張程

（宜賓凱翼汽車(chē)有限公司汽車(chē)研究院）

兒童安全座椅專(zhuān)為不同體重或年齡段的兒童設(shè)計(jì)，讓兒童于規(guī)范乘坐于車(chē)內(nèi)，有利用提高兒童乘車(chē)安全。當(dāng)汽車(chē)發(fā)生事故時(shí)，減少車(chē)體對(duì)兒童的沖壓力、限制兒童身體移動(dòng)，保護(hù)兒童的安全。座椅ISOFIX（International Standards Organization Fix：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)固定點(diǎn)系統(tǒng)）固定兒童座椅的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，已進(jìn)行接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，為兒童座椅提供標(biāo)準(zhǔn)的安裝方式，并能快速安裝和拆卸。兒童安全座椅（Child Restraining System，簡(jiǎn)稱(chēng)CRS），它在汽車(chē)的座椅上使用兒童座椅ISOFIX固定，為兒童提供座位。實(shí)現(xiàn)CRS廣泛通用使用，乘用車(chē)的設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足GB 14166—2013、GB 15083—2019和GB 14167—2013對(duì)座椅、安全帶、ISOFIX固定點(diǎn)的法規(guī)要求。

1 兒童座椅安裝及ISOFIX設(shè)計(jì)

兒童安全座椅CRS，其安裝時(shí)將下端ISOFIX固定座椅下端，上固定點(diǎn)固定于上車(chē)身，安裝示意圖如圖1所示。

圖1 兒童座椅固定示意圖

為了提升汽車(chē)內(nèi)飾精致工藝性，兒童座椅下固定點(diǎn)通常采用隱藏式設(shè)計(jì)，如圖2所示，使座椅坐墊的面套外觀更加精致優(yōu)良。

圖2 兒童座椅下固定點(diǎn)隱藏式設(shè)計(jì)

ISOFIX系統(tǒng)安裝CRS的優(yōu)點(diǎn)：1）圖標(biāo)位置清晰，未露出可視金屬桿；2）白色圖標(biāo)與黑色背景的顏色易發(fā)現(xiàn)；3）ISOFIX下固定點(diǎn)與座椅靠背泡沫被塑料件裝飾，不發(fā)生異響質(zhì)量問(wèn)題；4）打開(kāi)塑料蓋，ISOFIX鎖扣進(jìn)行插入，裝配準(zhǔn)確，不刮傷皮套。

2 兒童座椅系統(tǒng)分類(lèi)

依據(jù)歐洲法規(guī)ECE R44.03和美國(guó)法規(guī)FMVSS 225相關(guān)規(guī)定，我國(guó)將兒童的體重和年齡段限制系統(tǒng)分為5個(gè)組，如表1所示。

其中0組與0+組規(guī)定的體重較相近，實(shí)際劃分兒童座椅的時(shí)候?yàn)橐唤M。對(duì)于市場(chǎng)實(shí)際的兒童座椅，可以分為4類(lèi)：第1類(lèi)為0與0+組；第2類(lèi)為Ⅰ組；第3類(lèi)為Ⅱ組；第4類(lèi)為Ⅲ組。

2.1 提籃式兒童座椅系統(tǒng)

提籃式兒童座椅適用于0與0+組所規(guī)定的兒童，其型式如圖3所示。提籃式可放置于前排或后排座椅，放在后排比放在前排更為安全。后朝向的嬰兒座椅，會(huì)比前朝向的兒童座椅能更好的保護(hù)嬰兒的頭、脖子和頸椎。因此嬰兒的體重未超過(guò)座椅的體重限制或嬰兒坐在座椅上頭部高出座椅背的高度以前，使用提籃式座椅可有效保護(hù)駕乘安全。

圖3 提籃式兒童座椅系統(tǒng)

2.2 前向兒童座椅系統(tǒng)

前向兒童座椅適用于Ⅰ組規(guī)定的兒童，其型式如圖4所示。此類(lèi)座椅通常放置后排座椅上，同樣I組兒童的體重未超過(guò)座椅的體重限制或坐在座椅上頭部未高出兒童座椅背的高度，保持使用此類(lèi)座椅。

圖4 前向兒童座椅系統(tǒng)

2.3 輔助軟墊兒童座椅

輔助軟墊兒童座椅適用于Ⅱ組規(guī)定的兒童，其型式如圖5所示。輔助軟墊兒童座椅包裹性好，4～6歲兒童乘坐時(shí)可以完全包裹身體，對(duì)兒童起到非常好的安全保護(hù)。

圖5 輔助軟墊兒童座椅

2.4 增高墊兒童座椅

增高墊座椅適用于Ⅲ組規(guī)定的兒童，其型式如圖6所示。增高墊兒童座椅布置安裝于后排座椅上。該類(lèi)兒童座椅用車(chē)上成年安全帶將兒童跟座椅一起固定在座椅上。

