约束系统翻转试验台设计

张慧云，杨 斌，姜晓来，陈 琳，柳立志

（国家汽车质量监督检验中心（襄阳），441004）

为克服现有技术的不足而提供一种通用性强、操作简单、整体轻便、移动方便、功能完善、安全性高、故障率低的儿童约束系统翻转试验台。本文首先对儿童约束系统翻转试验台的设计要求进行了分析，其次对该试验台的机械结构与电控系统进行了设计，最后通过实际试验，验证了该试验台设计的正确性及其工作的可靠性；并总结出了此试验台的创新点，对同类型试验台的设计具有很好的参考价值。

通用性强；儿童约束系统；翻转；试验台

张慧云

吉林大学硕士研究生毕业，现任国家汽车质量监督检验中心（襄阳）工程师，主要从事安全试验技术研究，已发表相关学术论文近10篇。

1　前言

汽车儿童乘员约束系统是专门为儿童乘员提供的一种约束保护系统，以保证在车辆碰撞事故发生时，为儿童提供安全保护，从而减少儿童的死亡数量及伤亡程度［1-3］。自2012年7月1日起，GB 27887-2011《机动车儿童乘员用约束系统》纳入《公告》检验项目。为了减少在汽车碰撞事故中儿童的伤亡，借鉴国外法规，开展我国儿童约束系统的研究和相关试验检测能力的形成是十分必要的。我们项目组通过两年的不断努力，对儿童约束系统试验全球法规进行了研究，并研制完成相应试验设备，儿童约束系统翻转试验台是儿童约束系统中的检测设备之一。

目前国内外的一些汽车检测机构和儿童座椅厂家根据ECE44-04《关于批准机动车儿童乘员用约束系统（儿童约束系统）的统一规定》先期研制了儿童约束系统翻转试验台。部分试验台有如下不足——研制成本较高（如一些单轴旋转结构的台架）；无台体旋转角度显示装置；座椅总成在安装台面上换向和定位比较繁琐，试验效率较低；无法准确测量不同旋转位置的儿童假人位移数据等。本文研制的试验台就是为了解决以上问题并且能够满足标准的要求而设计的。

2　本试验台的设计

儿童约束系统翻转试验台是测试机动车儿童乘员用约束系统在座椅发生翻转时对乘员的安全保护性能的检测设备［4］，主要用于在模拟实车翻转状态时测量儿童约束系统及假人位移数据［5-6］。根据GB27887-2011中5.1.3、6.1.2条及附录M之规定设计制造［7］。实现如下两种翻转测试：

（1）座椅整体绕座椅纵向中心平面内水平轴线做360°正反向翻转测试；

（2）座椅整体绕处于水平面内、且与上述测试（1）中旋转轴垂直的轴做360°正反向翻转测试；

设计时要求此试验台的整体台架可以正反360°翻转；试验台中的儿童座椅可以左右90°旋转，从而完成纵向和横向360°旋转，此功能转换方便、操作简单。

2.1机械结构设计

设计的儿童约束系统翻转试验台机械结构如图1和图2所示，由底座总成A、翻转支架总成B、回转机构C和座椅及支座总成D组成。翻转支架总成B安装在底座总成A之上，通过传动机构和旋转机构可以使座椅及支座总成D整体绕座椅13纵向中心平面内水平轴线做360°正反向翻转测试，并且可以利用电气控制箱5和角度显示机构（图5），实现在0°～360°任意角度测试；座椅及支座总成D通过回转机构C安装在翻转支架总成B之上，利用回转机构C能使座椅及支座总成D整体可以在翻转支架总成B平台上±90°旋转，并能够在0°、+90°、-90°位置锁止。

在此试验台的设计中，回转机构C是本设备的重点部分，其剖视图如图6所示，回转机构C通过定位销29实现两种状态。当定位销控制手柄34处于自然状态下时，下固定板24与上旋转板26为指定设定的相对位置；当拉出定位销控制手柄34时，定位销29处于脱离锁紧状态，下固定板24与上旋转板26可以发生相对角度位置的转动。定位销29通过弹簧32和圆柱销33在定位销安装座31和上旋转板26内，实现定位销29相对于上旋转板26有3个锁紧位置。3个锁紧位置的相距90°，即0°、+90° 、-90°可以调整，从而可以满足标准要求，此功能转换方便、操作简单。定位销29是利用有一定预紧力的弹簧32，作为自然状态永久有效可靠的锁紧力。使用定位销29，使得本装置锁紧可靠。定位销29上端采用菱形机构，菱形的最大边由于受到固定方向定位销29的制约，使定位销29的菱形最大边永远与回转圆周线平行，所以定位销29锁紧精度高。

