汽车座椅设计内凸校核方法

摘要：《GB 11552-2009乘用车内部凸出物》是车辆进行公告认证所必须满足的强制性标准，汽车座椅作为乘员舱内的主要构件，是该标准重点考察的对象之一。为保证在进行座椅设计时满足标准要求，笔者对凸出物的定义、凸出物的尺寸参数和校核区域进行了详细解读，并在标准的基础上对座椅设计给出实用性校核方法。

《GB 11552-2009乘用车内部凸出物》是我国于2009年 实施的一项强制性标准，该标准规定了乘员舱内除内后视镜外的所有内饰件在凸出物尺寸及吸能性方面所必须满足的要求， 旨在降低车辆发生碰撞时内饰件对人体头部所造成的伤害。汽车座椅作为乘员舱内最大的部件，其特性必须满足内部凸出物 （简称“内凸”）标准要求。汽车座椅变化形式多种多样，其组成零部件成百上千，因此，在所有内饰件中，座椅的内凸校核相对复杂。

座椅内凸校核适用标准

目前没有专门针对座椅单一品类汽车部件的内凸标准，因此座椅内凸校核通常参考《GB11552-2009乘用车内部凸出物》、《GB15083-2019汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法》和《ECER21关于机动车内部凸出物的认证统一规定》，这三个标准的适用范围及相互关系为：

（1）GB11552-2009根据ECER21修订，仅对标准用语及认证程序进行修改或删减，内凸要求一致。

（2）GB11552-2009规定了乘员舱内（除内后视镜）所有部件的内凸要求，GB15083-2019仅规定了座椅背面部件的内凸要求（不包括最后一排座椅）。

（3）对于带中央扶手的后排座椅，扶手处于使用状态时，或后排座椅靠背放倒时，此时状态不是作为座椅而存在，而是作为乘员舱内的部件而存在，故GB15083-2019不再适用，应参考GB11552-2009。

座椅内凸校核适用对象

根据GB15083-2019定义，内凸校核适用的对象需满足以下两点：

（1）邵氏A硬度大于50的刚性材料部件。按此标准，座椅骨架及塑料件在考查范围内，而发泡、面套等柔性部件在校核时需剔除。此外，有些座椅靠背上有蛇形弹簧悬挂等易变形的部件，在校核时同样需要剔除。

（2）在实车环境中零件表面有能被Φ165mm刚球（模拟人体头型）接触到的可能伤害乘客的刚性凸出物。如图1所示，凸出物可分为三种类型：表面上凸起的棱边，表面内凹形成的两侧棱边、表面上的台阶面。

校核关键参数

一旦座椅零部件表面有凸出物，且在实车环境中能被Φ165 mm 刚球（模拟人体头型）接触到，则凸出物的尺寸必须满足内凸标准要求。在设计座椅零部件时，主要考查的凸出物尺寸有凸出高度、凸出宽度、曲率半径。

凸出高度

凸出物高度的测量有两种方法，一种是滚动法，使用 Φ165mm的球头沿零件表面滚动并始终保持接触，凸出高度H为球头滚过被测凸出物时在垂直方向的最大变化量。另一种是标尺法，凸出高度测量仪由一个Φ165 mm的半球 形球头模型组成，在球头模型中部有一个直径为50 mm的滑动压头。压头端部平面与球头表面的相对位置可通过刻度尺读出，该值即为凸出高度。标尺法通常适用于开关、按钮、表面上的小凸包等对象，在实物测量时优先使用标尺法，当凸出物尺寸无法用标尺法测量时，才使用滚动法。但是在设计校核时，通常只使用滚动法。

凸出宽度

内凸标准中未对凸出宽度进行明确定义，实际上凸出宽度也并非内凸检查时的测量对象。但是标准中有一条规定：当凸出高度小于3.2 mm时，若其凸出高度不超过其宽度的一半，则不对其曲率半径提出要求，只需边缘圆钝即可。因此在设计校核时若用滚动法确定了某一凸出物的凸出高度小于3.2 mm，则需要对其凸出宽度做进一步检查。但是凸出宽度如何测量并无统一的标准，对于图4中①、②的情况，其凸出宽度L很好理解。对于③，其凸出宽度建议以凸出物棱边两侧最小直线距离为凸出宽度L。对于④，用Φ165 mm球与槽相切，两个切点之间的距离为凸出宽度L。⑤为台阶面的情形，其凸出宽度为被测台阶的长度。

曲率半径

曲率半径是校核凸出物是否满足标准要求的直接判定依据， 在完成凸出高度和凸出宽度的测量后，就要进一步考察凸出物的曲率半径。对于圆形，其曲率半径即为半径，而对于曲率变化的弧形，则取曲率半径的最小值。需要注意的是，并非所有的凸出物都需要测量凸出高度和凸出宽度后再测量曲率半径。测量凸出高度和凸出宽度的目的在于判断凸出物是否需要满足曲率半径要求，如果凸出物的凸出高度明显大于3.2 mm，则可直接测量曲率半径。此外在座椅中有些区域，如靠背侧板边沿处的倒角，也可直接测量其曲率 半径（图5）。

