乘用車座椅ISOFIX兒童固定點強度分析

霍成鵬　貝擁　朱峰　黃海峰

摘 要：文章針對汽車三人座椅的ISOFIX的設(shè)計，滿足國家強制法規(guī)要求，通過FEA對不同工況的ISOFIX固定點的強度分析，分析計算結(jié)果，得出ISOFIX設(shè)計滿足設(shè)計要求，X點位移量均小于125mm，該設(shè)計具有良好的被動安全性。關(guān)鍵詞：ISOFIX;座椅強度;優(yōu)化設(shè)計中圖分類號：U467? 文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）01-145-03

Abstract： The paper to vehicle seat ISOFIX design. Must correspond the mandatory rule of natonal law. Based on FEA to defferent ISOFIX condition anchorage strength analysis. Analysis calculation result is the ISOFIX design meet the design requirements， displacement of X-point is less than 125 mm. The design has better passive safety.Keywords： ISOFIX; Seat Strength; Optimal DesignCLC NO.： U467? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）01-145-03

前言

近年來，對座椅法規(guī)的要求越來越嚴格，據(jù)統(tǒng)計，2012 年全國道路交通事故219521 起，254075 人受傷，65225 人死亡，其中包括1.85 多萬名14 歲以下兒童死亡，死亡率為美國的2.6 倍，歐洲的2.5 倍[1]。正確安裝和使用兒童安全座椅可以挽救交通事故中約71%的嬰兒和54%的兒童的生命。隨著時代的發(fā)展對兒童的保護上升到更高的層次，汽車座椅工程師在設(shè)計座椅時要充分考慮兒童座椅安全強度，必須滿足國家法規(guī)GB14167-2013國家強制要求，前期設(shè)計的完整性是為了節(jié)省成本和時間周期。

1 ISOFIX設(shè)計原則

ISOFIX固定點系統(tǒng)的設(shè)計和布置應(yīng)符合以下要求[2]：

應(yīng)有兩個直徑為6mm±0.1mm的橫向水平剛性桿件，兩桿件最小有效長度為25mm，且兩桿件同軸如圖1所示。

安裝在車輛乘坐的位置上的所有ISOFIX固定點系統(tǒng)，應(yīng)位于距H點之后不小于120mm處（水平測量至桿件中心）。

1.1 二座椅設(shè)計

本文是針對三人座椅的設(shè)計，滿足法規(guī)試驗要求。

1.2 試驗方法和標準

固定兒童座椅的接口為ISOFIX，在設(shè)計過程中需要關(guān)注兒童座椅的接口尺寸和要求。本文針對三人座椅ISOFIX的設(shè)計，前期利用計算機輔助驗證設(shè)計的準確性和完整性，滿足GB14167-2013國家強制法規(guī)要求。

靜載施加裝置（SFAD）是指用于車輛ISOFIX固定系統(tǒng)的試驗裝置，如圖2所示，該裝置用來檢測ISOFIX固定系統(tǒng)的強度和靜態(tài)試驗中車輛或座椅結(jié)構(gòu)抗翻轉(zhuǎn)的能力。

1.2.1 向前力試驗

在對SFAD的X點（預加載后）施加8KN±0.25KN力期間縱向水平位移變化應(yīng)小于125mm，允許永久變形和部分開裂。如果在規(guī)定的時間維持了所要求的力，ISOFIX下固定點或周圍的區(qū)域不應(yīng)失效。

1.2.2 斜向力試驗

在對SFAD的X點（預加載后）施加5KN±0.25KN力期間，沿加力方向位移變化應(yīng)小于125mm，允許永久變形和部分開裂。如果在規(guī)定的時間維持了所要求的力，ISOFIX下固定點或周圍的區(qū)域不應(yīng)失效。

1.2.3 ISOFIX上固定點的試驗

在SFAD和上固定點之間進行50N±5N的預加載，再施加8KN±0.25KN的力，X點的位移應(yīng)小于125mm，ISOFIX下固定點和上固定點及周圍區(qū)域不應(yīng)失效，允許永久變形和部分裂紋。如果在規(guī)定的時間維持了所要求的力，ISOFIX下固定點和上固定點及周圍的區(qū)域不應(yīng)失效。試驗后不應(yīng)出現(xiàn)裂紋，且應(yīng)滿足X點沿施力方向的最大位移均不得大于125mm的要求。

