汽车后排座椅结构安全性设计与优化

122机械装备研发
Research & Development of Machinery and Equipment
2020年9月下
汽车后排座椅结构安全性设计与优化
杨志武
（江铃汽车股份有限公司，江西 南昌 330052）
摘　要：汽车后排座椅是汽车的主要内饰件，可直接影响驾乘人员的人身安全。

在汽车生产期间，要对后排座椅结构的安全性进行综合评估，对汽车后排座椅结构进行安全设计。

基于此，文章阐述了汽车后排座椅结构的安全性，并提出了汽车后排座椅结构安全性设计方案，以保障汽车后排座椅结构内部功能，从根本上提升汽车生产质量。

关键词：汽车后排座椅；安全设计；结构中图分类号：U463.6 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2020）18-0122-02
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作者简介： 杨志武（1976—），男，江西新余人，本科，工程师，
研究方向：汽车工程。

随着社会经济发展速度不断加快，汽车消费日益普及，对切实提升大众生活质量具有重要意义。

为从根本上保障汽车运行期间的安全性，需要将汽车生产重点放置在汽车后排座椅结构安全设计过程中，保障乘坐人员人身安全，切实推动汽车产业发展进程。

1 汽车后排座椅概述
1.1 汽车后排座椅概念
汽车座椅的安全性可直接影响汽车服务性能。

由于汽车座椅属于被动安全性，国家级有关部门针对座椅设计发布了许多明文规定。

依照汽车空间布置情况，汽车座椅主要分为前排座椅、中排座椅与后排座椅。

文章仅对后排座椅进行阐述。

现阶段，家庭汽车需求量日渐提升，交通事故概率不断提升。

对家庭汽车交通事故调查分析可知，在载有成员的家庭汽车内，乘坐人员受到的人身伤害比前排驾驶员更为严重[1]。

造成此种情况的原因不仅是后排座椅缺乏安全约束系统，更是后排座椅乘坐成员大多数为弱势群体，在事故发生后，自身受到的损伤风险更高。

1.2 汽车后排座椅种类
通常情况下，汽车后排座椅主要由靠背坐垫组成。

靠背可分为整体式靠背及分体式靠背，坐垫也可分为整体式坐垫及分体式坐垫。

依照后排座椅的功能，后排座椅可分为不带扶手座椅、中间带扶手座椅两种类型。

1.3 汽车后排座椅主要结构
1.3.1 坐垫及靠背面套
面套是汽车后排座椅的基础表面材料，会与乘车人员进行直接身体接触。

面套可直观展现出汽车内饰整体风格，也可保护坐垫内部发泡结构。

座椅及靠背面套的材料主要包括人造皮、真皮、有织物等。

其中，有织物材料透气性好、成本较低，被广泛应用到中档或低档汽车后排座椅结构内。

1.3.2 坐垫及靠背发泡结构
发泡结构一般就是指具有高度回弹性的聚氨酯泡沫，其主要功能类似于人体中的肌肉组织，能决定汽车后排坐垫以及靠背的外部造型，可直接影响乘车人的舒适度[2]。

不同汽车后排座椅发泡结构的发泡硬度以及造型存在极大差异。

发泡硬度可直接影响座椅支撑点，确定乘客在汽车中所处的位置，影响乘客视野的开阔度以及舒适度。

乘客
对发泡结构软硬度的需求有所不同，因此在后排座椅结构设计过程中，相关设计人员应当面对大众客户群体需求，对发泡结构硬度进行合理控制。

发泡结构造型需要符合人体曲线，给人体背部、腰部及臀部有力的支撑。

在汽车快速转弯时，发泡结构侧边还需提供相应的侧向支撑力，防止人体朝横向滑动。

1.3.3 坐垫及靠背骨架
在汽车后排座椅结构内，坐垫及靠背的骨架需要支撑起发泡结构。

在对后排座椅结构进行安全评估时，骨架的强度被认定为重要安全考核依据。

在选择骨架材料与骨架结构设计期间，需要计算出骨架应当承受的荷载力，要求骨架结构在满足支撑要求的前提下，分析整体设计方案的经济实用性。

1.3.4 头枕结构
客头部受到撞击后出现损伤情况，2 汽车后排座椅结构的安全性
汽车后排座椅安全性主要是指座椅的被动安全性，主要目的就是提高后排座椅的强度性能[3]。

现阶段，我国颁布的座椅安全法规中明确规范了座椅安全性试验内容，如靠背静强度试验、座椅重量静态加载试验、头枕静态强度试验等。

我国后排座椅结构安全试验目标主要针对座椅头枕强度、靠背强度以及座椅滑轨强度，汽车生产企业也根据自身发展情况制定出企业生产标准。

为从根本上提升汽车后排座椅结构自身的安全性，需要细致分析后排座椅结构特征，进行适宜的汽车后排座椅结构安全试验。

汽车后排座椅被动安全性设计工作的重要目标主要就是最大限度减轻车祸问题发生后人员损伤情况，因此在被动设计期间，应当以模拟发生车祸事故为前提，考虑乘客在车祸发生后哪些部位会受到伤害，不断完善汽车后排座椅结构。