校核区域及要求

校核区域

内凸标准规定，在通过座椅R点的水平面之上和人体躯干线的横向平面之前为内凸检查区域，只有落入区域内的部分才需要满足内凸要求。通常乘用车有两排或三排座椅，且每排座椅的R点高低不同，在确定校核区域时，需将每一排的校核区域叠加， 形成一个总的台阶状校核区域，如图6所示。

校核区域划分

落入上述的校核区域的座椅零件，其需要满足的内凸要求也是不一样的。根据GB 15083-2019，校核区域需进一步细分为3 个区域，每个区域的凸出物需满足不同的曲率半径要求。 

区域1：区域1的划分需考虑三种情况，不带头枕的独立式座椅、不带头枕的长条座椅、带头枕的独立座椅或长条座椅。由于目前市面上绝大多数乘用车座椅都是带头枕的，因此本文只讨论第三种情况。区域1是指位于距座椅纵向中心面70 mm的两纵向 平面之间，且在过从R点沿躯干线向上635 mm处垂直于躯干线的平面以上的区域，对可调头枕要求将其调到可调范围内的最不利位置(一般为最高位置)。 

区域2：对于分体式头枕的座椅，区域2是指在过从靠背顶点沿躯干线向下100 mm处垂直于躯干线的平面以上的区域，但不包括位于区域1内部分的区域，如图7所示；对整体式头枕的座椅，座椅背面和正面的区域2定义有所不同。座椅背面的区域2 是指在过从R点沿躯干线向上440 mm处垂直于躯干线的平面以上，但不包括区域1的区域；座椅正面的区域2是指在过从R 点沿 躯干线向上540 mm处垂直于躯干线的平面以上，且距座椅纵向 中心面85 mm的两纵向平面之间，但不包括位于区域1的区域， 如图8所示。

区域3：区域3仅适用于座椅背面，是指在校核区域内除区域1和区域2以外的其余座椅背面区域。位于各个区域内的座椅零部件，除了要满足不同的曲率半径要求，有的还需要进行吸能试验，吸能试验程序及判断依据可参考GB 11552-2009附录G，本文不做进一步介绍。各个区域对应的内凸要求如表1所示。

头部碰撞区

若座椅满足GB 15083-2019中的内凸要求（表1），则可 认为其满足内凸标准，可免除GB 11552-2009中的内凸检查。但是有以下几种情况GB 15083-2019不再适用，需根据GB  11552-2009进行内凸校核：

第一，当座椅带有扶手且扶手处于 使用位置时，需对扶手进行校核；

第二，当座椅靠背带有小桌板，且小桌板处于使用位置时，需对小桌板进行校核；

第三，当座椅靠背放倒，或座椅翻折时，如旁边或后方座位仍可乘坐，则收纳状态的座椅是作为乘员舱内的其它构件存在，需对收纳状态的座椅进行校核。

根据GB 11552-2009对座椅进行内凸校核时，需要确定头部碰撞区。对于不可调座椅，将Φ165 mm头球从躯干线开始绕R点往前旋转，头球顶部距R点736~840 mm，头球旋转会在距R点571~840 mm范围内，扫掠形成一个在过躯干线的纵向平面之前、过R点的水平面之上的球形包络（此方法相对于国标是更加严格的，GB 11552-2009规定头球向前旋转至R点上方25.4mm的水平面），这个包络内的区域即为头部碰撞区；对于可调座椅，GB 11552-2009规定需要需增加R点前移127 mm的扫掠包络，但是多数可调座椅的滑轨调节行程都大于127 mm，所以有些主机厂的企标要求在滑轨全行程内确定头部碰撞区。在设计校核时，一般也会用全行程确定头部碰撞区，以做到比标准要求更严格。图9展示了座椅折叠时，后排乘员和侧边位乘员头部碰撞区的确定方法。需要注意的是，图9仅静态展示了座椅位于某个特定位置时，头部碰撞区的确定方法，若座椅带滑轨可前后移动，设计上应在全行程范围内校核。

头部碰撞区内凸出物的曲率半径要求不小于3.2 mm，若头部碰撞区与表1中划分的区域重合，则以曲率半径要求大的为准（表2）。

结语

笔者根据内凸相关标准，详细介绍了在座椅设计时进行内凸校核的方法。本文所述的方法相比于标准内容有所调整，但是比标准更加严格，因此在进行座椅设计时，利用本文所述的方法校 核设计可有效满足内凸标准要求。根据以上内容，可总结出内凸校核的步骤如下： 

（1）剔除发泡、面套等邵氏A硬度小于50的柔性部件； 

（2）根据每排座椅的R点，确定校核区域； 

（3）对校核区域进行划分； 

（4）若座椅有其它存在形式，则确定头部碰撞区； 

（5）测量区域内凸出物的高度、宽度和曲率半径，判定是否满足内凸标准要求，并进行相应的优化设计。

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