2.2电控部分设计

此试验台的电控部分：电气控制箱内安装有电动机控制器、电源，电气原理图如图5所示。电气柜的前面板安装有空气断路器、指示灯；电气控制柜的后面板布置有电源的进出插座。试验台通过0.55 kW交流电动机和两极减速机控制翻转速度。当操作电控系统时，交流电动机开始按照电气控制方向以1 500转/分的转速转动，经过第一级减速机（第一级减速机型号是，R47-Y-037-4P-52.69-M1，减速比为52.69：1）减速后再经过第二级减速机（第二级减速机型号是，CWU125-50，减速比为50：1）减速，第二级减速机的输出的转数是0.569 ［1500÷（52.69×50）=0.569 r/min］。每秒钟达到了3.416º/s［360º×0.569÷60=3.416º /s］（标准要求翻转速度2°～5°/秒）。

我们在设计试验台和选择电机型号时不仅要保证台架的旋转速度，同时还要保证电机经过减速后的最终扭矩远远大于座椅及支座总成产生的扭矩，以便即能满足试验要求又能确保试验的安全性。

计算过程如下：

根据电机输出扭矩：T1=（60/2π）×（P/n） ，其中：P为电机输出的功率0.55 kW；n为经过减速后的转速0.569 r/min，则最终扭矩

设计的试验台旋转扭矩：T2=F×L，其中F为翻转支架、座椅总成以及带假人（最大和最小）的儿童约束系统的总重力F=mg；L为旋转轴到质心的垂直距离；且70kg≤m≤100kg（由不同组别的儿童约束系统及假人决定），L≤0.6m（0.6 m为此翻转试验台旋转臂的设计长度）；则T2=mgL≤100×9.81×0.6=588.6（N·m）最后可知：T1≥T2，从而即能满足试验要求又能确保试验的安全性。

3　试验验证

利用本试验台对某ISOFIX型儿童约束系统座椅总成进行翻转试验测试，根据GB 27887-2011中的要求，试验过程中：试验假人不应从装置中掉出来，并且当试验座椅处于翻转的位置，沿着垂直于座椅的方向，假人的头部从它的原始位置产生的位移应不超过300 mm［7］。已知该ISOFIX型儿童约束系统座椅总成所属组别为I组，所以翻转试验只需对该组别中的最小假人（9个月的假人）和最大假人（3岁的假人）进行，其试验照片如图6和图7所示。

3.1 试验步骤

翻转试验的具体步骤如下：

第1步：将翻转试验台固定锁止在水平的地面上，使翻转支架总成处于水平位置（即角度显示器指示在0°位置），把回转机构固定销插好；

第2步：将儿童约束系统按照GB 27887-2011附录U的要求安装在翻转试验台的试验座椅上；

第3步：将假人放置在安装好的约束系统中，并按6.1.3.7的规定处于标准的松弛状态（该组别中的最小和最大的两个假人）；

第4步：试验前，在测量杆上标记沿着垂直于座椅方向假人头部的原始位置；

第5步：先打开总电源，再打开控制箱面板上的断路器开关，电源指示灯亮；

第6步：利用电气控制箱遥控盒上的“上”“下”按钮，点动控制使整个座椅绕着座椅纵向中心平面内的水平轴线，以设计的速度分别“顺时针旋转”与“逆时针旋转”匀速旋转360°；在试验座椅翻转过程中，沿着垂直于座椅方向，记下假人头部从它的原始位置产生的最大位移处（经过多次试验验证，可知当假人的头部垂直向下时产生的位移最大）；