圖6 增高墊兒童座椅

3 兒童座椅固定裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

汽車(chē)ISOFIX系統(tǒng)裝置是安裝兒童座椅的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，在汽車(chē)坐墊下端有座椅2個(gè)剛性固定點(diǎn)，座椅靠背上端有上固定點(diǎn)，共同組成了限制兒童座椅系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)的裝置[1]。

ISOFIX系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：兒童座椅安裝方式統(tǒng)一，同一款兒童座椅可安裝于不同類(lèi)別的乘用車(chē)；安裝方式簡(jiǎn)單并便利，符合大眾人群的使用習(xí)慣；兒童座椅與車(chē)身形成剛性整體，避免了兒童座椅安裝松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，提高了兒童座椅的動(dòng)態(tài)性能強(qiáng)度。

3.1 ISOFIX下部固定點(diǎn)設(shè)計(jì)和布置要求

ISOFIX系統(tǒng)下固定點(diǎn)采用2個(gè)同軸心、直徑為（6±0.1）mm的圓心鋼管[2]，有效使用最小有效長(zhǎng)度為25 mm，鋼管中心到人體布置H點(diǎn)的水平距離不小于120 mm，如圖7所示。

圖7 ISOFIX下部固定點(diǎn)設(shè)計(jì)和布置

ISOFIX系統(tǒng)下部固定點(diǎn)組件，采用與車(chē)身地板的焊接工藝，工藝?yán)慰?，其在?chē)身總成上滿(mǎn)足表2尺寸要求。

表2 兒童座椅下部固定點(diǎn)尺寸要求

3.2 Gabarit(樣板)校核

兒童座椅處于校核位置，Buckle（安全帶扣）低于Gabarit模塊外端邊緣，模型更加整車(chē)人機(jī)工程布置貼合座椅表皮固定，除去坐墊泡沫的壓陷影響，織帶拉出長(zhǎng)度（250±50）mm[3]，如圖8所示。3D數(shù)模模型中放置模塊與實(shí)際兒童座椅放置有一點(diǎn)誤差，實(shí)際調(diào)整以真實(shí)座椅安裝為準(zhǔn)。Buckle高于Gabarit模板的座椅安全帶通過(guò)點(diǎn)，會(huì)造成安全帶不能很好貼合兒童座椅。

圖8 Buckle高于Gabarit模板圖

為了有效安全地使用兒童座椅，安全帶Buckle必須滿(mǎn)足低于Gabarit模塊邊緣，布置圖如圖9所示。兒童座椅模型按照整車(chē)人機(jī)布置要求固定后，安全帶通過(guò)3點(diǎn)式穿戴方式通過(guò)Gabarit模塊，其織帶拉出長(zhǎng)度≥150 mm。Buckle帶扣上測(cè)量中心尺寸布置必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范：A=（45±10）mm、B=（60±10）mm，同時(shí)根據(jù)安全帶織帶拉出長(zhǎng)度要求不少于3 100 mm。

圖9 Buckle布置要求

3.3 ISOFIX試驗(yàn)分析

汽車(chē)ISOFIX系統(tǒng)的固定點(diǎn)靜態(tài)強(qiáng)度通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)，測(cè)試設(shè)備施加力沿車(chē)輛縱向向前，力與模擬兒童座椅模型與水平面成（10±5）°的方向，施加（8±0.25）kN的靜態(tài)拉力[4]，如圖10所示。兒童座椅模型和上拉帶的固定點(diǎn)的位置，對(duì)其預(yù)施加50 N的預(yù)加載力；試驗(yàn)在水平方向上對(duì)座椅總成部件20倍質(zhì)量的預(yù)載荷。

圖10 ISOFIX固定點(diǎn)靜態(tài)強(qiáng)度測(cè)試

結(jié)合現(xiàn)代汽車(chē)的CAE仿真技術(shù)，座椅ISOFIX可虛擬設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)仿真，根據(jù)分析零部件鋼件強(qiáng)度情況對(duì)ISOFIX系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整與參數(shù)優(yōu)化[5]，避免后期試驗(yàn)失效引起重新實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的重復(fù)過(guò)程。

4 結(jié)論

兒童的安全心系全家人的身心安全，對(duì)兒童的安全保障也成為全社會(huì)應(yīng)盡的重任。ISOFIX系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足國(guó)家強(qiáng)制法規(guī)要求，讓汽車(chē)安全文明發(fā)展。ISOFIX系統(tǒng)方便和簡(jiǎn)單的操作，有效地避免誤用，并且能快速切換后排乘坐模式。汽車(chē)制造廠已規(guī)范ISOFIX系統(tǒng)下部固定點(diǎn)設(shè)計(jì)和布置要求，并制定統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合CAE分析，實(shí)車(chē)進(jìn)行實(shí)物驗(yàn)證，通過(guò)規(guī)范的設(shè)計(jì)驗(yàn)證體系必能讓兒童座椅更廣泛使用，汽車(chē)產(chǎn)品更加有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。