黃宇太

（江西凱馬百路佳客車有限公司，南昌330000）

淺析美國FMVSS 207&210客車座椅系統(tǒng)強度認(rèn)證

黃宇太

（江西凱馬百路佳客車有限公司，南昌330000）

簡述美國FMVSS 207&210法規(guī)對客車座椅系統(tǒng)強度的要求，并與國內(nèi)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行對比；通過對某車型座椅進(jìn)行美國FMVSS 207&210符合性認(rèn)證，對其試驗方法、常見失效形式進(jìn)行說明，并提出若干建議。

FMVSS 207&210；客車座椅；強度認(rèn)證

座椅是乘員保護(hù)的最后一道防線，客車上的座椅必須具備一定的被動安全性能，主要體現(xiàn)在座椅本身必須具備一定強度，座椅和車身的連接也必須滿足一定強度要求。我國以及歐洲、北美地區(qū)的法規(guī)體系，均對座椅及其固定強度提出了要求[1-5]。本文主要介紹美國座椅強度方面的法規(guī)，并與國內(nèi)相應(yīng)法規(guī)進(jìn)行對比，通過某車型座椅進(jìn)行FMVSS 207&210符合性認(rèn)證，對相關(guān)試驗方法進(jìn)行說明，并提出若干建議。

1 法規(guī)對比

1.1 美國FMVSS 207&210法規(guī)要求

美國為發(fā)達(dá)國家，法律體系健全。由《國家交通及機(jī)動車安全法》授權(quán)，美國運輸部負(fù)責(zé)制定并實施的聯(lián)邦機(jī)動車安全標(biāo)準(zhǔn)，即FMVSS系列法規(guī)均為強制性的、門檻性的法規(guī)，都和安全密切相關(guān)。FMVSS系列法規(guī)中，與座椅及其連接強度相關(guān)的法規(guī)主要有《FMVSS 207座椅系統(tǒng)》、《FMVSS210座椅安全帶總成固定點》[6-7]等。

在《FMVSS207座椅系統(tǒng)》中，對汽車座椅系統(tǒng)必須承受的載荷做了詳細(xì)說明，主要包括以下4個方面：

1）在可以調(diào)節(jié)到的任何位置：20倍座椅質(zhì)量（kg）乘以9.8，施加在縱向朝前的方向；

2）在可以調(diào)節(jié)到的任何位置：20倍座椅質(zhì)量（kg）乘以9.8，施加在縱向朝后的方向；

3）對于有安全帶裝置附加在座椅上的情況：如果是前向座椅，為如前述1）所述的力；如果是后向座椅，為如前述2）所述的力；同時加上通過座椅安全帶裝置按§571.210的S4.2條款施加在座椅上的力。

4）在座椅最靠后的位置：在座椅椅背上方橫梁或者椅背上方施加相對座椅能夠提供的每個座椅參考點產(chǎn)生373 N·m力矩的力；如果是前向座椅，則為縱向朝后；如果是后向座椅，則為縱向朝前。

其中，3）項所要求的力，是最為關(guān)鍵的。4）項所述的力由于相比其他各項而言較小，為頭枕的強度要求，本文不做單獨研究。在標(biāo)準(zhǔn)《FMVSS 210座椅安全帶總成固定點》（§571.210）的S5.2中，對3）項所述的通過安全帶施加在座椅上的力的試驗方法進(jìn)行了詳細(xì)的說明（安全帶為常用的三點式安全帶）：使座椅處于最靠后的位置，沿座椅正向?qū)ο氯梭w模型以及上人體模型分別施加13 345 N的載荷，載荷方向平行于汽車縱向平面并與水平面成向上的5°與15°之間角度。施加的載荷起始速度不得超過每秒133 447 N，應(yīng)在30 s之內(nèi)達(dá)到13 345 N的載荷值，并至少持續(xù)10 s。

北美地區(qū)一個典型的特點是，對大型客車和小汽車的座椅固定強度要求是一致的，并沒有進(jìn)行區(qū)分。這就使得大型客車也必須滿足和小汽車一樣嚴(yán)格的強度要求。小汽車座椅通常是不帶椅腳的，而客車座椅常帶有椅腳。由于存在力臂的放大作用，這就使得大客車座椅與車身的連接部位承受巨大的應(yīng)力，這種受力狀態(tài)比小汽車還更嚴(yán)苛。

1.2 國內(nèi)法規(guī)要求

在國內(nèi)，對應(yīng)的法規(guī)為GB 15083-2006《汽車座椅及其固定裝置、頭枕強度要求和試驗方法》、GB 13057-2014《客車座椅及其車輛固定件的強度》、GB 14167-2013《汽車安全帶安裝固定點、ISOFIX固定點系統(tǒng)及上拉帶固定點》等[8-10]。中國的國標(biāo)主要參考了歐洲ECE的法規(guī)體系，但是，針對不同類型的車，試驗要求是不一樣的。比如在“GB14167”中規(guī)定：

