儿童座椅B类锁止装置性能试验系统*

谢东坡，周 亮，覃国周

(重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心，重庆 401122)

0 引言

儿童座椅是儿童约束系统的一种，在车辆发生碰撞时，它可为儿童提供安全保护［1］，其在欧美发达国家的使用率已达80%以上，在我国北京地区的使用率也达到30%左右［2］。B类锁止装置是指当用成人安全带约束儿童约束系统时，使成人乘员安全带的腰带部分保持适当张力的装置。该装置还能防止织带从卷收器中滑出，造成织带拉力松弛，导致约束系统处于非最佳使用状态［3］。B类锁止装置在保护儿童乘员乘车安全方面发挥着重要作用，其自身性能必须满足相关标准要求。国外汽车产业发达国家均有各自的相关标准，如文献［4］、［5］。我国首个儿童约束系统标准已于2012年7月1日开始正式实施。下面对儿童座椅B类锁止装置性能试验系统予以介绍。

1 系统功能分析与总体设计

1．1 系统功能分析

GB 27887－2011要求:织带应按照下面图1的规定通过试验装置，配重为 5．25 kg±0．05 kg，从滚轴到滚子导向器的距离为300 mm，且所加质量与织带离开骨架的点之间应有650mm±40mm的自由长度。锁止装置应完全锁止，并且在织带进入锁止装置的位置做一个标记。升高配重，然后释放，这将会自由下落25 mm±1 mm的距离。这个过程将以每分钟(60±2)个循环的频率重复(100±2)次，以模仿车内儿童约束系统的颠簸动作。在织带进入锁止装置的地方再做一个标记，测量两个标记之间的距离，织带的滑移量不应超过 25 mm［3］。

图1 B类锁止装置性能试验布局示意图

根据以上标准要求，兼顾通用性、完整性、安全性等因素，研制的系统应包括如下功能:①试验系统高度可调节，以满足不同型号儿童座椅的安装及实验要求;②每次对配重提升并自由释放后，其下降距离都满足25 mm±1 mm;③试验频率、试验次数可设定;④具有异常状况报警和在紧急情况下快速停机的能力。

1．2 系统总体设计

据前节所述系统功能要求，对B类锁止装置性能试验系统进行总体设计，系统构架如图2所示。电气系统由电源系统、PLC控制器、HMI人机交互触摸屏、传感器组、电磁阀组、伺服电机和报警模块等组成;机械系统由工装夹具、执行机构和试验台柜体等组成。其中工装夹具主要完成工件及执行机构的夹装与调整，它包括织带导向与定位机构和高度调节装置;执行机构可以实现凸轮跳动和砝码提升等动作;试验台柜体则是实现对工装夹具、执行机构及电气系统的支撑。

图2 B类锁止装置性能试验系统构架

2 机械系统设计

2．1 高度调节装置

为了满足前面所述系统功能②的要求，试验台的动作执行机构应能将砝码提升到25 mm后自由释放，且无论锁止端是否产生滑动，每次提升的高度都要保持25 mm。本设计方案将执行机构分为凸轮跳动机构与砝码提升机构两部分，凸轮跳动机构实现规定频率和行程的上下往复运动，砝码提升机构则实现夹持和释放砝码的功能。

(1)凸轮跳动机构

凸轮跳动机构的设计如图4，由伺服电机与精密减速器组成的驱动装置带动凸轮轴转动，凸轮轴上安装有凸轮，凸轮上部与滑块接触，该滑块固定在两个线性导轨上，可上下自由运动，线性导轨固定在两侧的安装基座上，为便于观察，图4中隐藏了线性导轨的安装基座。当伺服电机通过凸轮轴带动凸轮转动时，凸轮推动滑块作上下运动，控制伺服电机的转速，则可以精确控制滑块上下运动的频率。此处伺服电机采用转速控制，可精确控制其转速。

滑块上下运动的行程由凸轮形状决定，可以通过凸轮形状的设计来保证滑块上下运动距离为25 mm。凸轮外形为直径为60 mm的圆，凸轮轴直径为28 mm，凸轮轴轴心与凸轮圆心之间的距离为12．5 mm。当凸轮轴带动凸轮转动时，凸轮轴轴心与凸轮上止点之间的距离为42．5 mm，凸轮轴轴心与凸轮下止点之间的距离为17．5 mm，两者差值为25 mm，这一距离正是滑块做上下运动的行程。

