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汽车后排座椅试验法规及优化设计

2020-10-14 19:47:38·  来源:天津汽车研究所  
 
在汽车后排座椅开发过程中,其结构造型设计的合理性是乘坐安全性和舒适性的重要保证。在汽车工程研制中,必须充分理解后排座椅设计的法规要求,并在整车设计开发
在汽车后排座椅开发过程中,其结构造型设计的合理性是乘坐安全性和舒适性的重要保证。在汽车工程研制中,必须充分理解后排座椅设计的法规要求,并在整车设计开发中熟练运用法规要求进行验证,结合人机工程学的布置方法,提升后排座椅结构的设计水准。后排座椅既满足国家法规要求,又符合人机工程学,才能实现功能的优化设计,进一步提升乘坐舒适性和安全性。
 
汽车后排座椅系统能够为驾乘者提供足够支撑,确定车上乘员的位置,保证驾驶操作。在汽车转弯时,座椅系统为驾乘者提供侧向支撑,减轻长途驾驶疲劳;发生前向或侧向碰撞事故时,座椅系统与安全带、安全气囊等乘员约束系统一起构成有效的保护装置,降低乘员遭受伤害的风险。此外,后排座椅可增加加热垫、通风、按摩垫、扶手、杯托等配置,大大提高了驾乘舒适性,增加了乘坐乐趣。文章针对汽车后排座椅的结构组成,解读后排座椅法规要求,梳理后排座椅重点试验项目,达到后排座椅优化设计的目的,提升座椅的豪华舒适感。
 
01 后排座椅结构
中国汽车市场目前占比最大的是五座和七座车型,座椅位置大多采用“2+3”和“2+3+2”方式布置,如图1所示。典型后排座椅总成的具体组成,如图2所示。
 
 
后排座椅靠背骨架由40%和60%靠背骨架两部分组成。进行座椅冲击强度试验时,靠背骨架以实际机构的连接方式固定在白车身上,白车身固定在台车上。座椅靠背两侧的锁支架连接靠背锁,车身锁钩与靠背锁处于锁止状态,以固定靠背上部,靠背下部的边支架和中;支架分别通过螺栓固定在车身上。
02 后排座椅法规要求
后排座椅法规
座椅需满足国家法规GB7258《机动车运行安全技术条件》,座椅总成零部件级试验需满足GB15083《汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》、GB11550《汽车座椅头枕强度要求和试验方法》和GB14167《汽车安全带安装固定点、ISOFIX固定点系统及上拉带固定点》的法规要求。
静强度试验
座椅静强度试验是通过后排座椅质心,在试验台上沿水平方向向前和向后分别施加相当于座椅总成质量20倍的负荷;当汽车安全带固定点装在座椅上时,施加上述向前负荷必须同时按GB14167中的规定对安全带的安装固定点施加相应的负荷。后排骨架施加力方向示意,如图3所示。
 
试验过程中或试验后,座椅骨架、座椅固定装置、调节装置、移位折叠装置或其锁止装置均不应失效;试验期间,允许座椅靠背及其紧固件变形,条件是安全带上有效固定点不能低于H点向上450mm的平面。
行李箱冲击试验
行李箱冲击试验采用台车试验台进行正撞工况下的座椅冲击试验。采用尺寸为300mm×300mm×300mm的试验样块,其棱边倒角为20mm,质量为18kg。
滑台试验中,试验样块的布置位置,如图4所示,2个试验样块放置于行李舱的地板上,横向距离保持50mm,纵向距离靠背200mm。
 