1）對于M1和N1類的車輛，上人體模型施加13 500 N±200 N的載荷；對于M2和N2類的車輛，上述試驗載荷應(yīng)為6 750 N±200 N；對于M3和N3類的車輛，上述試驗載荷為4 500 N±200 N。

2）對于M1和N1類的車輛，下人體模型施加13 500 N±200 N的載荷；對于M2和N2類的車輛，上述試驗載荷應(yīng)為6 750 N±200 N；對于M3和N3類的車輛，上述試驗載荷為4 500 N±200 N。

3）對于M1和N1類的車輛，在座椅上或與相應(yīng)的座椅的實際質(zhì)量相當(dāng)?shù)淖蜗嚓P(guān)部件上施加相當(dāng)于座椅總成質(zhì)量20倍的力；對于M2和N2類車輛，載荷為座椅總成質(zhì)量的10倍；對于M3和N3類車輛，應(yīng)為座椅總成質(zhì)量的6.6倍。

綜上可見，對歸屬于M3類的大客車而言，相對于其他類型車輛，其座椅結(jié)構(gòu)強度要求打了很大折扣。

我國GB13057-2014《客車座椅及其車輛固定件的強度》對客車座椅及其車輛固定件的強度要求與試驗方法進(jìn)行了規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)針對座椅固定件強度的試驗，要求施加在座椅上的力是每座5 000 N±50 N，即使再加上GB14167要求的施加在安全帶固定點上的力，實際上比美國FMVSS標(biāo)準(zhǔn)所要求的加載力要小很多。該標(biāo)準(zhǔn)還設(shè)置了動態(tài)試驗對座椅強度以及固定件強度等進(jìn)行考核，能夠較好地反映客車座椅的實際使用狀況。在美國FMVSS系列法規(guī)中，則沒有類似要求。

2 FMVSS 207&210座椅系統(tǒng)試驗及建議

某型號的座椅在國外某測試機(jī)構(gòu)進(jìn)行了依據(jù)FMVSS207&210的座椅強度測試試驗。試驗現(xiàn)場如圖1所示。在測試前，需要準(zhǔn)備座椅測試臺架，模擬座椅安裝在車輛上的狀態(tài)。測試臺架的制作應(yīng)選取座椅安裝位置周邊一定范圍內(nèi)的骨架結(jié)構(gòu)，包括部分必要的內(nèi)飾件，完全按照實車的固定方式進(jìn)行固定。

圖1 座椅測試現(xiàn)場

2.1 試驗過程

測試開始前，需要在座椅重心位置焊接一根輔助梁，用以承受座椅質(zhì)量20倍再乘以9.8的水平前向和后向拉力，如1.1所述FMVSS207中1）、2）、3）項所要求的拉力。后向和前向加載試驗分別如圖2和圖3所示。

圖2 后向加載圖

圖3 前向加載圖

對于雙人座椅而言，需要有兩個上人體模型和兩個下人體模型。針對測試過的模型座椅，需要加載的力共計約65 415 N。對于客車而言，這個數(shù)據(jù)是相當(dāng)驚人的。

加載時，實際加載值比規(guī)定值要大，一般加載到超出規(guī)定值的5%并保持10 s以上。如無問題，可繼續(xù)加載以測定系統(tǒng)強度余量，但每測定一個載荷，都必須保持10 s以上才有意義。

2.2 結(jié)果判定

測試完成后，要求座椅結(jié)構(gòu)連接不能松脫，但允許部分結(jié)構(gòu)如椅背等出現(xiàn)合理的、永久的變形。如果座椅及其連接機(jī)構(gòu)不能承受試驗載荷而松脫或失效導(dǎo)致試驗載荷無法在30 s內(nèi)達(dá)到指定值并保持10 s，試驗即是失敗的。加載過程中，如果安全帶出現(xiàn)斷裂，可以換成鋼絲繩模擬安全帶繼續(xù)試驗，但必須重新加載。鋼絲繩的固定方式和纏繞方式必須和安全帶完全一致。圖4所示的曲線是拉力機(jī)各拉力缸拉力-時間曲線，該試驗已經(jīng)取得了成功。各拉力缸在指定時間內(nèi)加載到了規(guī)定的拉力值，并且保持了10 s。其中有一缸在加載過程中出現(xiàn)了波動，表示該處座椅結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了永久變形，但對最后測試結(jié)果沒有影響。