第7步：将翻转试验台恢复水平位置，通过回转机构将试验座椅旋转90°并锁止，用第6步相同的方法，记下假人头部从它的原始位置产生的最大位移处；

第8步：分别计算出假人头部产生的位移量（利用台架的横杆水平移动测量位移量，即安全又可靠）。

3.2试验结果

试验结果：试验过程中，试验假人均未从装置中掉出来，具体数据如表1所示，可以看出，产生的位移均未超过300 mm；通过回转机构能够顺利地完成座椅纵向和横向正负360°的翻转；试验座椅的翻转平均速度为3.416°/秒，与设计的翻转速度非常吻合，并且在标准规程的2°～5°/秒范围内。通过试验验证了该试验台设计的正确性及其工作的可靠性。

表1　试验结果

4　本试验台的创新点

此儿童约束系统翻转试验台，能够满足GB27887-2011《机动车儿童乘员用约束系统》中5.1.3、6.1.2的技术要求，同时此试验台具体有以下创新点：

（1）试验台中的回转机构通过有一定预紧力的弹簧，实现了自然状态下具有永久有效可靠锁紧力的功能。

（2）试验台中的回转机构定位销采用菱形机构，菱形的最大边受到固定方向定位销的制约，使定位销的菱形最大边永远与回转圆周线平行；从而使得此设备具有锁紧精度高和可靠性强的功能。

（3）此试验台中的座椅及支座总成D拆卸下来后，能够完成GB18296-2001《汽车燃油箱安全性能要求和试验方法［8］中M类汽车燃油箱盖的密封性试验。

（4）此试验台通用性强、操作简单、整体轻便、移动方便、设计美观，有足够的刚度，安全性高、故障率低。

5　结论

此试验台的设计，真实有效地模拟了机动车儿童乘员用约束系统在座椅发生翻转时儿童约束系统及假人的运动状况；满足了GB 27887-2011《机动车儿童乘员用约束系统》中翻转试验项目的要求，弥补我们单位在儿童约束系统研究方面的空白，使得我们检测中心具有了儿童约束系统相关试验的检测能力。此试验台自投入工作以来，性能稳定，运行可靠，有效地支持了试验项目的研发及试验任务的完成，为我们单位带来了可观的经济价值。

［1］方园，吴光强.儿童乘员约束系统研究现状与展望［J］.中国工程科学，2006，8（8）：81-85.

［2］周孔亢，张文娜，揭琳峰，等.汽车儿童约束系统的误用讨论［J］.中国安全科学学报，2007，17（2）：30-34.

［3］张金换，李志刚，胡敬文，成波.汽车儿童安全保护的欧美法规对比及未来研究方向［J］.《汽车安全与节能学报》，2011，2（3）：185-191.

［4］魏哲，强毅.汽车儿童约束系统技术法规和标准研究［J］.机械工业标准化与质量， 2008（12）：28-31.

［5］葛如海，苗强.车用儿童约束装置综述［J］.中国安全科学学报， 2006， 16 （4）： 42-47.

［6］李可瑞，王步康，杜汇良，张金换.基于汽车儿童约束系统法规碰撞试验的试验方法研究［J］.汽车技术，2006（S1）：78-80.

［7］GB 27887-2011《机动车儿童乘员用约束系统》［S］.中国标准出版社， 2012.

［8］GB18296-2001《汽车燃油箱安全性能要求和试验方法》［S中］. 国标注出版社， 2001.

专家推荐

印炯：

作者在学习和消化GB27887-2011及全球相关法规，调研国内外儿童约束系统翻转试验台的基础上自行设计了一套试验装置，并通过样件测试进行了合标性验证，试验结果一致性好，其性能达到设计要求，能够完成儿童约束系统的抗翻转测试。

Design of Child Restraint System Flip Test Rig

ZHANG Hui-yun， YANG Bin， JIANG Xiao-lai， CHEN Lin， LIU Li-zhi
（National Automobile Quality Supervision Test Center［Xiangyang］， Xiangyang 441004， China）

To overcome the shortcomings of the prior art， it provided a versatile， easy to operate，the overall lightweight， easy to move， perfect function， high security， low failure rate of the child restraint system flip test rig. This paper analyzed the design requirements of the flip test rig， and secondly designed the mechanical structure and electric control system. Finally， through practical test， it verified the correctness of the test rig design and the reliability of its work， and summed up the innovation of this test rig. And it has the reference value for the same type test rig.

Versatile； Child restraint system； Flip； Test rig

U467.5

A

1005-2550（2015）03-0057-05

10.3969/j.issn.1005-2550.2015.03.012

2014-12-03