汽车座椅强度性能试验台设计

－ｋ来稿日期：２０１ｌ加８一１０－ｋ基金项目：汽车零部件制造及检测技术教育部重点实验室开放基金项目（２０１０ＫＬＭＴ０５）
万方数据
第６期
袁冬梅等：汽车座椅强度性能试验台设计
１１９
气控制系统再ｉ酗立控制加载机构作用在待试验的汽车座椅上，并将 座椅反馈给加载机构的各种信号数据通过传感器反馈给数据采 集卡，传回工控机。整个试验台系统为闭环控制系统，工控机通过 处理传感器反馈的信息时时控制加载力的大小和方向，整个试验 过程全自动化，不但能提高试验效率，而且能确保试验的准确性。
关键词：汽车座椅；强度：加载；试验台；设计 【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ
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气系统及控制软件等部分组成。机械部分实现汽车座椅的装夹和 加载，主要包含试验台底座、静力加载机构、冲击摆锤加载机构、 摇臂机构等，如图１所示（所设计的试验台能同时进行两套座椅 的强度试验和—套座椅的吸能试验）。液压系统在电气系统和控 制软件的控制下实现域椅的准确加载．电７ｉ系统和控制软件实现 试验台的综合控制和测试
７、８、１０、１３、１５、１７．电磁换向阀９、ＩＩ、１６、１８．调速阔１２、ｌ ９．ｉ霞压缸 １４、２２．液控单向阔２０．先导型溢流阀２１．蓄能器
＼、影
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图６摆锤由后向前撞击座椅时的示意图
５结论
在汽车座椅相关试验标准基础上，提出了一种新型汽车座 椅强度性能试验台，重点对试验台总体方案、静力加载机构、摆 锤加载机构和液压控制系统进行了详细设计和分析，并得出以 下结论： （１）试验台采用液压控制静力加载机构和电机控制冲击摆 锤加载机构，能够准确模拟汽车座椅靠背及调节装置强度试验、 汽车座椅头枕静态性能试验和汽车座椅靠背及头枕吸能性试验 工况。
ＹＵＡＮ Ｄｏｎｇ－ｍｅｉ，ＬＩ ＹＡ－ｈｕｉ，ＺＨＥＮＧ Ｘｉａｏ－ｍｅｉ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ
【摘要】汽车座椅是汽车的重要部件之一，其性能好坏直接影响汽车安全性和舒适性。在相关试
２试验台的组成原理
试验台主要完成汽车座椅靠背及调节装置强度试验、汽车 座椅头枕静态性能试验和汽车座椅靠背及头枕吸能性试验．结合 汽车座椅试验标准，设计的试验台主要由机械系统、液压系统、电
图１机械系统结构示意图 １．摇臂机构ｚ立柱３．冲击摆锤加载机构４．座椅 ５．静力加载机构６．座椅固定装置７．底座
试验台系统原理图，如图２所示。工控机通过数据采集卡给 液压控制系统和电气控制系统发送控制命令．液压控制系统和电
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ｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ
机械设计与制造
１１８ 文章编号：１００１—３９９７（２０１２）０６－０１ １８－０３ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第６期 ２０１２年６月
汽车座椅强度性能试验台设计
袁冬梅李亚辉征小梅 （重庆理工大学汽车学院，重庆４０００５０） Ｄｅｓｉｇｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ
ｏｎ
Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｔｅｓｔ Ｂｅｄ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｓｅａｔ ４０００５０，Ｃｈｉｎａ）
系统中的运动均为直线往复运动．且所需力度不大，因此均 采用轻型拉杆式液压缸，选择的液压缸缸径为６３ｒａｍ，活塞杆直 径为２２ｍｍ。根据试验要求得到不Ｉ司速度。并计算出流量．如表１ 所示。 表１各工况液压缸及系统所需流量
