汽車后排座椅試驗法規及優化設計

張程

（宜賓凱翼汽車有限公司汽車研究院）

汽車后排座椅系統能夠為駕乘者提供足夠支撐，確定車上乘員的位置，保證駕駛操作。在汽車轉彎時，座椅系統為駕乘者提供側向支撐，減輕長途駕駛疲勞；發生前向或側向碰撞事故時，座椅系統與安全帶、安全氣囊等乘員約束系統一起構成有效的保護裝置，降低乘員遭受傷害的風險。此外，后排座椅可增加加熱墊、通風、按摩墊、扶手、杯托等配置，大大提高了駕乘舒適性，增加了乘坐樂趣。文章針對汽車后排座椅的結構組成，解讀后排座椅法規要求，梳理后排座椅重點試驗項目，達到后排座椅優化設計的目的，提升座椅的豪華舒適感。

1 后排座椅結構

中國汽車市場目前占比最大的是五座和七座車型，座椅位置大多采用“2+3”和“2+3+2”方式布置，如圖 1 所示。典型后排座椅總成的具體組成，如圖2 所示。

圖1 汽車后排座椅布置形式

圖2 汽車典型后排座椅總成的組成

后排座椅靠背骨架由40%和60%靠背骨架兩部分組成。進行座椅沖擊強度試驗時，靠背骨架以實際機構的連接方式固定在白車身上，白車身固定在臺車上。座椅靠背兩側的鎖支架連接靠背鎖，車身鎖鉤與靠背鎖處于鎖止狀態，以固定靠背上部，靠背下部的邊支架和中；支架分別通過螺栓固定在車身上。

2 后排座椅法規要求

2.1 后排座椅法規

座椅需滿足國家法規GB 7258《機動車運行安全技術條件》，座椅總成零部件級試驗需滿足GB 15083《汽車座椅、座椅固定裝置及頭枕強度要求和試驗方法》、GB 11550《汽車座椅頭枕強度要求和試驗方法》和GB 14167《汽車安全帶安裝固定點、ISOFIX 固定點系統及上拉帶固定點》的法規要求[1]。

2.2 靜強度試驗

座椅靜強度試驗是通過后排座椅質心，在試驗臺上沿水平方向向前和向后分別施加相當于座椅總成質量20 倍的負荷；當汽車安全帶固定點裝在座椅上時，施加上述向前負荷必須同時按GB 14167 中的規定對安全帶的安裝固定點施加相應的負荷。后排骨架施加力方向示意，如圖3 所示。

圖3 汽車后排座椅骨架施加力方向示意圖

試驗過程中或試驗后，座椅骨架、座椅固定裝置、調節裝置、移位折疊裝置或其鎖止裝置均不應失效；試驗期間，允許座椅靠背及其緊固件變形，條件是安全帶上有效固定點不能低于H 點向上450 mm 的平面。

2.3 行李箱沖擊試驗

行李箱沖擊試驗采用臺車試驗臺進行正撞工況下的座椅沖擊試驗[2]。采用尺寸為300 mm×300 mm×300 mm 的試驗樣塊，其棱邊倒角為20 mm，質量為18 kg。

滑臺試驗中，試驗樣塊的布置位置，如圖4 所示，2個試驗樣塊放置于行李艙的地板上，橫向距離保持50 mm，縱向距離靠背200 mm。

圖4 行李箱沖擊試驗樣塊布置示意圖

試驗過程中及試驗后，如果后排座椅和靠背鎖保持原來位置且功能正常，則認為滿足要求。在試驗期間，允許座椅靠背及其緊固件變形。

試驗靠背和頭枕總成的前輪廓不能向前方超出一定的位置：1）頭枕不得超過座椅R 點前方距R 點150 mm 的橫向垂直平面；2）座椅靠背不得超過座椅R點前方距R 點100 mm 的橫向垂直平面[3]。

2.4 后排座椅動態試驗

后排座椅動態試驗是模擬車輛發生事故時對乘員的傷害。按50 km 正碰和50 km 對碰的整車碰撞試驗提取的左B 柱底部加速度曲線，在座椅上放置5 百分位女性假人，開展正面滑臺試驗。在試驗中從以下兩方面去評估后排座椅性能的可靠性。