在汽车后排座椅被动安全设计过程中，相关工作人员需从以下几方面入手。

1）在发生车祸的情况下，后排乘客生存空间缩小，应当在设计后排座椅结构过程中，考虑阻挡车窗是玻璃或其他结构破损情况，防止在车祸问题发生时，对车内成员造成二次损伤。

2）在发生汽车事故期间，需要保护乘客最重要的身体部位，如头部、颈部等[4]。

注重在汽车后排座椅安全约束
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控制下，减轻乘客遭受到的身体损伤。

3）重点关注汽车后排座椅设计工作，确保在事故发生后，乘客身体损伤被控制在最低范围之内。

汽车后排座椅是汽车内部重要组成结构之一，对提升汽车总体安全性能具有重要意义。

3 汽车后排座椅结构安全设计措施
3.1 汽车后排座椅头枕结构设计
汽车后排座椅头枕主要由头枕金属杆、头枕发泡结构和头枕面套组成。

其中，头枕支撑杆是重要的安全受力构件，对头枕结构强度具有直接影响，是头枕静强度试验中的重要试验对象。

头枕设计工作需要细致考量头枕杆的尺寸，要求结合后排座椅结构整体特征对头枕杆尺寸进行合理控制。

在设计期间，应当考虑不同尺寸下头枕的强度试验结果，选择出最佳头枕杆参数设置。

做好头枕杆材料选择工作，注重分析不同材料的力学性能以及相应造价成本。

一般情况下，空心材料的性能比实心材料的更高，头枕杆更容易加工成型。

但由于材料本身加工期间的成本较高，可以在满足头枕强度试验要求的情况下，选择实心杆材料。

做好头枕杆与发泡结构的配合工作，要求头枕杆与发泡结构之间的距离不宜过远或过近[5]。

头枕杆与发泡结构过远，则会使得头枕结构失去支撑作用，强度无法达到相离应当至少在10mm 头枕静强度试验是汽车后排座椅结构安全试验之一，于不利位置。

将测试夹具放在头枕静强度试验台上，要求模拟假人躯干角度为27°。

在测试装置上施加压力，使后排座椅变形并产生新的躯干角度。

以新躯干角度为测量基准点，在模拟人体的头枕上施加力，使头枕变形，并测量出施加力的数值与头枕变形情况。

在变形后的头枕到新躯干基准线距离小于102mm 的情况下，说明头枕静强度试验合格。

3.2 座椅靠背骨架结构设计
汽车后排座椅骨架结构需要开展行李箱后撞试验，模拟在汽车出现追尾事故后，行李箱内物体受到惯性撞击到座椅上，对座椅造成的变形影响，对后排座椅强度进行综合判断。

汽车后排座椅靠背强度主要由后排靠背骨架强度决定，因此在靠背骨架设计过程中，需要细致分析靠背骨架结构尺寸、判断靠背应当使用的结构材料、对靠背零件进行焊接处理[6]。

其中，靠背骨架的尺寸与汽车后排座位结构特征密切相关。

在汽车后排座椅结构为整体式靠背的情况下，靠背由管件、钢丝、冲压件构成。

管件是骨架外形结构以及重要的加强区域，冲击件则起到固定作用，决定靠背固定点位置。

靠背骨架强度下管变形越大、下转轴的受力面积越大、上位
所受力越小。

因此在汽车后排座椅靠背骨架设计过程中，相关设计人员需结合汽车后排座椅结构特征，计算靠背骨架结构各性能参数数值，选择最佳靠背结构尺寸。

在汽车后排座椅靠背骨架材料选择过程中，需要对管材材料的弹性以及刚度进行试验研究，确保选择的骨架材料能满足靠背骨架强度要求。

对后排座椅行李箱进行后撞试验，要求对后排座椅结构的安全性进行动态检测，针对试验结果，对后排座椅结构设计方案进行不断优化[7-8]。

在行李箱后撞试验过程中，应当规定撞击速度以及撞击位置，测量出相应的减速波数值。

在后排座椅靠背撞击后，如果通过向前变形的范围没有超过设计限值、靠背零件没有发生断裂情况，则认定为试验合格。

4 汽车后排座椅结构安全设计改进
汽车后排座椅结构安全，可直接影响汽车整体的安全性能，对保障驾驶员及乘车人员生命安全具有重要意义。

通过对汽车后排座椅结构设计方案进行安全试验研究，在后排座椅结构设计期间，需要从以下几方面入手：首先，提高后排座椅支撑板的强度，加强后排座椅零件对负载的承载力；其次，确保后排座椅结构材料应当一定的刚度、强度与稳定性；最后，要求在后排座椅结构支架两侧增加翻边结构，保障靠背主钢管结构的安全性。

5 结束语
国家对汽车后排座椅结构的安全性能要求不断提升，为切实保障汽车后排座位结构安全性，需要在原座椅结构上增加安全带等被动安全设施，不断引进先进的汽车后排座椅结构设计理念，优化后排座位结构，保障驾乘人员的人身安全，最大限度地减少车祸损失。

参考文献：
[1]窦明哲.某乘用车后排座椅静强度及行李箱冲击分析[D].沈
阳:沈阳工业大学,2019.[2]徐婷婷.长纤维复合材料乘用车后排座椅骨架改进设计[D].
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（收稿日期：2020-8-31）。