圖4 拉力機(jī)各拉力缸拉力-時間曲線

測試過程中可能會出現(xiàn)因為座椅本身的強度不足或者座椅與車身的連接強度不足而終止試驗。失效位置常出現(xiàn)在有螺栓連接的位置或者焊縫位置。圖5所示的情形為座椅靠背與底座方鋼的焊縫連接強度不足而導(dǎo)致焊縫在試驗中被拉脫；圖6所示的情形為車身側(cè)掛強度不足而導(dǎo)致側(cè)掛埋板在試驗中被撕裂，同時椅腳和車身地板的連接強度也不足。該兩處位置均為有螺栓連接的位置。

試驗失敗后，需要重新制作測試臺架，重新進(jìn)行試驗。

圖5 座椅靠背被拉脫失效

圖6 座椅與車身連接失效

2.3 對客車座椅系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的建議

根據(jù)我們對某型座椅的實際測試情況，如果座椅系統(tǒng)要滿足美國FMVSS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提出建議如下：

1）被測試座椅骨架結(jié)構(gòu)如圖7所示。對于椅背的圓鋼管折彎件，建議采用Φ30 mm的規(guī)格，2.0 mm壁厚以上，并且內(nèi)部夾套一根小尺寸的圓鋼管；對于坐墊下方的矩形鋼管，建議規(guī)格一般為40 mm×40 mm×3.0 mm；椅腳的前后側(cè)建議并焊鐵塊，以增加椅腳的抗扭剛度。建議所有骨架材料的屈服強度為345 MPa以上，材質(zhì)建議為Q345B。由于座椅骨架結(jié)構(gòu)為組焊件，因此對焊縫也有要求。板材與矩形鋼管的焊接要求采用雙面焊縫，所有焊縫必須焊透，不能有焊接缺陷。

圖7 被測座椅骨架

圖8 座椅骨架與車身的連接

2）針對座椅骨架與車身的連接，分為兩個部分：側(cè)掛與車身連接，椅腳與車身連接，如圖8所示。與側(cè)掛連接的“L”型板是焊接在車身側(cè)圍骨架上的，該“L”型板應(yīng)采用6 mm以上厚度，材質(zhì)為Q345B，要求焊接牢固可靠。椅腳與車身地板通過螺栓連接，螺栓需采用高強度螺栓，強度等級在10.9級以上。椅腳后方采用2～3顆固定。另外需要注意的是，螺栓下方必須鎖螺母，不能采用鉆孔攻絲的固定方式。螺母的強度等級也必須在10級以上。各個螺栓連接位置必要時需要局部加強，采用內(nèi)襯埋板的加強方式，確保試驗中不會發(fā)生破壞。

3 結(jié)束語

本文介紹了美國FMVSS 207&210法規(guī)與國內(nèi)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)對比情況，以及實際座椅在進(jìn)行FMVSS認(rèn)證的情形。美國FMVSS 207&210法規(guī)對客車座椅單從強度方面的要求比國內(nèi)要高很多，其試驗方案也有所區(qū)別。該法規(guī)對座椅及其連接強度要求如此之高，也就要求設(shè)計、制造有良好的質(zhì)量，細(xì)微的缺陷可能被放大并導(dǎo)致失敗。同時，在試驗成功后，也要求企業(yè)能夠保證后續(xù)產(chǎn)品的生產(chǎn)一致性。

參考文獻(xiàn)：

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[6]美國CFR.運輸-第571部分：聯(lián)邦機(jī)動車輛安全標(biāo)準(zhǔn)-第571.207節(jié)：207號標(biāo)準(zhǔn)：座椅系統(tǒng)：CFR 49-571.207-1998 [S].1998：5.

[7]美國CFR.運輸-第571部分：聯(lián)邦機(jī)動車輛安全標(biāo)準(zhǔn)-第571.210節(jié)：210號標(biāo)準(zhǔn)：座椅安全帶總成固定點：CFR 49-571.210-1998[S].1998：6.

[8]全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.汽車座椅、座椅固定裝置及頭枕強度要求和試驗方法：GB15083-2006[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006：9.

[9]全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.客車座椅及其車輛固定件的強度：GB13057-2014[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014：10.

[10]全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.汽車安全帶安裝固定點、ISOFIX固定點系統(tǒng)及上拉帶固定點：GB 14167-2013[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013：5.

修改稿日期：2016-11-08

A Brief Analysis on Strength Certification to Coach Seats System of American FMVSS 207&210

HuangYutai
（Jiangxi Bonluck Business Bus Co.,Ltd,Nanchang330000,China）

The author briefly describes the strength requirements to the coach seats system of American FMVSS 207&210,and compares the requirements with the corresponding Chinese standards.By means of the conformity certification ofa coach seats,he presents the test methods of FMVSS 207&210,the common failures modes,and offers some proposals.

FMVSS207&210;coach seat;strength certification

U463.83+6

A

1006-3331（2017）01-0058-04

黃宇太（1985-），男，工程師；主要從事客車總布置設(shè)計工作。