工况 执行元件名称
（２）巧妙的运用杆系机构实现了液压控制静力加载机构中
两个液压缸的运动解耦，使得液压：Ｊａ沛Ｊ系统变得简单，容易实现。
图２试验台系统原理图
中靠背液压缸的活塞杆应该伸出还是收缩，从理论上讲只要检测 Ｃ杆上的测力传感器反馈值是否接近于０，如果大于０，则活塞杆 收缩；相反。如果小于０，则活塞杆伸出。
３试验台加载系统设计
如何实现汽车座椅的准确加载是汽车座椅强度性能试验台 的关键，汽车座椅靠背及调节装置强度试验和汽车座椅头枕静态 性能试验由静力加载机构完成，冲击摆锤加载机构用于完成汽车 座椅靠背及头枕吸能性试验。
验标准基础上，设计了一种汽车座椅强度性能试验台。试验台采用液压控制静力加栽机构和电机控制 冲击摆锤加栽机构准确模拟了汽车座椅的试验工况，对其总体方案、静力加栽机构、摆锤加栽机构和液 压控制系统进行了详细设计。该试验台能完成汽车座椅靠背及调节装置强度试验、汽车座椅头枕静态
性能试验和汽车座椅靠背及头枕吸静｜生试验，具有通用性强，精度高，成本低，使用方便等优点。
保压回路采用液控单向阀，当控制油路有控制压力输入时，活塞 顶杆在压力油作用下向右移动，用顶杆顶开单向阎，使进出油口 接通。若出油Ｅｌ压力大于进油口压力就能使油液反向流动，实现 油路长时间保压。
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图５摆锤由前向后撞击座椅时的示惹图
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图７液压系统原理图
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１．油箱２油标３臆油器４定量泵５压力表６．单向阀
（３）所设计的试验台具有结构简单、通用性强、精度高，成本 低、自动化程度高和使用方便等特点。
霾 结构参数晋磊群嚣褊
参考文献
［１］吴何畏，周雄刚，冯小波．基于微机控制的汽车座椅调角器静强度试验 机『Ｊ］．机电—体化，２００６（４）；６１－６３． 【２］韩晓明，杨臻，李强．节制杆式模拟汽车座椅强度试验装置研究［Ｊ］．汽 车技术，２００８（１ｉ）：４４＿４７．
３．１静力加载机构设计
静力加载机构主要由液压缸和杆系组成，如图１中５所示。 其机构运动简图，如图３所示。根据《座椅试验标准》中对靠背及 调节装置的强度试验的要求，试验时要对座椅靠背沿纵向向后 施加相对于座椅“Ｒ”点５３０ Ｎ・ｒｎ力矩的负荷。采用液压缸作为 动力源，试验时，靠背受力会绕着转轴后倾，如果液压缸活塞杆 的方向不绕着“Ｒ”点运动，就无法对靠背提供满足要求的力矩。 为了克服这个缺陷，在靠背及调节装置的强度试验中．采用将 “Ｒ”点固定，靠背液压缸、Ａ杆、Ｂ杆及ｃ杆互相铰接。靠背液压 缸推动Ａ杆，Ａ、Ｂ、Ｃ三杆组成稳定的三角形连接，Ｂ杆上固定 假背模型对座椅靠背施加载荷。在整个试验过程中，Ｂ杆始终绕 着“Ｒ”点旋转，同时在ｃ杆上安装测力传感器，由于ｃ杆和Ｂ杆 垂直，受到Ｂ杆的反作用力方向在ｃ杆轴心线上，ｃ杆上的测 力传感器就可以及时反馈Ｃ杆的受力情况，Ｂ杆对靠背的力矩 就是ｃ杆上测力传感器反馈值与Ｂ杆长度（根据座椅的尺寸大 小进行确定）的乘积。同时，根据＜座椅试验标准》中对汽车座椅 头枕静态性能试验的规定，试验时应在头枕顶部向下６５
且还会使机构出现不稳定现象。设计的摆锤抬升机构长度为 １５００ｍｍ，当试验由前向后撞击座椅头枕前表面时，如图５所示。抬 升２２８７ｍｍ的高度约要从水平方向（最低点）举升到１２０＂；试验由
图３静力加载机构运动简图 Ｉ＾杆２．Ｂ扦３．Ｃ杆４．Ｄ杆５．头枕液压缸６．靠背液压缸
后向前撞击座椅头枕后表面时，如图６所示。抬升２２８７ｍｍ的高度 约要从４５０７：向（距最低点约４４０ｍｍ）举升到１４５０位置。这不仅可 以满足试验要求，而且还可以避免到达最大角度（１８００）位置。
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品。由能量守恒公式哪＝争一２得：拓专＝里；！霎｝－２．２８７ｍ＝
