張程

（宜賓凱翼汽車有限公司汽車研究院）

兒童安全座椅專為不同體重或年齡段的兒童設(shè)計(jì)，讓兒童于規(guī)范乘坐于車內(nèi)，有利用提高兒童乘車安全。當(dāng)汽車發(fā)生事故時(shí)，減少車體對(duì)兒童的沖壓力、限制兒童身體移動(dòng)，保護(hù)兒童的安全。座椅ISOFIX（International Standards Organization Fix：國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)固定點(diǎn)系統(tǒng)）固定兒童座椅的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，已進(jìn)行接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，為兒童座椅提供標(biāo)準(zhǔn)的安裝方式，并能快速安裝和拆卸。兒童安全座椅（Child Restraining System，簡(jiǎn)稱CRS），它在汽車的座椅上使用兒童座椅ISOFIX固定，為兒童提供座位。實(shí)現(xiàn)CRS廣泛通用使用，乘用車的設(shè)計(jì)必須滿足GB 14166—2013、GB 15083—2019和GB 14167—2013對(duì)座椅、安全帶、ISOFIX固定點(diǎn)的法規(guī)要求。

1 兒童座椅安裝及ISOFIX設(shè)計(jì)

兒童安全座椅CRS，其安裝時(shí)將下端ISOFIX固定座椅下端，上固定點(diǎn)固定于上車身，安裝示意圖如圖1所示。

圖1 兒童座椅固定示意圖

為了提升汽車內(nèi)飾精致工藝性，兒童座椅下固定點(diǎn)通常采用隱藏式設(shè)計(jì)，如圖2所示，使座椅坐墊的面套外觀更加精致優(yōu)良。

圖2 兒童座椅下固定點(diǎn)隱藏式設(shè)計(jì)

ISOFIX系統(tǒng)安裝CRS的優(yōu)點(diǎn)：1）圖標(biāo)位置清晰，未露出可視金屬桿；2）白色圖標(biāo)與黑色背景的顏色易發(fā)現(xiàn)；3）ISOFIX下固定點(diǎn)與座椅靠背泡沫被塑料件裝飾，不發(fā)生異響質(zhì)量問題；4）打開塑料蓋，ISOFIX鎖扣進(jìn)行插入，裝配準(zhǔn)確，不刮傷皮套。

2 兒童座椅系統(tǒng)分類

依據(jù)歐洲法規(guī)ECE R44.03和美國(guó)法規(guī)FMVSS 225相關(guān)規(guī)定，我國(guó)將兒童的體重和年齡段限制系統(tǒng)分為5個(gè)組，如表1所示。

其中0組與0+組規(guī)定的體重較相近，實(shí)際劃分兒童座椅的時(shí)候?yàn)橐唤M。對(duì)于市場(chǎng)實(shí)際的兒童座椅，可以分為4類：第1類為0與0+組；第2類為Ⅰ組；第3類為Ⅱ組；第4類為Ⅲ組。

2.1 提籃式兒童座椅系統(tǒng)

提籃式兒童座椅適用于0與0+組所規(guī)定的兒童，其型式如圖3所示。提籃式可放置于前排或后排座椅，放在后排比放在前排更為安全。后朝向的嬰兒座椅，會(huì)比前朝向的兒童座椅能更好的保護(hù)嬰兒的頭、脖子和頸椎。因此嬰兒的體重未超過座椅的體重限制或嬰兒坐在座椅上頭部高出座椅背的高度以前，使用提籃式座椅可有效保護(hù)駕乘安全。

圖3 提籃式兒童座椅系統(tǒng)

2.2 前向兒童座椅系統(tǒng)

前向兒童座椅適用于Ⅰ組規(guī)定的兒童，其型式如圖4所示。此類座椅通常放置后排座椅上，同樣I組兒童的體重未超過座椅的體重限制或坐在座椅上頭部未高出兒童座椅背的高度，保持使用此類座椅。

圖4 前向兒童座椅系統(tǒng)

2.3 輔助軟墊兒童座椅

輔助軟墊兒童座椅適用于Ⅱ組規(guī)定的兒童，其型式如圖5所示。輔助軟墊兒童座椅包裹性好，4～6歲兒童乘坐時(shí)可以完全包裹身體，對(duì)兒童起到非常好的安全保護(hù)。

圖5 輔助軟墊兒童座椅

2.4 增高墊兒童座椅

增高墊座椅適用于Ⅲ組規(guī)定的兒童，其型式如圖6所示。增高墊兒童座椅布置安裝于后排座椅上。該類兒童座椅用車上成年安全帶將兒童跟座椅一起固定在座椅上。

圖6 增高墊兒童座椅

3 兒童座椅固定裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)

