簡析智能兒童安全座椅的結構與安全性

摘要：現(xiàn)如今私家車數(shù)量明顯增加，且交通事故發(fā)生率也在逐年上升，兒童安全座椅成為人們迫切需要的一種安全防護工具，其可十分有效地保證兒童的安全。本文就主要分析了智能兒童安全座椅的結構與安全性，以供借鑒。

關鍵詞：智能兒童安全座椅；結構；安全性

將一款適合0-6歲兒童的兒童安全座椅，改制為智能兒童安全座椅，可借助集成內置控制系統(tǒng)、電動調節(jié)機構以及APP，實現(xiàn)座椅靠背、安全帶限孔位高度以及頭枕高度的自動調節(jié)。之后以仿真技術為基礎，對改制后的安全座椅的安全性進行分析。

1兒童安全座椅的智能化設計

對傳統(tǒng)兒童安全座椅開展智能化設計，使用兩組電控調節(jié)裝置，一組主要調節(jié)座椅的靠背角，一組調節(jié)頭枕的高度和安全帶限位孔的高度。并設置內置控制系統(tǒng)，應用手機APP，對系統(tǒng)中的藍牙加以控制。且以APP當中的數(shù)據(jù)保證電控調節(jié)裝置中電機的正常運轉。在改進后智能兒童安全座椅主要由3個部分構成，分別為座椅的機械結構、控制系統(tǒng)、手機APP。

2機械結構設計分析

2.1智能設計前的結構及問題

改進前座椅由基座、靠背、頭枕以及兒童五點式安全帶構成。座椅以手動調節(jié)為主，故而在調節(jié)中易發(fā)生肩帶限位孔高度與頭枕高度無法與兒童身高相適應的問題。而且靠背角的大小與兒童的身高也不完全匹配。（見圖1）

相關研究顯示，由于兒童的年齡和身高不同，所以應在不同的靠背角、頭枕高度和限位孔高度處設置有效的安全防護。

2.2智能設計后安全座椅的結構分析

以智能化設計前的安全座椅結構為基礎，加設2組電控調節(jié)機構，進而實現(xiàn)電控調節(jié)。

2.2.1靠背角調節(jié)機構

靠背角調節(jié)機構應設置在基座當中，見圖2。改裝后座椅底部的形狀未發(fā)生變化，不會影響安全帶的固定作用。機構由電機、齒輪、水平傳動螺桿、滑塊和傳動桿5部分組。動輪和水平傳動采用螺桿固定連接，水平傳動螺桿與滑塊采用螺紋連接，滑塊與座椅靠背采用2根傳動桿連接。

調節(jié)機構得到指令后，電機開始運行，齒輪和水平螺桿也會開始轉動，進而保證滑塊能夠沿著水平傳動螺桿正常移動。最后借助連接桿推動座椅靠背移動，使靠背角智能調節(jié)成為現(xiàn)實。

2.2.2頭枕高度和肩帶限位孔高度調節(jié)機構

頭枕高度與肩帶限位孔高度調節(jié)機構設置在靠背后方，整個機構覆蓋在零件內部，因此座椅的外觀不會受到影響。這一裝置主要由電機、齒輪、豎直傳動螺桿組成。且從動輪與豎直傳動螺桿固定連接，而肩帶限位零件、頭枕和豎直傳動螺桿采用螺紋連接。

調節(jié)機構結束，電機工作，齒輪和豎直傳動螺桿也會運行，在豎直傳動螺桿轉動的過程中，頭枕及安全帶限位零件也會以豎直傳動螺桿為參照物調整升降狀態(tài)，從而實現(xiàn)頭枕和安全帶高度的智能調節(jié)。

2.3控制系統(tǒng)設計與手機App

智能兒童安全座椅控制系統(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是硬件算法，一部分是軟件算法，軟件算法應以乘客的身高為基礎。在收集APP當中輸入乘客的身高，使用藍牙將其傳送給座椅控制系統(tǒng)，系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)后，電控調節(jié)裝置的電機開始運行，座椅可自動調節(jié)肩帶限位孔、頭枕的高度以及靠背角。

改裝后的智能兒童安全座椅，家長只需通過收集APP和藍牙，并將其連接到座椅的控制系統(tǒng)當中，輸入并傳輸乘客的身高，座椅就可根據(jù)數(shù)據(jù)來調節(jié)座椅的高度和其他參數(shù)，這種智能安全座椅使用更加便捷，安全性更高。

2.4建立智能兒童安全座椅模型

在系統(tǒng)驗證后，將改裝前的座椅模型加設兩組調節(jié)裝置，創(chuàng)建智能兒童化模型。

3智能設計前后安全座椅的安全性能對比分析

相關要求規(guī)定，兒童乘客的胸部合成加速度為55g以上的累積時間應在3ms，胸部加速度在30g以上的累計時間應在3ms以內。

智能化設計前的安全座椅，后假人胸部垂直加速度見圖3，座椅智能化設計之前假人的垂直加速度峰值為18.16g，智能化設計后，峰值為32.20g，提升較為明顯。而智能化設計后垂直加速度30g以上的時間為1.7ms，符合要求。

安全座椅智能化設計前后假人胸部合成加速度見圖4，座椅智能化設計前的假人合成加速度峰值為62.42g，合成加速度在55g以上的累積時間為5.84ms，明顯不符合要求。智能化設計后，假人的合成加速度峰值為54.93g，累計時間為0，符合要求。因此，智能化設計后的兒童安全座椅安全性更強。

4結束語

上文對兒童智能安全座椅設計進行了簡要分析，發(fā)現(xiàn)智能安全座椅操作更加便捷，安全性更高，可以說智能安全座椅的性能較傳統(tǒng)座椅明顯提升。

參考文獻：

[1]曹立波，吳夢華，吳俊，等.智能兒童安全座椅的結構與安全性研究[J].汽車技術，2017（12）

[2]張瑞鋒，曹立波，陳亞.智能集成式兒童安全座椅的臺車正面碰撞試驗研究[J].汽車工程.2015（03）

作者簡介：范慧琳（1991.9—）女，漢族，籍貫：山西晉中人，湖北工業(yè)大學工業(yè)設計學院，在讀研究生，碩士學位，專業(yè)：工業(yè)設計工程，研究方向：產(chǎn)品設計。