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２２８７ｍｍ．
处，通过直径为１６５ｒａｍ的头型。施加一个垂直于移动后基准线 的初始负荷，其相对于“Ｒ”点的力矩为３７３
Ｎ・ｍ。
图４摆锤机构的结构示意图
Ｉ．ｇｅｇ电机２插臂３导轨立柱４．螺旋升降机５．摆锤抬升机构６摆锤
摆锤抬升机构的长短不仅影响减速电机的功率和传动比，而
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Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｓｅａｔ；Ｓｔｒｅｎｇｔｈ；Ｉａｍｄｌｎｇ；Ｔｅｓｔ Ｂｅｄ；Ｄｅｓｉｇｎ
中图分类号：＇１＇１－１１６，Ｕ４６７．３文献标识码：Ａ
１引言
随着汽车产业的发展，人们除了考虑汽车动力经济性外，越 来越重视汽车的安全性和舒适性Ｉ－Ｉ。汽车座椅是车内乘员安全性 和舒适性的一个重要部件之一，汽车厂商必须对其性能进行检测 和试验日。座椅作为联系人与车的—个重要部件，承受着复杂的载 荷。一方面．由于路面的凸凹不平，汽车行驶时车体产生的随机振动 对汽车座椅产生随机动载荷；另一方面。汽车行驶中要经历起步、加 速、制动等复杂工况，汽车座椅因此会受到很大的冲击载荷Ｍ。由 于在试验室中很难再现这些复杂工况。研究人员将各种工况的极 限情况折算为等效的静态载荷，作为评定座椅承载性能的标准翌。 国家质量监督检验检疫总局出版的（ＧＢｌ５０８３－－－２００６汽车座椅、 座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法）（下文简称＜座椅试验 标准＞）＿就是一部比较完整的评定座椅承载性能的标准。在参考 ＜座椅试验标准）基础上。设计了一种汽车座椅强度性能试验台， 能检测汽车座椅靠背、调节装置以及头枕的性能，为汽车座椅强 度性能试验提供了一种行之有效的方法。
３．２冲击摆锤加载机构设计
冲击摆锤加载机构用于汽车座椅靠背及头枕吸能性试验 中。摆锤加载机构的结构，如图４所示。整个撰锤机构支撑在导轨 立柱上，摆锤靠减速电机驱动减速换向后使摆锤抬升机构上升。 在模拟人体头部对头枕的撞击中，摆锤一端固定在中心轴上，将 摆锤抬升至一定高度（由摆锤抬升装置完成），然后释放摆锤，让 摆锤自由落下，摆锤的撞击速度可由摆锤抬升高度调整。 《座椅试验标准》中规定，试验中由前向后撞击座椅头枕前 表面时，撞击方向应位于纵向平面内并沿水平方向；由后向前撞 击座椅头枕后表面时，撞击方向应位于纵向平面内并与铅锤方向 成４５。，同时模拟头型（摆锤）应以２４．１ ｋｎｄａ的速度撞击试验样
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性能试验中做辅助机构，图中Ａ杆和Ｄ杆焊接在一起，形成１３５。 的弯折杆，然后将头枕液压缸安装在弯折杆上端，并垂直于Ｄ 杆。头枕施加载荷的方向应与模拟靠背垂直，为了实现根据模拟 靠背的位置来控制头枕液压缸的施力方向，将头枕液压缸固定安 装在Ｄ杆顶端．由于Ａ杆和Ｄ杆是１３５０焊接，Ａ、Ｂ、Ｃ杆铰接成 形状稳定的正等腰三角形，从而让头枕液压缸与Ｂ杆垂直。试验 时，靠背液压缸控制Ｂ杆的转动角度，使之轻微贴紧座椅靠背，头 枕液压缸则只需控制对座椅头枕的施加载荷，由于头枕液压缸活 塞杆到“Ｒ”点的垂直距离是固定不变的，所以头枕受到的力矩就 等于“Ｒ”点到活塞杆的距离与活塞杆对靠背头枕施加载荷力的 大小的乘积。这样设计的另一个优点是，两个液压缸的伸缩控制 没有耦合，完全就取决于单个测力传感器的反馈值，比如在试验
靠背及调节装置的强度试验的加载机构还可用于头枕静态
万方数据
Ｎｏ．６ １２０
机械设计与制造
Ｊｕｎ．２０１２
４液压系统设计
液压控制系统的设计关键在于对液压缸速度的控制，试验 中液压缸活塞杆的运动速度主要是试验前对机构位置的手动调 节、试验时的工进、试验结束后的快速回位等三种不同工况下液 压缸活塞杆的速度，液压缸活塞杆的速度由通过液压缸的流量 控制。 ／