试验过程中及试验后,如果后排座椅和靠背锁保持原来位置且功能正常,则认为满足要求。在试验期间,允许座椅靠背及其紧固件变形。
试验靠背和头枕总成的前轮廓不能向前方超出一定的位置:
1) 头枕不得超过座椅R点前方距R点150mm的横向垂直平面;
2)座椅靠背不得超过座椅R点前方距R点100mm的横向垂直平面。
后排座椅动态试验
后排座椅动态试验是模拟车辆发生事故时对乘员的伤害。按50km正碰和50km对碰的整车碰撞试验提取的左B柱底部加速度曲线,在座椅上放置5百分位女性假人,开展正面滑台试验。在试验中从以下两方面去评估后排座椅性能的可靠性。
1)后排座垫与骨架相对位移量。座垫静态位移测量值不大于15mm,动态位移测量值不大于25mm。
2)后排骨架座盆与防下潜杆位移量。座垫静态位移测量值不大于20mm,防下潜杆不允许变形;假人骨盆X向最大位移不大于160mm,Z向最大位移不大于30mm。
03 后排座椅优化设计
头枕高度
对于高度不可调的头枕,后排座椅整体高度不应低于750mm;对于高度可调的头枕,后排座椅最高位置不应低于750mm;在高度750mm以下应无“使用位置”。
座垫宽度和景中宽度
后排座椅H点附近的座垫A面轮廓应设计为相对平坦。该区域如果设计为圆桶形,将会使股骨压力过大,从而引起不舒适感。
图5示出人体解剖学和骨盆结构与座垫的关系。根据图5,后排座垫为了得到良好的乘坐舒适性,景中宽度应不小于280mm,推荐值为280~320mm。推荐95th男性臀部宽度为434mm,因此单个独立座椅宽度需要约480mm(推荐值)才能给95th的男性和50th的女性(臀部宽356mm)提供足够的乘坐空间。
 
由此,座垫宽度一般不小于480mm,推荐值为490~530mm。对于后排三人座椅,对舒适性要求有所降低,主要考虑在满足单个座位宽度大于400mm的条件下,在造型上先满足外侧座椅的舒适性,最小要求480mm,而中间位置座位由于坐人的时候很少,在设计上宽度较窄,舒适性要求均比较低。
后排座椅座垫压陷量
后排臀部位置的座垫压陷量可以用D点来描述,即D点在垂直方向上与未压陷的座垫表面的距离,也称为D点压陷量。座椅压陷量,如图6所示。
 
在进行后排座椅舒适性设计时,从总体布置上考虑,假人大腿中心线与躯干线夹角(α)应大于90°,推荐夹角值为90~115°。在这种情况下,后排座垫的设计参数与前排座垫类似。
D点压陷量与座垫厚度、座垫轮廓形状以及座垫的压陷硬度特性密切相关。D点压陷量值如果太小,会使人感觉座椅太硬,不够舒服;D点压陷量值如果太大,会使人体深陷在座椅里,长时间乘坐容易疲劳。座垫D点压陷量推荐值为35~40mm。
后排座椅座垫长度
后排座椅座垫长度测量方法,如图7所示。
 
后排座垫的长度影响着乘坐的舒适性,长度太小会导致对乘员大腿支撑不足,长度太大又会造成座垫前端与乘员小腿干涉。通常情况下,要求座垫长度(E)≤380mm,推荐值为330mm≤ E ≤370mm。
后排腰部支撑
后排座椅腰部是影响座椅舒适性的关键区域之 一。当靠背与座垫的夹角超过90 °时,乘员脊柱的下部需要得到支撑使脊柱保持自然弯曲状态,否则,会导致乘员疲劳和背部不适。在设计后排座椅时,推荐腰部支撑布置于H点沿躯干线上110~150mm。
后排手柄操作空间
后排手柄或电动开关布置于后排座垫旁侧时,车 门与座垫之间需留有足够的空间,方便座椅进行功能操作,如图8所示,门板与座椅座垫距离≥60mm,手柄与门板距离≥45mm。
 
04 结 论
后排座椅是现代汽车零部件中重要的安全零件。在汽车设计研发中,必须充分理解后排座椅法规,并在整车设计开发初期进行中国法规相关试验验证。为了解决后期市场消费者抱怨后排座椅的设计问题,主机厂必须结合人机工程学布置方法,对后排座椅舒适性设计尺寸进行控制。通过后排座椅的优化改进设计,提升后排座椅的舒适性和安全性。
--END--
作者:张程
公众号编辑:胖 佶
来源:《汽车工程师》
 
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