2 座椅ISOFIX仿真分析

通過三維繪圖軟件進行座椅及ISOFIX建模，座椅在設(shè)計過程中，需要滿足國家強制的法規(guī)為前提，利用FEA分析三人座椅的ISOFIX強度是否滿足國家法規(guī)要求[3]。如圖3所示座椅ISOFIX向前力的測試加載模型，斜向前加載8000N，與水平面夾角：10°±5°，保持0.2S以上。

2.1 向前力仿真分析

工況一加載完畢，座椅所有零件的最大應(yīng)力都沒有超過極限值，沒有結(jié)構(gòu)破壞。座椅有限元模型前處理完成以后，設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)后，開始仿真計算.在仿真工況一中，加載點X位移曲線。由圖4、5可知，工況一中加載點位移變化最大，加載過程中，施力點沿施力方向最大位移約61mm，低于標準要求的125mm，滿足設(shè)計要求[3-5]。

由此可見，該座椅由前向力和斜向力引起的加載點位移小于法規(guī)要求的最大值，加載點位移變化滿足法規(guī)規(guī)定的加載點位移量的要求。

2.2 向前力上固定點仿真分析

ISOFIX固定點系統(tǒng)和上固定點試驗，如圖6所示，座椅ISOFIX向前力的測試加載模型，斜向前加載8000N，與水平面夾角：10°±5°，保持0.2S。

工況二加載完畢，座椅所有零件的最大應(yīng)力都沒有超過極限值，沒有結(jié)構(gòu)破壞。加載過程中如圖7、8所示，施力點沿施力方向最大位移月60.5mm，低于標準要求的125mm，根據(jù)分析，滿足設(shè)計要求。

2.3 ISOFIX固定點斜向力

對在SFAD和上固定點之間預加載50N±5N的力，再施加8KN±0.25KN的力，保持0.2S。如圖9所示：

2.3.1 斜向力（左向）

工況三加載完畢，如圖10、11所示，座椅所有零件的最大應(yīng)力都沒有超過極限值，沒有結(jié)構(gòu)破壞。加載過程中，施力點沿施力方向最大位移約93.6mm，低于標準要求的125mm，通過分析。

2.3.2 斜向力（右向）

工況四加載完畢，如圖12、13所示座椅所有零件的最大應(yīng)力都沒有超過極限值，沒有結(jié)構(gòu)破壞。加載過程中，施力

點沿施力方向最大位移約80mm，低于標準要求的125mm，通過分析。

通過計算，三人座椅的ISOFIX強度分析，均可以滿足兒童座椅固定點的試驗要求，具有良好的被動安全性，CAE計算，節(jié)省開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。如圖14所示，為ISOFIX固定點。

3 結(jié)論

1）通過對三人座椅中ISOFIX設(shè)計和計算，ISOFIX均滿足法規(guī)要求。

2）通過四種試驗工況的分析驗證，均滿足設(shè)計要求，節(jié)省開發(fā)周期。

參考文獻

[1] 苑康.基于人機工學的汽車兒童安全座椅設(shè)計.（碩士學位論文）.華北電力大學，2010.

[2] GB14167-2013.汽車安全帶安裝固定點、ISOFIX固定點系統(tǒng)及上固定點系統(tǒng)[S].北京：中國標準出版社，2013.

[3] 侯延軍，周立，崔東等.基于LS-DYNA的兒童座椅ISOFIX分析研究[S].汽車安全，2015：42-46.

[4] 劉繼宇.付景順.基于Hypermesh的某兒童安全座椅連接點仿真分析[J].科技創(chuàng)新及應(yīng)用，2019（07）：68-69.

[5] 毛星子.ISOFIX兒童約束系統(tǒng)固定裝置的技術(shù)要求及對比分析[J].客車技術(shù)與研究，2013，35（06）：54-58.