乘用车座椅ISOFIX儿童固定点强度分析

霍成鹏　贝拥　朱峰　黄海峰

摘 要：文章针对汽车三人座椅的ISOFIX的设计，满足国家强制法规要求，通过FEA对不同工况的ISOFIX固定点的强度分析，分析计算结果，得出ISOFIX设计满足设计要求，X点位移量均小于125mm，该设计具有良好的被动安全性。关键词：ISOFIX;座椅强度;优化设计中图分类号：U467  文献标识码：A  文章编号：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

近年来，对座椅法规的要求越来越严格，据统计，2012 年全国道路交通事故219521 起，254075 人受伤，65225 人死亡，其中包括1.85 多万名14 岁以下儿童死亡，死亡率为美国的2.6 倍，欧洲的2.5 倍[1]。正确安装和使用儿童安全座椅可以挽救交通事故中约71%的婴儿和54%的儿童的生命。随着时代的发展对儿童的保护上升到更高的层次，汽车座椅工程师在设计座椅时要充分考虑儿童座椅安全强度，必须满足国家法规GB14167-2013国家强制要求，前期设计的完整性是为了节省成本和时间周期。

1 ISOFIX设计原则

ISOFIX固定点系统的设计和布置应符合以下要求[2]：

应有两个直径为6mm±0.1mm的横向水平刚性杆件，两杆件最小有效长度为25mm，且两杆件同轴如图1所示。

安装在车辆乘坐的位置上的所有ISOFIX固定点系统，应位于距H点之后不小于120mm处（水平测量至杆件中心）。

1.1 二座椅设计

本文是针对三人座椅的设计，满足法规试验要求。

1.2 试验方法和标准

固定儿童座椅的接口为ISOFIX，在设计过程中需要关注儿童座椅的接口尺寸和要求。本文针对三人座椅ISOFIX的设计，前期利用计算机辅助验证设计的准确性和完整性，满足GB14167-2013国家强制法规要求。

静载施加装置（SFAD）是指用于车辆ISOFIX固定系统的试验装置，如图2所示，该装置用来检测ISOFIX固定系统的强度和静态试验中车辆或座椅结构抗翻转的能力。

1.2.1 向前力试验

在对SFAD的X点（预加载后）施加8KN±0.25KN力期间纵向水平位移变化应小于125mm，允许永久变形和部分开裂。如果在规定的时间维持了所要求的力，ISOFIX下固定点或周围的区域不应失效。

1.2.2 斜向力试验

在对SFAD的X点（预加载后）施加5KN±0.25KN力期间，沿加力方向位移变化应小于125mm，允许永久变形和部分开裂。如果在规定的时间维持了所要求的力，ISOFIX下固定点或周围的区域不应失效。

1.2.3 ISOFIX上固定点的试验

在SFAD和上固定点之间进行50N±5N的预加载，再施加8KN±0.25KN的力，X点的位移应小于125mm，ISOFIX下固定点和上固定点及周围区域不应失效，允许永久变形和部分裂紋。如果在规定的时间维持了所要求的力，ISOFIX下固定点和上固定点及周围的区域不应失效。试验后不应出现裂纹，且应满足X点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

通过三维绘图软件进行座椅及ISOFIX建模，座椅在设计过程中，需要满足国家强制的法规为前提，利用FEA分析三人座椅的ISOFIX强度是否满足国家法规要求[3]。如图3所示座椅ISOFIX向前力的测试加载模型，斜向前加载8000N，与水平面夹角：10°±5°，保持0.2S以上。

2.1 向前力仿真分析

工况一加载完毕，座椅所有零件的最大应力都没有超过极限值，没有结构破坏。座椅有限元模型前处理完成以后，设置好相应的参数后，开始仿真计算.在仿真工况一中，加载点X位移曲线。由图4、5可知，工况一中加载点位移变化最大，加载过程中，施力点沿施力方向最大位移约61mm，低于标准要求的125mm，满足设计要求[3-5]。

由此可见，该座椅由前向力和斜向力引起的加载点位移小于法规要求的最大值，加载点位移变化满足法规规定的加载点位移量的要求。

2.2 向前力上固定点仿真分析

ISOFIX固定点系统和上固定点试验，如图6所示，座椅ISOFIX向前力的测试加载模型，斜向前加载8000N，与水平面夹角：10°±5°，保持0.2S。

工况二加载完毕，座椅所有零件的最大应力都没有超过极限值，没有结构破坏。加载过程中如图7、8所示，施力点沿施力方向最大位移月60.5mm，低于标准要求的125mm，根据分析，满足设计要求。

2.3 ISOFIX固定点斜向力

对在SFAD和上固定点之间预加载50N±5N的力，再施加8KN±0.25KN的力，保持0.2S。如图9所示：

2.3.1 斜向力（左向）

工况三加载完毕，如图10、11所示，座椅所有零件的最大应力都没有超过极限值，没有结构破坏。加载过程中，施力点沿施力方向最大位移约93.6mm，低于标准要求的125mm，通过分析。

2.3.2 斜向力（右向）

工况四加载完毕，如图12、13所示座椅所有零件的最大应力都没有超过极限值，没有结构破坏。加载过程中，施力

点沿施力方向最大位移约80mm，低于标准要求的125mm，通过分析。

通过计算，三人座椅的ISOFIX强度分析，均可以满足儿童座椅固定点的试验要求，具有良好的被动安全性，CAE计算，节省开发周期，降低开发成本。如图14所示，为ISOFIX固定点。

3 结论

1）通过对三人座椅中ISOFIX设计和计算，ISOFIX均满足法规要求。

2）通过四种试验工况的分析验证，均满足设计要求，节省开发周期。

参考文献

[1] 苑康.基于人机工学的汽车儿童安全座椅设计.（硕士学位论文）.华北电力大学，2010.

[2] GB14167-2013.汽车安全带安装固定点、ISOFIX固定点系统及上固定点系统[S].北京：中国标准出版社，2013.

[3] 侯延軍，周立，崔东等.基于LS-DYNA的儿童座椅ISOFIX分析研究[S].汽车安全，2015：42-46.

[4] 刘继宇.付景顺.基于Hypermesh的某儿童安全座椅连接点仿真分析[J].科技创新及应用，2019（07）：68-69.

[5] 毛星子.ISOFIX儿童约束系统固定装置的技术要求及对比分析[J].客车技术与研究，2013，35（06）：54-58.