汽车后排座椅试验法规及优化设计

张程

（宜宾凯翼汽车有限公司汽车研究院）

汽车后排座椅系统能够为驾乘者提供足够支撑，确定车上乘员的位置，保证驾驶操作。在汽车转弯时，座椅系统为驾乘者提供侧向支撑，减轻长途驾驶疲劳；发生前向或侧向碰撞事故时，座椅系统与安全带、安全气囊等乘员约束系统一起构成有效的保护装置，降低乘员遭受伤害的风险。此外，后排座椅可增加加热垫、通风、按摩垫、扶手、杯托等配置，大大提高了驾乘舒适性，增加了乘坐乐趣。文章针对汽车后排座椅的结构组成，解读后排座椅法规要求，梳理后排座椅重点试验项目，达到后排座椅优化设计的目的，提升座椅的豪华舒适感。

1 后排座椅结构

中国汽车市场目前占比最大的是五座和七座车型，座椅位置大多采用“2+3”和“2+3+2”方式布置，如图 1 所示。典型后排座椅总成的具体组成，如图2 所示。

图1 汽车后排座椅布置形式

图2 汽车典型后排座椅总成的组成

后排座椅靠背骨架由40%和60%靠背骨架两部分组成。进行座椅冲击强度试验时，靠背骨架以实际机构的连接方式固定在白车身上，白车身固定在台车上。座椅靠背两侧的锁支架连接靠背锁，车身锁钩与靠背锁处于锁止状态，以固定靠背上部，靠背下部的边支架和中；支架分别通过螺栓固定在车身上。

2 后排座椅法规要求

2.1 后排座椅法规

座椅需满足国家法规GB 7258《机动车运行安全技术条件》，座椅总成零部件级试验需满足GB 15083《汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》、GB 11550《汽车座椅头枕强度要求和试验方法》和GB 14167《汽车安全带安装固定点、ISOFIX 固定点系统及上拉带固定点》的法规要求[1]。

2.2 静强度试验

座椅静强度试验是通过后排座椅质心，在试验台上沿水平方向向前和向后分别施加相当于座椅总成质量20 倍的负荷；当汽车安全带固定点装在座椅上时，施加上述向前负荷必须同时按GB 14167 中的规定对安全带的安装固定点施加相应的负荷。后排骨架施加力方向示意，如图3 所示。

图3 汽车后排座椅骨架施加力方向示意图

试验过程中或试验后，座椅骨架、座椅固定装置、调节装置、移位折叠装置或其锁止装置均不应失效；试验期间，允许座椅靠背及其紧固件变形，条件是安全带上有效固定点不能低于H 点向上450 mm 的平面。

2.3 行李箱冲击试验

行李箱冲击试验采用台车试验台进行正撞工况下的座椅冲击试验[2]。采用尺寸为300 mm×300 mm×300 mm 的试验样块，其棱边倒角为20 mm，质量为18 kg。

滑台试验中，试验样块的布置位置，如图4 所示，2个试验样块放置于行李舱的地板上，横向距离保持50 mm，纵向距离靠背200 mm。

图4 行李箱冲击试验样块布置示意图

试验过程中及试验后，如果后排座椅和靠背锁保持原来位置且功能正常，则认为满足要求。在试验期间，允许座椅靠背及其紧固件变形。

试验靠背和头枕总成的前轮廓不能向前方超出一定的位置：1）头枕不得超过座椅R 点前方距R 点150 mm 的横向垂直平面；2）座椅靠背不得超过座椅R点前方距R 点100 mm 的横向垂直平面[3]。

2.4 后排座椅动态试验

后排座椅动态试验是模拟车辆发生事故时对乘员的伤害。按50 km 正碰和50 km 对碰的整车碰撞试验提取的左B 柱底部加速度曲线，在座椅上放置5 百分位女性假人，开展正面滑台试验。在试验中从以下两方面去评估后排座椅性能的可靠性。

