簡(jiǎn)析智能兒童安全座椅的結(jié)構(gòu)與安全性

摘要：現(xiàn)如今私家車數(shù)量明顯增加，且交通事故發(fā)生率也在逐年上升，兒童安全座椅成為人們迫切需要的一種安全防護(hù)工具，其可十分有效地保證兒童的安全。本文就主要分析了智能兒童安全座椅的結(jié)構(gòu)與安全性，以供借鑒。

關(guān)鍵詞：智能兒童安全座椅；結(jié)構(gòu)；安全性

將一款適合0-6歲兒童的兒童安全座椅，改制為智能兒童安全座椅，可借助集成內(nèi)置控制系統(tǒng)、電動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及APP，實(shí)現(xiàn)座椅靠背、安全帶限孔位高度以及頭枕高度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。之后以仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)改制后的安全座椅的安全性進(jìn)行分析。

1兒童安全座椅的智能化設(shè)計(jì)

對(duì)傳統(tǒng)兒童安全座椅開展智能化設(shè)計(jì)，使用兩組電控調(diào)節(jié)裝置，一組主要調(diào)節(jié)座椅的靠背角，一組調(diào)節(jié)頭枕的高度和安全帶限位孔的高度。并設(shè)置內(nèi)置控制系統(tǒng)，應(yīng)用手機(jī)APP，對(duì)系統(tǒng)中的藍(lán)牙加以控制。且以APP當(dāng)中的數(shù)據(jù)保證電控調(diào)節(jié)裝置中電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在改進(jìn)后智能兒童安全座椅主要由3個(gè)部分構(gòu)成，分別為座椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、手機(jī)APP。

2機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

2.1智能設(shè)計(jì)前的結(jié)構(gòu)及問題

改進(jìn)前座椅由基座、靠背、頭枕以及兒童五點(diǎn)式安全帶構(gòu)成。座椅以手動(dòng)調(diào)節(jié)為主，故而在調(diào)節(jié)中易發(fā)生肩帶限位孔高度與頭枕高度無法與兒童身高相適應(yīng)的問題。而且靠背角的大小與兒童的身高也不完全匹配。（見圖1）

相關(guān)研究顯示，由于兒童的年齡和身高不同，所以應(yīng)在不同的靠背角、頭枕高度和限位孔高度處設(shè)置有效的安全防護(hù)。

2.2智能設(shè)計(jì)后安全座椅的結(jié)構(gòu)分析

以智能化設(shè)計(jì)前的安全座椅結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，加設(shè)2組電控調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電控調(diào)節(jié)。

2.2.1靠背角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

靠背角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)置在基座當(dāng)中，見圖2。改裝后座椅底部的形狀未發(fā)生變化，不會(huì)影響安全帶的固定作用。機(jī)構(gòu)由電機(jī)、齒輪、水平傳動(dòng)螺桿、滑塊和傳動(dòng)桿5部分組。動(dòng)輪和水平傳動(dòng)采用螺桿固定連接，水平傳動(dòng)螺桿與滑塊采用螺紋連接，滑塊與座椅靠背采用2根傳動(dòng)桿連接。

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)得到指令后，電機(jī)開始運(yùn)行，齒輪和水平螺桿也會(huì)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而保證滑塊能夠沿著水平傳動(dòng)螺桿正常移動(dòng)。最后借助連接桿推動(dòng)座椅靠背移動(dòng)，使靠背角智能調(diào)節(jié)成為現(xiàn)實(shí)。

2.2.2頭枕高度和肩帶限位孔高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

頭枕高度與肩帶限位孔高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置在靠背后方，整個(gè)機(jī)構(gòu)覆蓋在零件內(nèi)部，因此座椅的外觀不會(huì)受到影響。這一裝置主要由電機(jī)、齒輪、豎直傳動(dòng)螺桿組成。且從動(dòng)輪與豎直傳動(dòng)螺桿固定連接，而肩帶限位零件、頭枕和豎直傳動(dòng)螺桿采用螺紋連接。

調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)結(jié)束，電機(jī)工作，齒輪和豎直傳動(dòng)螺桿也會(huì)運(yùn)行，在豎直傳動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，頭枕及安全帶限位零件也會(huì)以豎直傳動(dòng)螺桿為參照物調(diào)整升降狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)頭枕和安全帶高度的智能調(diào)節(jié)。

2.3控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與手機(jī)App

智能兒童安全座椅控制系統(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是硬件算法，一部分是軟件算法，軟件算法應(yīng)以乘客的身高為基礎(chǔ)。在收集APP當(dāng)中輸入乘客的身高，使用藍(lán)牙將其傳送給座椅控制系統(tǒng)，系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)后，電控調(diào)節(jié)裝置的電機(jī)開始運(yùn)行，座椅可自動(dòng)調(diào)節(jié)肩帶限位孔、頭枕的高度以及靠背角。

改裝后的智能兒童安全座椅，家長(zhǎng)只需通過收集APP和藍(lán)牙，并將其連接到座椅的控制系統(tǒng)當(dāng)中，輸入并傳輸乘客的身高，座椅就可根據(jù)數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)座椅的高度和其他參數(shù)，這種智能安全座椅使用更加便捷，安全性更高。

2.4建立智能兒童安全座椅模型

在系統(tǒng)驗(yàn)證后，將改裝前的座椅模型加設(shè)兩組調(diào)節(jié)裝置，創(chuàng)建智能兒童化模型。

3智能設(shè)計(jì)前后安全座椅的安全性能對(duì)比分析

相關(guān)要求規(guī)定，兒童乘客的胸部合成加速度為55g以上的累積時(shí)間應(yīng)在3ms，胸部加速度在30g以上的累計(jì)時(shí)間應(yīng)在3ms以內(nèi)。

智能化設(shè)計(jì)前的安全座椅，后假人胸部垂直加速度見圖3，座椅智能化設(shè)計(jì)之前假人的垂直加速度峰值為18.16g，智能化設(shè)計(jì)后，峰值為32.20g，提升較為明顯。而智能化設(shè)計(jì)后垂直加速度30g以上的時(shí)間為1.7ms，符合要求。

安全座椅智能化設(shè)計(jì)前后假人胸部合成加速度見圖4，座椅智能化設(shè)計(jì)前的假人合成加速度峰值為62.42g，合成加速度在55g以上的累積時(shí)間為5.84ms，明顯不符合要求。智能化設(shè)計(jì)后，假人的合成加速度峰值為54.93g，累計(jì)時(shí)間為0，符合要求。因此，智能化設(shè)計(jì)后的兒童安全座椅安全性更強(qiáng)。

4結(jié)束語

上文對(duì)兒童智能安全座椅設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，發(fā)現(xiàn)智能安全座椅操作更加便捷，安全性更高，可以說智能安全座椅的性能較傳統(tǒng)座椅明顯提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹立波，吳夢(mèng)華，吳俊，等.智能兒童安全座椅的結(jié)構(gòu)與安全性研究[J].汽車技術(shù)，2017（12）

[2]張瑞鋒，曹立波，陳亞.智能集成式兒童安全座椅的臺(tái)車正面碰撞試驗(yàn)研究[J].汽車工程.2015（03）

作者簡(jiǎn)介：范慧琳（1991.9—）女，漢族，籍貫：山西晉中人，湖北工業(yè)大學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)院，在讀研究生，碩士學(xué)位，專業(yè)：工業(yè)設(shè)計(jì)工程，研究方向：產(chǎn)品設(shè)計(jì)。