图3 高度调节装置

图4 凸轮跳动机构设计图

(2)砝码提升装置

砝码提升机构实现砝码的提升和释放功能，其设计如图5所示。滑块在凸轮跳动机构的作用下作行程为25 mm的上下运动，在凸轮轴处设有两个光电开关，分别用于检测凸轮上止点与下止点。其工作过程为:当凸轮下止点与滑块接触时，滑块处于其行程的最底点，此时光电开关2触发，控制夹紧气缸动作以夹紧织带，则砝码与织带随着滑块的上升而上升;当凸轮上止点与滑块接触时，滑块已上升到其行程的最高点，此时光电开关1触发，控制夹紧气缸松开织带，砝码自由下落，其下落的距离为25 mm，从而实现标准要求的运动过程。

图5 砝码提升机构设计图

3 电气系统设计

3．1系统硬件

根据B类锁止装置性能试验台的特点和要求，选择伺服电机与精密减速器组成的驱动装置带动凸轮轴转动，私服电机采用内部速度控制模式。系统的电气控制采用PLC，须2个输入、6个输出控制点。选用中达电通DVP－ES2系列PLCDVP16ES200T，它具有结构紧凑、性价比高、处理速度快等优点［6］。系统中 PLC各输入/输出点分配情况见表1。

为了满足前面所述系统功能①的要求，系统设计了高度调节装置，如图3所示。工作平台放置在铝合金框架的底部，通过4个连接块与4个滑动导轨的滑块连接，可以沿着滑动导轨作上下运动;螺旋升降机固定在铝合金框架顶部，其螺杆向下穿过工作平台，螺旋升降机螺母与工作平台通过螺栓连接;转动螺旋升降机手柄，则螺旋升降机螺杆转动，使得螺旋升降机螺母带动工作平台沿滑动导轨作上下运动，从而实现工作平台高度的调节。试验台的执行机构、织带导向与定位机构等都安装于工作平台上，随着工作平台的移动而移动。

2．2 执行机构

表1 PLC输入输出点分配情况

3．2 系统软件

(1)PLC程序设计 根据儿童座椅B类锁止装置性能试验的要求，确定各动作的顺序和相互之间的关系，设计出程序流程图，再根据PLC输入输出的逻辑关系编写梯形图，并下载至PLC控制器即可。程序流程图如图6所示。

图6 PLC程序流程图

(2)HMI程序设计。系统配置5．6寸HMI触摸屏DOP－B05S100进行人机交互，它具有65 536色TFT，1个 USB Host、1 个 USB Client和 2 个串行接口［7］。根据试验特点和功能要求，HMI程序设计了5个显示页面，分别是系统主界面、参数设置、自动试验、试验调试和结果统计。系统主界面是HMI的启动页面;为了满足前面所述系统功能(3)中对试验频率、试验次数可设定的要求，在参数设置页面设计了试验频率和试验次数的设定功能;在自动试验页面可以实时显示试验次数和工作状态、并对异常情况进行报警，满足前面所述系统功能(4)的要求;在试验调试页面，可以根据需要手动调试试验;在结果统计页面，则统计累积试验次数和累计工作时间，便于根据设备使用情况定期维护设备或更换备件，以保证设备处于良好的使用状态。

4 结语

本文依据标准中对儿童座椅B类锁止装置性能试验的相关要求，提炼出其系统功能要求，并对应于系统功能要求从机械系统和电气系统的两个方面对系统研制进行了论述。通过样品试验表明:所研制的儿童座椅B类锁止装置性能试验系统，具有自动化程度高、人机交互友好、软件操作简便等特点。其各项指标满足国家标准对B类锁止装置性能试验的要求，达到了预期的设计目的，具有较好的应用价值和推广前景。

［1］ 张 杰，项肇宏．汽车安全带扣自动测试装置的研制［J］．上海汽车，2014(10):60－62．

［2］ 张金换，章 雄，等．儿童约束系统误使用安全性试验研究［J］．汽车安全与节能学报，2014，5(1):30－37．

［3］ GB 27887－2011．机动车儿童乘员用约束系统［S］．

［4］ FMVSS213．儿童约束系统［S］．

［5］ ECER44．儿童约束系统［S］．

［6］ DVP台达可编程控制器［Z］．中达电通股份有限公司，2010．

［7］ DOP－B人机界面［Z］．中达电通股份有限公司，2010．