集成在后排座椅的兒童座椅固定點設(shè)計研究

肖光，徐凱，朱小麗（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

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集成在后排座椅的兒童座椅固定點設(shè)計研究

肖光，徐凱，朱小麗
（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

GB14167-2013中增加了ISOFIX位置及強度要求，其目的是在車輛發(fā)生碰撞過程中ISOFIX對兒童座椅起到有效固定，從而降低對兒童的傷害。文章主要通過某項目的設(shè)計,介紹相關(guān)的設(shè)計內(nèi)容。同時結(jié)合CAE分析結(jié)果，進一步優(yōu)化設(shè)計。

后排座椅；兒童座椅固定點；設(shè)計研究

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.036

CLC NO.: U463Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-115-02

前言

由于研究表明,使用兒童專用的安全裝置可以將車禍中寶寶的受傷幾率降低約70%左右，我國已推出有關(guān)兒童乘員安全的法規(guī)。其中ISOFIX（International Standards Organiza tion FIX）是指一種兒童約束系統(tǒng)與車輛連接的一種剛性連接裝置，為國際上專門針對兒童安全座椅的標(biāo)準(zhǔn)接口。在GB14167-2013(汽車安全帶安裝固定點、ISOFIX固定點系統(tǒng)及上拉帶固定點)中特別針對ISOFIX固定系統(tǒng)定義了設(shè)計及強度要求，以保證在碰撞過程中對兒童座椅的有效固定，降低對兒童的傷害。

本文結(jié)合法規(guī)要求，在初始環(huán)境下，設(shè)計布置在座椅上的ISOFIX，并通過CAE分析，進一步優(yōu)化設(shè)計，滿足相關(guān)要求，從而介紹項目相關(guān)的設(shè)計經(jīng)驗。

1、布置定義

初始環(huán)境為后排采用分體式-4/6分體結(jié)構(gòu)，靠背下端轉(zhuǎn)軸固定在側(cè)圍鈑金上，靠背上端采用靠背鎖結(jié)構(gòu)，骨架初步完成布置。

根據(jù)GB14167中定義所有M1類車輛至少ISOFIX，同時兼顧ADR 34/02中后排每個座位有一個兒童座椅上部固定點，在此次設(shè)計中采用后排座椅設(shè)計3組ISOFIX，其中二組布置在左側(cè)（60%側(cè)靠背），另一組布置在右側(cè)（40%側(cè)靠背）。

2、上、下部固定點設(shè)計

每組ISOFIX包括一個上部固定點，二個下部固定點。

2.1上部固定點設(shè)計

上部固定點為一個剛性桿件，采用直徑 6mm桿件，考慮為二廂車，布置在座椅靠背后面。

2.1.1布置位置在法規(guī)GB14167 內(nèi)有明確的區(qū)域規(guī)定，選定法規(guī)區(qū)域內(nèi)的綠色區(qū)。上固定點的周邊安裝空間在ADR

34/02 中有明確要求，需滿足以下空間：

2.2下部固定點設(shè)計

下部固定點為橫向水平剛性兩個桿件，一般位于靠背和座墊的連接處。

2.2.1桿件尺寸有法規(guī)要求

表1　法規(guī)對比表

2.2.2桿件沿 Y向布置：同組的二個桿件之間的中心線位置沒有法規(guī)要求，建議其位于乘座位置的中心線±10mm范圍內(nèi)，選定與H點對稱。

2.2.3桿件沿X向布置：兩桿件同軸,且每個桿件的中心應(yīng)位于距H點之后不小于120mm處（水平測量至桿件中心）。同時桿件的中心到Z點（兒童座椅檢測模塊）的距離＜ 70 mm，設(shè)計建議＜ 60 mm，選定距離為60mm。

2.2.4桿件的設(shè)計位置任需結(jié)合座椅A面，考慮法規(guī)的3個角度要求及安裝的操作方便性。

3、強度分析

在布置及設(shè)計好相關(guān)數(shù)據(jù)后，應(yīng)用CAE分析的強度情況。

3.1法規(guī)要求

3.1.1GB14167內(nèi)考核ISOFIX的強度試驗：前向力（二點拉和三點拉）和斜向力試驗。

3.1.2試驗方法：對ISOFIX 上的SFAD 施加靜態(tài)載荷，施加分別為8KN±0.25kN的水平前向力及5kN±0.25kN的斜向力。其中對ISOFIX布置在座椅的需額外施加座椅慣性力（座椅20倍質(zhì)量的力）。