1）后排座墊與骨架相對位移量。座墊靜態位移測量值不大于15 mm，動態位移測量值不大于25 mm。

2）后排骨架座盆與防下潛桿位移量。座墊靜態位移測量值不大于20 mm，防下潛桿不允許變形；假人骨盆X向最大位移不大于160 mm，Z向最大位移不大于30 mm。

3 后排座椅優化設計

3.1 頭枕高度

對于高度不可調的頭枕，后排座椅整體高度不應低于750 mm；對于高度可調的頭枕，后排座椅最高位置不應低于750 mm；在高度750 mm 以下應無“使用位置”。

3.2 座墊寬度和景中寬度

后排座椅H 點附近的座墊A 面輪廓應設計為相對平坦。該區域如果設計為圓桶形，將會使股骨壓力過大，從而引起不舒適感。

圖5 示出人體解剖學和骨盆結構與座墊的關系。根據圖5，后排座墊為了得到良好的乘坐舒適性，景中寬度應不小于280 mm，推薦值為280～320 mm。推薦95th 男性臀部寬度為434 mm，因此單個獨立座椅寬度需要約480 mm（推薦值）才能給95th 的男性和50th 的女性（臀部寬356 mm）提供足夠的乘坐空間。

圖5 人體骨盆結構與汽車座墊關系圖

由此，座墊寬度一般不小于480 mm，推薦值為490～530 mm。對于后排三人座椅，對舒適性要求有所降低，主要考慮在滿足單個座位寬度大于400 mm 的條件下，在造型上先滿足外側座椅的舒適性，最小要求480 mm，而中間位置座位由于坐人的時候很少，在設計上寬度較窄，舒適性要求均比較低。

3.3 后排座椅座墊壓陷量

后排臀部位置的座墊壓陷量可以用D 點來描述，即D 點在垂直方向上與未壓陷的座墊表面的距離，也稱為D 點壓陷量。座椅壓陷量，如圖6 所示。

圖6 汽車后排座椅座墊壓陷圖

在進行后排座椅舒適性設計時，從總體布置上考慮，假人大腿中心線與軀干線夾角（α）應大于90°，推薦夾角值為90～115°。在這種情況下，后排座墊的設計參數與前排座墊類似。

D 點壓陷量與座墊厚度、座墊輪廓形狀以及座墊的壓陷硬度特性密切相關。D 點壓陷量值如果太小，會使人感覺座椅太硬，不夠舒服；D 點壓陷量值如果太大，會使人體深陷在座椅里，長時間乘坐容易疲勞。座墊D 點壓陷量推薦值為35～40 mm。

3.4 后排座椅座墊長度

后排座椅座墊長度測量方法，如圖7 所示。

圖7 汽車后排座椅座墊長度測量示意圖

后排座墊的長度影響著乘坐的舒適性，長度太小會導致對乘員大腿支撐不足，長度太大又會造成座墊前端與乘員小腿干涉。通常情況下，要求座墊長度（E）≤380 mm，推薦值為330 mm ≤E≤370 mm。

3.5 后排腰部支撐

后排座椅腰部是影響座椅舒適性的關鍵區域之一。當靠背與座墊的夾角超過90°時，乘員脊柱的下部需要得到支撐使脊柱保持自然彎曲狀態，否則，會導致乘員疲勞和背部不適。在設計后排座椅時，推薦腰部支撐布置于H 點沿軀干線上110～150 mm。

3.6 后排手柄操作空間

后排手柄或電動開關布置于后排座墊旁側時，車門與座墊之間需留有足夠的空間，方便座椅進行功能操作，如圖8 所示，門板與座椅座墊距離≥60 mm，手柄與門板距離≥45 mm。

圖8 汽車后排座椅手柄或電動開關布置圖

4 結論

后排座椅是現代汽車零部件中重要的安全零件。在汽車設計研發中，必須充分理解后排座椅法規，并在整車設計開發初期進行中國法規相關試驗驗證。為了解決后期市場消費者抱怨后排座椅的設計問題，主機廠必須結合人機工程學布置方法，對后排座椅舒適性設計尺寸進行控制。通過后排座椅的優化改進設計，提升后排座椅的舒適性和安全性。