汽車座椅頭枕強度性能試驗臺原理研究

劉傳龍 李四海

（十堰市產品質量監督檢驗所，湖北十堰 442000）

1 背景情況

隨著我國汽車工業的快速發展，車輛乘員座椅的舒適性、安全性要求越來越受到汽車消費者和生產者的重視，我國生產企業也以各種形式與許多世界知名座椅生產廠家進行了技術合作，引進了各種新的產品、新的試驗檢測規范。國家相關職能機構也制定了車輛座椅質量和性能的相應的國家標準，《GB11550-2009汽車座椅頭枕強度要求和試驗方法》就是這些標準之一，圍繞完成該標準中5.1～5.5的測試過程，國內多個汽車測試設備制造商研制了相應的試驗設備。

1.1 目前國內提供的座椅及頭枕測試設備加載方法

如圖1所示。

其工作步驟是：（1）預先使用H點裝置在座椅上確認H點位置，并用激光對中儀標記H點軸線；（2）撤去H點裝置，調整試驗機回轉臂中心與對中儀標記軸線（H點）重合；（3）啟動試驗控制程序，首先由靠背加載器A加載，一直到背板加載力F滿足相對H點力矩為373Nm時為止，然后讓加載器A自鎖（使安裝加載器B的回轉臂空間位置保持穩定）；（4）再啟動頭枕加載器B加載，一直到加載力值F滿足相對H點力矩為373Nm時為止。

1.2 目前試驗設備存在的問題

（1）當執行上節第“（4）”步加載器B開始加載后，在“楔子效應”作用下，F將從F逐漸降低，因為由頭枕、靠背、調角器等組成的靠背系統不是剛體，具有很大彈性，所以這種降低的速度將不會很快，當力值F滿足相對H點力矩為373Nm時，F將不會為零，使得假背上還有殘余力矩存在，導致靠背系統承受的總力矩將大于文獻[1]的373Nm規定，即頭枕加載參數沒有唯一確定，這種情形的存在已被測量實踐所證明。（2）與H點裝置背板不同，假背上沒有軀干基準線，導致回轉力臂上也沒有相對軀干基準線，將無法滿足文獻[1]附錄D圖中x所定義——關于頭枕與加載后軀干基準線間距離的測量條件，即存在軀干基準線缺失問題。（3）現有設備中沒有設計頭枕間隙測量功能，按文獻[1]附錄E圖中a所示定義出發，由于在加載狀態的被測位置被頭型半球所遮擋無法接近，即使手工測量也不可行；其它的幾何測量，比如頭枕高度、頭枕寬度等也未設計測量工具，而采用手工測量，測量準確度極低。

圖1 現有座椅及頭枕加載原理圖

圖2 改進座椅及頭枕加載原理圖

圖3 測量尺配置位置示意圖

2 改進措施與方法

（1）在試驗設備設計中嵌入減縮版H點裝置，省略小腿和腳部零件和配重砝碼，并將H點裝置和回轉臂及其上所附加部件配重到65～67.5Kg（確定H點時需先將加載裝置A與回轉臂脫離，加載時再連接）。直接在座椅上一次確定H點位置，無需使用激光對中儀標記H點軸線來二次定位試驗設備，如圖2所示。

圖4 頭枕間隙測量專用頭型原理圖

圖5 頭枕后腦距離測量

圖6 頭枕頭頂距離測量

圖7 頭枕安全評級圖示

（2）假背與回轉力臂的連接桿（連接F/F傳感器處）設計長度可調機構，連接桿在回轉臂端剛性固定聯結，另一端通過加裝萬向鋼球（或稱牛眼軸承）與假背開放連接。在背板加載完成并鎖止加載器A后，調整收縮連接桿長度，使萬向鋼球與假背脫離接觸，消除F為零；然后啟動頭枕加載程序，保證靠背系統總力矩只包含加載器B所施加載荷為373Nm。

（3）在設備中等效采用H點裝置背板為加載假背，該假背含有與軀干線平行的基準面，設計上保證回轉臂長邊與假背上的軀干線平行，當背板加載完成并鎖止加載器A后，軀干線與回轉臂的相對距離將保持不變，從而確定了頭枕加載器B的相對軀干線基準，這樣可以在設備中設計頭枕軀干線距離測量尺，并在測量尺上確定軀干線基準點，當頭枕加載完成后可直接讀取頭枕軀干線距離數據。另外，頭枕高度和頭枕寬度也可在設備中設計相應的直讀測量尺。嘗試設計各測量尺配置如圖3所示。

（4）為了解決頭枕間隙測量時的可接近性，設計專用可互換測量頭型，用于測量頭枕橫向間隙和豎直間隙。專用測量頭型與常規頭型安裝上可以互換，其上附加設計間隙比例測量規，規腳尾端配置光傳導光纖，光線可通過專用頭型中心弧線上的窄縫射出，便于測試人員目測并調整測量規腳，然后在規腳后端比例尺上讀取間隙尺寸。嘗試設計原理如圖4所示。

3 頭型軀干基準線距離數值的被動安全意義

（1）汽車座椅頭枕與乘員頭部間的相對距離在一般情況下并不為零，也就是說正常乘坐乘員后腦通常不與頭枕接觸。當行進或者靜止中車輛被后方車輛追尾碰撞時，乘員頭部在慣性原理作用下必然向后偏轉運動，此時乘員頸椎將有可能受到“鞭掃”效應傷害，這種傷害的嚴重程度將取決于兩車碰撞的相對速度大小和后腦與頭枕之間的相對距離，這個距離越大，傷害可能性也越大。所以，作為一個被動安全措施，在文獻[1]中第5.4.4.6節，對頭型軀干基準線距離做了相應規定，要求此距離小于102mm。

（2）根據美國“運輸部—國家高速公路交通安全局—聯邦機動車安全標準標準—頭枕”及美國“高速公路安全保險協會（IIHS）—頭枕性能評價程序”，當使用帶有頭枕測量裝置（HRMD）的SAE J826 H點裝置確認座椅H點時，可按圖5、圖6進行測量，并按圖7所示對頭枕完成安全評級。

4 結語

本文通過對當前座椅及頭枕測試設備的解剖分析，對照國家頒布的法定規范文件，找出了當前設備存在：需要激光對中儀配合完成H點定位、頭枕加載參數不能唯一確定、軀干基準線缺失、頭枕間隙測量沒有可接近性和缺少幾何測量工具等瑕疵和不足，并針對性地提出了解決方案,這些改進對當前汽車座椅及頭枕測試技術水平與合規性將有現實的提高。