1）后排座垫与骨架相对位移量。座垫静态位移测量值不大于15 mm，动态位移测量值不大于25 mm。

2）后排骨架座盆与防下潜杆位移量。座垫静态位移测量值不大于20 mm，防下潜杆不允许变形；假人骨盆X向最大位移不大于160 mm，Z向最大位移不大于30 mm。

3 后排座椅优化设计

3.1 头枕高度

对于高度不可调的头枕，后排座椅整体高度不应低于750 mm；对于高度可调的头枕，后排座椅最高位置不应低于750 mm；在高度750 mm 以下应无“使用位置”。

3.2 座垫宽度和景中宽度

后排座椅H 点附近的座垫A 面轮廓应设计为相对平坦。该区域如果设计为圆桶形，将会使股骨压力过大，从而引起不舒适感。

图5 示出人体解剖学和骨盆结构与座垫的关系。根据图5，后排座垫为了得到良好的乘坐舒适性，景中宽度应不小于280 mm，推荐值为280～320 mm。推荐95th 男性臀部宽度为434 mm，因此单个独立座椅宽度需要约480 mm（推荐值）才能给95th 的男性和50th 的女性（臀部宽356 mm）提供足够的乘坐空间。

图5 人体骨盆结构与汽车座垫关系图

由此，座垫宽度一般不小于480 mm，推荐值为490～530 mm。对于后排三人座椅，对舒适性要求有所降低，主要考虑在满足单个座位宽度大于400 mm 的条件下，在造型上先满足外侧座椅的舒适性，最小要求480 mm，而中间位置座位由于坐人的时候很少，在设计上宽度较窄，舒适性要求均比较低。

3.3 后排座椅座垫压陷量

后排臀部位置的座垫压陷量可以用D 点来描述，即D 点在垂直方向上与未压陷的座垫表面的距离，也称为D 点压陷量。座椅压陷量，如图6 所示。

图6 汽车后排座椅座垫压陷图

在进行后排座椅舒适性设计时，从总体布置上考虑，假人大腿中心线与躯干线夹角（α）应大于90°，推荐夹角值为90～115°。在这种情况下，后排座垫的设计参数与前排座垫类似。

D 点压陷量与座垫厚度、座垫轮廓形状以及座垫的压陷硬度特性密切相关。D 点压陷量值如果太小，会使人感觉座椅太硬，不够舒服；D 点压陷量值如果太大，会使人体深陷在座椅里，长时间乘坐容易疲劳。座垫D 点压陷量推荐值为35～40 mm。

3.4 后排座椅座垫长度

后排座椅座垫长度测量方法，如图7 所示。

图7 汽车后排座椅座垫长度测量示意图

后排座垫的长度影响着乘坐的舒适性，长度太小会导致对乘员大腿支撑不足，长度太大又会造成座垫前端与乘员小腿干涉。通常情况下，要求座垫长度（E）≤380 mm，推荐值为330 mm ≤E≤370 mm。

3.5 后排腰部支撑

后排座椅腰部是影响座椅舒适性的关键区域之一。当靠背与座垫的夹角超过90°时，乘员脊柱的下部需要得到支撑使脊柱保持自然弯曲状态，否则，会导致乘员疲劳和背部不适。在设计后排座椅时，推荐腰部支撑布置于H 点沿躯干线上110～150 mm。

3.6 后排手柄操作空间

后排手柄或电动开关布置于后排座垫旁侧时，车门与座垫之间需留有足够的空间，方便座椅进行功能操作，如图8 所示，门板与座椅座垫距离≥60 mm，手柄与门板距离≥45 mm。

图8 汽车后排座椅手柄或电动开关布置图

4 结论

后排座椅是现代汽车零部件中重要的安全零件。在汽车设计研发中，必须充分理解后排座椅法规，并在整车设计开发初期进行中国法规相关试验验证。为了解决后期市场消费者抱怨后排座椅的设计问题，主机厂必须结合人机工程学布置方法，对后排座椅舒适性设计尺寸进行控制。通过后排座椅的优化改进设计，提升后排座椅的舒适性和安全性。