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        汽車兒童座椅分類及其裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2021-04-16 13:24:58張程
        汽車工程師 2021年3期
        關(guān)鍵詞:兒童座椅固定點(diǎn)安全帶

        張程

        (宜賓凱翼汽車有限公司汽車研究院)

        兒童安全座椅專為不同體重或年齡段的兒童設(shè)計(jì),讓兒童于規(guī)范乘坐于車內(nèi),有利用提高兒童乘車安全。當(dāng)汽車發(fā)生事故時(shí),減少車體對(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CRS),它在汽車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,乘用車的設(shè)計(jì)必須滿足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

        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:第1類為0與0+組;第2類為Ⅰ組;第3類為Ⅱ組;第4類為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。該類兒童座椅用車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別的乘用車;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,采用與車身地板的焊接工藝,工藝?yán)慰?,其在車身總成上滿足表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)必須滿足國(guó)家強(qiáng)制法規(guī)要求,讓汽車安全文明發(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,汽車產(chǎn)品更加有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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