劉傳龍 李四海

摘要：本文圍繞《GB11550-2009汽車座椅頭枕強度要求和試驗方法》[1]完成汽車座椅頭枕強度和試驗測試所需要的試驗臺架展開研究。分析了座椅靠背加載和頭枕加載之間的受力特點；理清了頭型與軀干線之間距離測試的基準線確認方法，并解釋了此距離數(shù)據(jù)相關(guān)于追尾碰撞的安全性意義；另外還就頭枕間隙測量用測量規(guī)設(shè)計做了嘗試性研究。

關(guān)鍵詞：頭枕間隙；軀干線基準；頭枕加載

中圖分類號：U463.836 文獻標識碼：A 文章編號：1003-2177（2019）05-0122-03

1 背景情況

隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，車輛乘員座椅的舒適性、安全性要求越來越受到汽車消費者和生產(chǎn)者的重視，我國生產(chǎn)企業(yè)也以各種形式與許多世界知名座椅生產(chǎn)廠家進行了技術(shù)合作，引進了各種新的產(chǎn)品、新的試驗檢測規(guī)范。國家相關(guān)職能機構(gòu)也制定了車輛座椅質(zhì)量和性能的相應(yīng)的國家標準，《GB11550-2009汽車座椅頭枕強度要求和試驗方法》就是這些標準之一，圍繞完成該標準中5.1～5.5的測試過程，國內(nèi)多個汽車測試設(shè)備制造商研制了相應(yīng)的試驗設(shè)備[2]。

1.1 目前國內(nèi)提供的座椅及頭枕測試設(shè)備加載方法

如圖1所示。

其工作步驟是：（1）預(yù)先使用H點裝置在座椅上確認H點位置[3]，并用激光對中儀標記H點軸線；（2）撤去H點裝置，調(diào)整試驗機回轉(zhuǎn)臂中心與對中儀標記軸線（H點）重合；（3）啟動試驗控制程序，首先由靠背加載器A加載，一直到背板加載力F0滿足相對H點力矩為373Nm時為止，然后讓加載器A自鎖（使安裝加載器B的回轉(zhuǎn)臂空間位置保持穩(wěn)定）；（4）再啟動頭枕加載器B加載，一直到加載力值F2滿足相對H點力矩為373Nm時為止。

1.2 目前試驗設(shè)備存在的問題

（1）當執(zhí)行上節(jié)第“（4）”步加載器B開始加載后，在“楔子效應(yīng)”作用下，F(xiàn)1將從F0逐漸降低，因為由頭枕、靠背、調(diào)角器等組成的靠背系統(tǒng)不是剛體，具有很大彈性，所以這種降低的速度將不會很快，當力值F2滿足相對H點力矩為373Nm時，F(xiàn)1將不會為零，使得假背上還有殘余力矩存在，導(dǎo)致靠背系統(tǒng)承受的總力矩將大于文獻[1]的373Nm規(guī)定，即頭枕加載參數(shù)沒有唯一確定，這種情形的存在已被測量實踐所證明。（2）與H點裝置背板不同，假背上沒有軀干基準線，導(dǎo)致回轉(zhuǎn)力臂上也沒有相對軀干基準線，將無法滿足文獻[1]附錄D圖中x所定義——關(guān)于頭枕與加載后軀干基準線間距離的測量條件，即存在軀干基準線缺失問題。（3）現(xiàn)有設(shè)備中沒有設(shè)計頭枕間隙測量功能，按文獻[1]附錄E圖中a所示定義出發(fā)，由于在加載狀態(tài)的被測位置被頭型半球所遮擋無法接近，即使手工測量也不可行；其它的幾何測量，比如頭枕高度、頭枕寬度等也未設(shè)計測量工具，而采用手工測量，測量準確度極低。

2 改進措施與方法

（1）在試驗設(shè)備設(shè)計中嵌入減縮版H點裝置，省略小腿和腳部零件和配重砝碼，并將H點裝置和回轉(zhuǎn)臂及其上所附加部件配重到65～67.5Kg（確定H點時需先將加載裝置A與回轉(zhuǎn)臂脫離，加載時再連接）。直接在座椅上一次確定H點位置，無需使用激光對中儀標記H點軸線來二次定位試驗設(shè)備，如圖2所示。