3.1.3試驗要求：加載期間SFAD上X點的位移應(yīng)不大于 125 mm，允許永久變形和部分開裂。對同一排座椅上的同時使用的所有ISOFIX位置應(yīng)同時試驗。為了提高設(shè)計系數(shù)，分析目標(biāo)定義為100mm。

3.2CAE分析

3.2.1運行環(huán)境：Ls-Dyna ls971s NCPU=4，假設(shè)：分析中材料屬性選最小值，不考慮焊接熱影響區(qū)材料失效。

3.2.2運算目的：考察整車環(huán)境下系統(tǒng)試驗是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2.3分析結(jié)果：左側(cè)側(cè)向拉位移量169mm和兩下固定點前拉位移量120mm超標(biāo)，有較大風(fēng)險。

3.3分析及修改方案

3.3.1首先分析受力及變形均最惡劣的左側(cè)靠背，其二點前向的位移量主要的組成：

1）坐墊的預(yù)壓量，試驗前對SFAD施加500N預(yù)載荷，坐墊發(fā)泡向下塌下，導(dǎo)致SFAD上X點的向前位移，即CAE結(jié)果需減去此位移量（修正值），在此次設(shè)定18mm。通過對比的座椅單件的CAE及DV試驗，修正值合理；

2）ISOFIX桿件自身變形較大，整個轉(zhuǎn)動90°；

3）座椅轉(zhuǎn)軸 L型固定支架變形較大，導(dǎo)致靠背整體向前向上偏移；

4）輪罩鈑金在Y方向剛度不足，在X向拉力下產(chǎn)生Y向較大變形。

3.3.2整改方案

整改方案：在ISOFIX桿件上增加加強板，L型支架后方增加焊接板控制彎曲變形，同時縮短力臂，在輪罩支架上增加焊點及修改形狀，改善輪罩受力集中情況。

3.3.3再次驗證

再次分析CAE及結(jié)合DV試驗，最終變形量為79mm，滿足≤100mm的要求。

4、結(jié)論

ISOFIX 設(shè)計首先尺寸及布置需要滿足GB14167要求，周邊安裝空間需滿足ADR 34/02要求，本文給出相應(yīng)的設(shè)計建議。同時強度需要滿足 GB14167要求，文章通過建立ISOFIX的系統(tǒng)模型，提出設(shè)計風(fēng)險點，并針對存在的問題，提出有效地改進方案，建議如下：

1）ISOFIX設(shè)計布置位置、設(shè)計尺寸等考慮因數(shù)見上文詳細說明；

2）坐墊的預(yù)壓量問題，針對試驗標(biāo)準(zhǔn)中提及的施加500N預(yù)載荷，需在CAE結(jié)果需減此位移量（修正值），在可以考慮設(shè)定18mm，通過對比的座椅單件的CAE及DV試驗，修正值合理；

3）X點的位移應(yīng)不大于100 mm，提高設(shè)計質(zhì)量。

[1]GB14167-2013.關(guān)于車輛座椅、座椅固定裝置及頭枕方面認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定.

[2]曹兆友.ISOFIX 固定系統(tǒng)的安全性分析,汽車工程師,2010(1): 46-47.

[3]王培中.ISOFIX固定點強度試驗的影響因素研究.中國機械.2014,(23).

The Design study of ISOFIX in the rear seat

Xiao Guang,Xu Kai,Zhu Xiaoli
(Chery automobile Co.,Ltd,Anhui Wuhu 241009)

GB14167-2013 increased the ISOFIX position and strength requirements,The purpose is to effectively fix the ISOFIX to the child seat during the collision of the vehicle.,so as to reduce the damage to the child.This paper mainly through the design of a project,introduces the related design content.At the same time,combined with the results of CAE analysis,further optimization design.

Rear seat; Child seat fixed point; design

U463

A

1671-7988（2016）08-115-02

肖光（1980），男，工程師，就職于奇瑞汽車股份有限公司，從事汽車研發(fā)工作。