汽車ISOFIX系統(tǒng)裝置是安裝兒童座椅的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，在汽車坐墊下端有座椅2個(gè)剛性固定點(diǎn)，座椅靠背上端有上固定點(diǎn)，共同組成了限制兒童座椅系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)的裝置[1]。

ISOFIX系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：兒童座椅安裝方式統(tǒng)一，同一款兒童座椅可安裝于不同類別的乘用車；安裝方式簡(jiǎn)單并便利，符合大眾人群的使用習(xí)慣；兒童座椅與車身形成剛性整體，避免了兒童座椅安裝松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，提高了兒童座椅的動(dòng)態(tài)性能強(qiáng)度。

3.1 ISOFIX下部固定點(diǎn)設(shè)計(jì)和布置要求

ISOFIX系統(tǒng)下固定點(diǎn)采用2個(gè)同軸心、直徑為（6±0.1）mm的圓心鋼管[2]，有效使用最小有效長(zhǎng)度為25 mm，鋼管中心到人體布置H點(diǎn)的水平距離不小于120 mm，如圖7所示。

圖7 ISOFIX下部固定點(diǎn)設(shè)計(jì)和布置

ISOFIX系統(tǒng)下部固定點(diǎn)組件，采用與車身地板的焊接工藝，工藝?yán)慰?，其在車身總成上滿足表2尺寸要求。

表2 兒童座椅下部固定點(diǎn)尺寸要求

3.2 Gabarit(樣板)校核

兒童座椅處于校核位置，Buckle（安全帶扣）低于Gabarit模塊外端邊緣，模型更加整車人機(jī)工程布置貼合座椅表皮固定，除去坐墊泡沫的壓陷影響，織帶拉出長(zhǎng)度（250±50）mm[3]，如圖8所示。3D數(shù)模模型中放置模塊與實(shí)際兒童座椅放置有一點(diǎn)誤差，實(shí)際調(diào)整以真實(shí)座椅安裝為準(zhǔn)。Buckle高于Gabarit模板的座椅安全帶通過點(diǎn)，會(huì)造成安全帶不能很好貼合兒童座椅。

圖8 Buckle高于Gabarit模板圖

為了有效安全地使用兒童座椅，安全帶Buckle必須滿足低于Gabarit模塊邊緣，布置圖如圖9所示。兒童座椅模型按照整車人機(jī)布置要求固定后，安全帶通過3點(diǎn)式穿戴方式通過Gabarit模塊，其織帶拉出長(zhǎng)度≥150 mm。Buckle帶扣上測(cè)量中心尺寸布置必須滿足設(shè)計(jì)規(guī)范：A=（45±10）mm、B=（60±10）mm，同時(shí)根據(jù)安全帶織帶拉出長(zhǎng)度要求不少于3 100 mm。

圖9 Buckle布置要求

3.3 ISOFIX試驗(yàn)分析

汽車ISOFIX系統(tǒng)的固定點(diǎn)靜態(tài)強(qiáng)度通過臺(tái)架試驗(yàn)，測(cè)試設(shè)備施加力沿車輛縱向向前，力與模擬兒童座椅模型與水平面成（10±5）°的方向，施加（8±0.25）kN的靜態(tài)拉力[4]，如圖10所示。兒童座椅模型和上拉帶的固定點(diǎn)的位置，對(duì)其預(yù)施加50 N的預(yù)加載力；試驗(yàn)在水平方向上對(duì)座椅總成部件20倍質(zhì)量的預(yù)載荷。

圖10 ISOFIX固定點(diǎn)靜態(tài)強(qiáng)度測(cè)試

結(jié)合現(xiàn)代汽車的CAE仿真技術(shù)，座椅ISOFIX可虛擬設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)仿真，根據(jù)分析零部件鋼件強(qiáng)度情況對(duì)ISOFIX系統(tǒng)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整與參數(shù)優(yōu)化[5]，避免后期試驗(yàn)失效引起重新實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的重復(fù)過程。

4 結(jié)論

兒童的安全心系全家人的身心安全，對(duì)兒童的安全保障也成為全社會(huì)應(yīng)盡的重任。ISOFIX系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須滿足國(guó)家強(qiáng)制法規(guī)要求，讓汽車安全文明發(fā)展。ISOFIX系統(tǒng)方便和簡(jiǎn)單的操作，有效地避免誤用，并且能快速切換后排乘坐模式。汽車制造廠已規(guī)范ISOFIX系統(tǒng)下部固定點(diǎn)設(shè)計(jì)和布置要求，并制定統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合CAE分析，實(shí)車進(jìn)行實(shí)物驗(yàn)證，通過規(guī)范的設(shè)計(jì)驗(yàn)證體系必能讓兒童座椅更廣泛使用，汽車產(chǎn)品更加有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。