（2）假背與回轉(zhuǎn)力臂的連接桿（連接F0/F1傳感器處）設(shè)計長度可調(diào)機構(gòu)，連接桿在回轉(zhuǎn)臂端剛性固定聯(lián)結(jié)，另一端通過加裝萬向鋼球（或稱牛眼軸承）與假背開放連接。在背板加載完成并鎖止加載器A后，調(diào)整收縮連接桿長度，使萬向鋼球與假背脫離接觸，消除F1為零；然后啟動頭枕加載程序，保證靠背系統(tǒng)總力矩只包含加載器B所施加載荷為373Nm。

（3）在設(shè)備中等效采用H點裝置背板為加載假背，該假背含有與軀干線平行的基準面，設(shè)計上保證回轉(zhuǎn)臂長邊與假背上的軀干線平行，當背板加載完成并鎖止加載器A后，軀干線與回轉(zhuǎn)臂的相對距離將保持不變，從而確定了頭枕加載器B的相對軀干線基準，這樣可以在設(shè)備中設(shè)計頭枕軀干線距離測量尺，并在測量尺上確定軀干線基準點，當頭枕加載完成后可直接讀取頭枕軀干線距離數(shù)據(jù)。另外，頭枕高度和頭枕寬度也可在設(shè)備中設(shè)計相應(yīng)的直讀測量尺。嘗試設(shè)計各測量尺配置如圖3所示。

（4）為了解決頭枕間隙測量時的可接近性，設(shè)計專用可互換測量頭型，用于測量頭枕橫向間隙和豎直間隙。專用測量頭型與常規(guī)頭型安裝上可以互換，其上附加設(shè)計間隙比例測量規(guī)，規(guī)腳尾端配置光傳導(dǎo)光纖，光線可通過專用頭型中心弧線上的窄縫射出，便于測試人員目測并調(diào)整測量規(guī)腳，然后在規(guī)腳后端比例尺上讀取間隙尺寸。嘗試設(shè)計原理如圖4所示。

3 頭型軀干基準線距離數(shù)值的被動安全意義

（1）汽車座椅頭枕與乘員頭部間的相對距離在一般情況下并不為零，也就是說正常乘坐乘員后腦通常不與頭枕接觸。當行進或者靜止中車輛被后方車輛追尾碰撞時，乘員頭部在慣性原理作用下必然向后偏轉(zhuǎn)運動，此時乘員頸椎將有可能受到“鞭掃”效應(yīng)傷害，這種傷害的嚴重程度將取決于兩車碰撞的相對速度大小和后腦與頭枕之間的相對距離，這個距離越大，傷害可能性也越大。所以，作為一個被動安全措施，在文獻[1]中第5.4.4.6節(jié)，對頭型軀干基準線距離做了相應(yīng)規(guī)定，要求此距離小于102mm。

（2）根據(jù)美國“運輸部—國家高速公路交通安全局—聯(lián)邦機動車安全標準標準—頭枕”及美國“高速公路安全保險協(xié)會（IIHS）—頭枕性能評價程序”，當使用帶有頭枕測量裝置（HRMD）的SAE J826 H點裝置確認座椅H點時，可按圖5、圖6進行測量，并按圖7所示對頭枕完成安全評級。

4 結(jié)語

本文通過對當前座椅及頭枕測試設(shè)備的解剖分析，對照國家頒布的法定規(guī)范文件，找出了當前設(shè)備存在：需要激光對中儀配合完成H點定位、頭枕加載參數(shù)不能唯一確定、軀干基準線缺失、頭枕間隙測量沒有可接近性和缺少幾何測量工具等瑕疵和不足，并針對性地提出了解決方案，這些改進對當前汽車座椅及頭枕測試技術(shù)水平與合規(guī)性將有現(xiàn)實的提高。

參考文獻

[1] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗總局、國家標準化管理委員會.GB 11550-2009.汽車座椅頭枕強度要求和試驗方法[S].

[2] 唐家兵，劉立偉，李曉波，吳亞東.轉(zhuǎn)向機構(gòu)沖擊試驗臺發(fā)射機構(gòu)的開發(fā)[J].汽車工程，2010（3）：263-265.

[3] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗總局、國家標準化管理委員會.GB/T 29120-2012.H點和R點確定程序[S].