魏 曾 喻 攀 賀啟才 熊 豐 檀廷軍

近些年來，隨著我國汽車行業(yè)飛速發(fā)展，汽車安全越來越受到人們的關(guān)注。汽車座椅作為保障駕乘人員安全性和舒適性的重要零部件之一，其可靠性和強(qiáng)度必須得到保證。因此，對汽車座椅的性能進(jìn)行檢測和試驗(yàn)是非常必要的。

在汽車行駛過程中，由于路面不平導(dǎo)致車體產(chǎn)生的隨機(jī)振動會通過輪胎/懸架等部件傳遞到座椅；同時(shí)，汽車在起步、加速、急轉(zhuǎn)彎、制動等復(fù)雜工況下，慣性力的存在也會使座椅受到較大的沖擊載荷，因而座椅的受載是一個非常復(fù)雜的過程?？紤]到在實(shí)際試驗(yàn)過程中比較難以模擬如此復(fù)雜的受載工況，相關(guān)研究人員將各種復(fù)雜工況通過一定方法折算為等效的靜態(tài)載荷，并以此作為評定汽車座椅承載性能的標(biāo)準(zhǔn)。

本文在參考GB 15083-2006《汽車座椅/座椅固定裝置及頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法》的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種汽車座椅靠背強(qiáng)度性能試驗(yàn)裝置，重點(diǎn)對加載機(jī)構(gòu)的加載點(diǎn)和加載角度進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了模擬50%男性假人背部的H點(diǎn)機(jī)器施加在座椅靠背上的力的加載。

1 研究背景及分析

汽車座椅作為汽車重要的組成部分之一，也是與駕駛員及乘客接觸最頻繁的部件之一，因此，其受力情況變化多端，座椅靠背作為最主要的承力機(jī)構(gòu)的可靠性就顯得尤為重要。

1.1 實(shí)際使用過程中的座椅受力分析

乘員在座椅中，有很多動作會對靠背產(chǎn)生不同方向的作用力，如上車、伸手拉安全帶、調(diào)節(jié)頭枕高度、將物品放置后排或者從后排拿取物品、調(diào)節(jié)儀表或者開關(guān)置物盒、行駛過程中的加速、轉(zhuǎn)彎等。

以背部與靠背完全貼合為0°，逆時(shí)針方向?yàn)椤?”，順時(shí)針方向?yàn)椤?”。我們通過實(shí)際試驗(yàn)測量并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)建了幾種工況受力圖。

(1)以主駕為例，其上車過程中，背部與座椅靠背角為-45°，座椅受力方向?yàn)?°，見圖1。

(2)以主駕為例，伸手拉安全帶過程中，其背部與座椅靠背角為-20°，座椅受力方向?yàn)?°；

調(diào)節(jié)頭枕高度及汽車加速過程中，背部與座椅靠背角為0°，座椅受力方向?yàn)?°，見圖2。

(3)以主駕為例，將物品放置后排或者從后排拿取物品時(shí)，背部與座椅靠背角為45°，座椅受力方向?yàn)?°；車輛轉(zhuǎn)彎過程中(以左轉(zhuǎn)為例)，背部與座椅靠背角為0°，座椅受力方向?yàn)?5°，見圖3。

1.2 試驗(yàn)方法的制定

為盡可能地接近、復(fù)制座椅使用中乘員對靠背施加的力，參考GB 15083-2006規(guī)定，在不同工況下的極限載荷、加載速率以及加載方向見表1。

圖1 載荷方向0°，背部角度-45°

圖2 載荷方向0°，背部角度0°

圖3 載荷方向45°，背部角度0°

圖4 試驗(yàn)裝置總體架構(gòu)圖

1.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)前后，座椅各部件是否有破損、松動或開裂，如調(diào)角機(jī)構(gòu)、靠背框架、皮革或織物、發(fā)泡、螺栓螺母等；并對噪聲進(jìn)行主觀評估及記錄；記錄靠背角度變化量；記錄靠背調(diào)節(jié)速度變化量(電動調(diào)節(jié)座椅)；記錄調(diào)角器操作力變化量(手動調(diào)節(jié)座椅)。

2 試驗(yàn)裝置總體架構(gòu)

試驗(yàn)中，主要通過加載裝置，在不同加載方向和不同加載力的條件下完成汽車座椅靠背耐久試驗(yàn)。整個試驗(yàn)裝置的總體架構(gòu)圖如圖4所示。試驗(yàn)裝置(系統(tǒng))的機(jī)械部分主要包括座椅的加載裝置以及固定座椅的工裝夾具。加載裝置主要包括假人靠背、調(diào)節(jié)裝置(方向及加載力大小)、靜力加載機(jī)構(gòu)；靜力加載機(jī)構(gòu)主要是通過電缸來實(shí)現(xiàn)的，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保持力的大??；傳感器則用于實(shí)時(shí)獲取加載裝置的角速度和加速度信息等。整個試驗(yàn)過程全自動化，大大提高了試驗(yàn)效率以及試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

2.1 試驗(yàn)加載機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在與汽車上相同的條件下安裝座椅，通過代50%男性假背在座椅靠背上施加一定的載荷來完成此次座椅靠背耐久試驗(yàn)。

加載裝置設(shè)計(jì)，充分考慮了汽車座椅靠背在受力過程中的位置變化，能夠以相對于靠背平面垂直方向可改變±45°的角度施加力，且H點(diǎn)機(jī)器角度也可相對于靠背平面改變±45°角度并加載力。

3試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

在進(jìn)行汽車座椅靠背耐久試驗(yàn)之前，通常需要考慮試驗(yàn)方法的可行性以及試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，對于試驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)同樣尤為重要。試驗(yàn)中具體加載參數(shù)如表1所示。

試驗(yàn)過程中，基于Labview設(shè)計(jì)的上位機(jī)軟件，通過采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄傳感器獲取的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣缸和H點(diǎn)機(jī)器運(yùn)動的角度、角加速度等信息。

4 結(jié)果分析

在整個試驗(yàn)過程中，所設(shè)計(jì)的座椅靠背耐久試驗(yàn)裝置和樣件座椅均未出現(xiàn)任何故障。試驗(yàn)完成后，對樣件座椅進(jìn)行了特性分析，包括座椅的間隙、角度變化以及噪聲主觀評價(jià)等項(xiàng)目，結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1

5 結(jié)論

本文在參考汽車座椅相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種汽車座椅靠背強(qiáng)度性能試驗(yàn)裝置，主要設(shè)計(jì)了座椅靠背的加載機(jī)構(gòu)和試驗(yàn)方法。該裝置能夠準(zhǔn)確地以50%男性假背在座椅靠背上施加不同的載荷，從而達(dá)到模擬座椅實(shí)際使用中各種工況的目的；這對于協(xié)助車企提高汽車座椅靠背的舒適性和強(qiáng)度具有重要意義。整個試驗(yàn)裝置(系統(tǒng))結(jié)構(gòu)簡單、容易操作、實(shí)用性強(qiáng)。T

(注：本文作者單位，中汽研汽車檢驗(yàn)中心(武漢)有限公司，武漢 430056)