汽車座椅、頭枕性能試驗臺的研制

張偉

(重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶 401331)

0 引言

汽車座椅、頭枕屬于汽車零部件中的輔助部分。汽車座椅頭枕的好壞，不僅影響駕乘人員的舒適性，也是汽車安全性中重要的配置，是駕駛安全的重要屏障。對于座椅、頭枕安全性、舒適性的研究伴隨著汽車的研究從未間斷，但國內(nèi)對于汽車座椅、頭枕的試驗標準與試驗臺的研制與國外還有較大差距。最新的國內(nèi)標準基本是沿用歐洲經(jīng)濟委員會(ECE)的汽車標準法規(guī)。但是國內(nèi)嚴格按照該標準制造的試驗臺并不是太成熟。文中討論的汽車座椅、頭枕性能試驗臺是嚴格按照ECE標準和原理研制的汽車頭枕座椅性能試驗臺，已經(jīng)成功地應(yīng)用于某汽車零部件制造企業(yè)。

1 汽車座椅、頭枕試驗標準解讀

1.1 頭枕性能試驗

汽車座椅作為3C法規(guī)件，不但保證乘員乘坐的舒適性，而且在乘員的安全保護方面也起著至關(guān)重要的作用[1]。頭枕性能試驗主要是在座椅靠背承受一個預(yù)加力矩的情況下，檢測頭枕在規(guī)定力作用下的位移情況，以此來判斷頭枕質(zhì)量是否合格。試驗標準內(nèi)容如下：如圖1所示，通過一個模擬人體模型背的部件，將相對R點產(chǎn)生向后373 N·m力矩的力，沿縱向向后施加到座椅靠背的上部；然后在頭枕頂部向下65 mm 處，通過直徑為165 mm的頭型，施加一個初始負荷，其相對于R點的力矩為373 N·m,通過檢測加載前、后頭枕的位移來判定頭枕的性能。頭型的最大允許后移量應(yīng)小于102 mm。如果頭枕或座椅靠背未出現(xiàn)損壞，則負荷可增加到890 N，以檢查頭枕的性能。該試驗標準摘自歐洲經(jīng)濟委員會(ECE)汽車標準法規(guī)中文譯本“關(guān)于車輛座椅、座椅固定裝置及頭枕認證的統(tǒng)一規(guī)定”。

圖1 頭枕性能加載示意圖[2]

1.2 座椅靠背及其調(diào)節(jié)裝置的強度試驗

座椅靠背及其調(diào)節(jié)裝置的強度試驗主要驗證汽車在靜止狀態(tài)下，按照規(guī)定載荷試驗后，座椅骨架、座椅固定裝置、調(diào)節(jié)裝置、位移裝置或其鎖止裝置是否失效。試驗標準內(nèi)容如下：通過一個模擬的人體模型背的部件，將相對R點產(chǎn)生530 N·m力矩的力，沿縱向向后施加到座椅靠背的上部。對于長條座椅，如果骨架部分或全部(包括頭枕部分)為一個以上座位共用，則應(yīng)對這些座位同時進行試驗。觀察靠背是否損壞，其調(diào)節(jié)裝置是否失效。

2 試驗臺的關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 R點的查找

根據(jù)試驗標準，R點能否準確地查找成為能否準確完成試驗過程的關(guān)鍵第一步。R點或“乘坐基準點”，是指由車輛制造廠為每一乘坐位置規(guī)定的設(shè)計點，與按照規(guī)定安放在車輛座椅中的3-D H裝置的軀干與大腿的鉸接中心理論上重合，如圖2所示。

圖2 3-D H裝置構(gòu)件名稱

試驗時該裝置按要求放在座椅上，圖中H點支軸理論上與座椅的R點重合。將一臺紅外線發(fā)射裝置放在座椅的一側(cè)，讓紅外線光斑對準3-D H裝置的H點標記，將紅外線發(fā)射裝置固定。去掉3-D H裝置，讓試驗設(shè)備的R點與紅外線光斑對準，至此，座椅上的R點被找到。

2.2 預(yù)加力矩的施加

不管是頭枕性能試驗還是座椅靠背及其調(diào)節(jié)裝置的強度試驗，在試驗過程中都有一個預(yù)加力矩的要求，這個力矩是針對R點的，這就要求在機構(gòu)的設(shè)計上要時刻保持該作用力的方向與作用點和R點的連線夾角不變。并且這個力是通過模擬靠背來施加的，模擬靠背制作得準確與否也與施加力的大小和方向密切相關(guān)。

假背加載裝置構(gòu)成直角三角形△ADB與三角形△ABC。三角形各邊的長度已經(jīng)在制造裝配過程中固定。加載時，件7固定，其上點B(和座椅R點重合)也固定，彎柱1由推桿3推動使其繞點B旋轉(zhuǎn)，固聯(lián)其上的兩個三角形也繞點B旋轉(zhuǎn)，在AC邊上裝有力傳感器，其力作用線與R點的距離為L，即為加載力的力臂，由于三角形各邊長已經(jīng)確定，邊AC與AB的夾角E即可求出，AB長度又已知，故L的長度可以計算出。加載力由力傳感器讀出，這樣通過控制加載力即可確定繞R點后翻力矩(見圖3和圖4)。

圖3 假背加載結(jié)構(gòu)圖

圖4 假背加載幾何圖

3 試驗臺的機械結(jié)構(gòu)

試驗臺總體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 試驗臺總體結(jié)構(gòu)圖

試驗時，通過X軸、Y軸、Z軸來調(diào)節(jié)設(shè)備上的R點，使之和座椅上的“R”點重合。重合后，R點保持不動，假背模型繞著R點在R軸電機的作用下對座椅進行預(yù)加載，模擬車輛發(fā)生撞擊時人體后背對座椅的沖擊力。半球模型在U軸電機的作用下對頭枕作直線加載，模擬人的頭部對座椅頭枕的沖擊力。試驗中，力的大小通過力傳感器直接讀出，力矩值通過力值與力臂計算得出。

4 試驗臺的電氣架構(gòu)

試驗臺為分體式結(jié)構(gòu)，包括控制柜、電氣柜以及試驗臺架三大部分，強電控制元件主要布局在電氣柜內(nèi)，弱電采集元件主要布局在控制柜內(nèi)。強電元件和弱電元件嚴格分開布局、分開走線。工控機及顯示器安裝于控制柜的上層機架內(nèi)。所有試驗控制、信號采集、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析等通過工控機實現(xiàn)。斷路器、接觸器、繼電器、開關(guān)電源等布局在強電區(qū)域，整個試驗臺的電源啟停以及急?？刂贫际峭ㄟ^的相關(guān)電氣元件組合來完成。各類傳感器、接近開關(guān)等都安置在試驗臺架的相應(yīng)位置上。

5 小結(jié)

該試驗臺已經(jīng)成功投入市場，對于頭枕性能試驗和座椅靠背及其調(diào)節(jié)裝置的強度試驗兩個試驗項目來說，無論是從原理上還是從實際試驗效果上看都是比較準確的。該試驗臺的成功研制能夠為類似試驗臺的研制提供參考。

參考文獻:

[1]韋江寧,賴玉龍.汽車座椅頭枕強度試驗臺架設(shè)計[J].裝備制造技術(shù),2013(3):44-46.

WEI J N,LAI Y L.Automobile Seat Headrest Intensity Test Platform Design[J].Equipment Manufacturing Technology,2013(3):44-46.

[2]車輛座椅、座椅固定裝置及頭枕認證的統(tǒng)一規(guī)定(REGULATION No.17)[S].