汽车儿童座椅分类及其装置优化设计

张程

（宜宾凯翼汽车有限公司汽车研究院）

儿童安全座椅专为不同体重或年龄段的儿童设计，让儿童于规范乘坐于车内，有利用提高儿童乘车安全。当汽车发生事故时，减少车体对儿童的冲压力、限制儿童身体移动，保护儿童的安全。座椅ISOFIX（International Standards Organization Fix：国际标准固定点系统）固定儿童座椅的标准系统，已进行接口标准化设计，为儿童座椅提供标准的安装方式，并能快速安装和拆卸。儿童安全座椅（Child Restraining System，简称CRS），它在汽车的座椅上使用儿童座椅ISOFIX固定，为儿童提供座位。实现CRS广泛通用使用，乘用车的设计必须满足GB 14166—2013、GB 15083—2019和GB 14167—2013对座椅、安全带、ISOFIX固定点的法规要求。

1 儿童座椅安装及ISOFIX设计

儿童安全座椅CRS，其安装时将下端ISOFIX固定座椅下端，上固定点固定于上车身，安装示意图如图1所示。

图1 儿童座椅固定示意图

为了提升汽车内饰精致工艺性，儿童座椅下固定点通常采用隐藏式设计，如图2所示，使座椅坐垫的面套外观更加精致优良。

图2 儿童座椅下固定点隐藏式设计

ISOFIX系统安装CRS的优点：1）图标位置清晰，未露出可视金属杆；2）白色图标与黑色背景的颜色易发现；3）ISOFIX下固定点与座椅靠背泡沫被塑料件装饰，不发生异响质量问题；4）打开塑料盖，ISOFIX锁扣进行插入，装配准确，不刮伤皮套。

2 儿童座椅系统分类

依据欧洲法规ECE R44.03和美国法规FMVSS 225相关规定，我国将儿童的体重和年龄段限制系统分为5个组，如表1所示。

其中0组与0+组规定的体重较相近，实际划分儿童座椅的时候为一组。对于市场实际的儿童座椅，可以分为4类：第1类为0与0+组；第2类为Ⅰ组；第3类为Ⅱ组；第4类为Ⅲ组。

2.1 提篮式儿童座椅系统

提篮式儿童座椅适用于0与0+组所规定的儿童，其型式如图3所示。提篮式可放置于前排或后排座椅，放在后排比放在前排更为安全。后朝向的婴儿座椅，会比前朝向的儿童座椅能更好的保护婴儿的头、脖子和颈椎。因此婴儿的体重未超过座椅的体重限制或婴儿坐在座椅上头部高出座椅背的高度以前，使用提篮式座椅可有效保护驾乘安全。

图3 提篮式儿童座椅系统

2.2 前向儿童座椅系统

前向儿童座椅适用于Ⅰ组规定的儿童，其型式如图4所示。此类座椅通常放置后排座椅上，同样I组儿童的体重未超过座椅的体重限制或坐在座椅上头部未高出儿童座椅背的高度，保持使用此类座椅。

图4 前向儿童座椅系统

2.3 辅助软垫儿童座椅

辅助软垫儿童座椅适用于Ⅱ组规定的儿童，其型式如图5所示。辅助软垫儿童座椅包裹性好，4～6岁儿童乘坐时可以完全包裹身体，对儿童起到非常好的安全保护。

图5 辅助软垫儿童座椅

2.4 增高垫儿童座椅

增高垫座椅适用于Ⅲ组规定的儿童，其型式如图6所示。增高垫儿童座椅布置安装于后排座椅上。该类儿童座椅用车上成年安全带将儿童跟座椅一起固定在座椅上。

图6 增高垫儿童座椅

3 儿童座椅固定装置优化设计

汽车ISOFIX系统装置是安装儿童座椅的一个标准系统，在汽车坐垫下端有座椅2个刚性固定点，座椅靠背上端有上固定点，共同组成了限制儿童座椅系统翻转的装置[1]。

ISOFIX系统的标准化设计优点：儿童座椅安装方式统一，同一款儿童座椅可安装于不同类别的乘用车；安装方式简单并便利，符合大众人群的使用习惯；儿童座椅与车身形成刚性整体，避免了儿童座椅安装松动的风险，提高了儿童座椅的动态性能强度。

3.1 ISOFIX下部固定点设计和布置要求

ISOFIX系统下固定点采用2个同轴心、直径为（6±0.1）mm的圆心钢管[2]，有效使用最小有效长度为25 mm，钢管中心到人体布置H点的水平距离不小于120 mm，如图7所示。

图7 ISOFIX下部固定点设计和布置

ISOFIX系统下部固定点组件，采用与车身地板的焊接工艺，工艺牢靠，其在车身总成上满足表2尺寸要求。

表2 儿童座椅下部固定点尺寸要求

3.2 Gabarit(样板)校核

儿童座椅处于校核位置，Buckle（安全带扣）低于Gabarit模块外端边缘，模型更加整车人机工程布置贴合座椅表皮固定，除去坐垫泡沫的压陷影响，织带拉出长度（250±50）mm[3]，如图8所示。3D数模模型中放置模块与实际儿童座椅放置有一点误差，实际调整以真实座椅安装为准。Buckle高于Gabarit模板的座椅安全带通过点，会造成安全带不能很好贴合儿童座椅。

图8 Buckle高于Gabarit模板图

为了有效安全地使用儿童座椅，安全带Buckle必须满足低于Gabarit模块边缘，布置图如图9所示。儿童座椅模型按照整车人机布置要求固定后，安全带通过3点式穿戴方式通过Gabarit模块，其织带拉出长度≥150 mm。Buckle带扣上测量中心尺寸布置必须满足设计规范：A=（45±10）mm、B=（60±10）mm，同时根据安全带织带拉出长度要求不少于3 100 mm。

图9 Buckle布置要求

3.3 ISOFIX试验分析

汽车ISOFIX系统的固定点静态强度通过台架试验，测试设备施加力沿车辆纵向向前，力与模拟儿童座椅模型与水平面成（10±5）°的方向，施加（8±0.25）kN的静态拉力[4]，如图10所示。儿童座椅模型和上拉带的固定点的位置，对其预施加50 N的预加载力；试验在水平方向上对座椅总成部件20倍质量的预载荷。

图10 ISOFIX固定点静态强度测试

结合现代汽车的CAE仿真技术，座椅ISOFIX可虚拟设计和结构仿真，根据分析零部件钢件强度情况对ISOFIX系统进行了结构参数调整与参数优化[5]，避免后期试验失效引起重新实验验证的重复过程。

4 结论

儿童的安全心系全家人的身心安全，对儿童的安全保障也成为全社会应尽的重任。ISOFIX系统设计必须满足国家强制法规要求，让汽车安全文明发展。ISOFIX系统方便和简单的操作，有效地避免误用，并且能快速切换后排乘坐模式。汽车制造厂已规范ISOFIX系统下部固定点设计和布置要求，并制定统一的行业标准，结合CAE分析，实车进行实物验证，通过规范的设计验证体系必能让儿童座椅更广泛使用，汽车产品更加有市场竞争力。