兒童座椅的介紹及ISOFIX布置簡(jiǎn)介

2021/3/5 1 / 兒童座椅的介紹及 ISOFIX布置簡(jiǎn)介 2021/3/5 2 / 主要內(nèi)容： 車用兒童座椅的定義、功用、種類 歐美法規(guī)對(duì)兒童座椅的布置要求 (ISOFIX系統(tǒng) ) 兒童座椅固定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)要求 兒童座椅的試驗(yàn)要求 2021/3/5 3 / 兒童座椅的定義： 兒童座椅（ Child Seat），通常又可稱為兒童限制系統(tǒng) （ Child Restraint System，簡(jiǎn)稱 CRS），兒童限制系統(tǒng)與安全 帶一起配合使用以減少汽車在發(fā)生碰撞安全事故等緊急情況出 現(xiàn)時(shí)給兒童帶來的傷害。 2021/3/5 4 / 兒童限制系統(tǒng)的劃分 ： 在歐洲法規(guī) ECE R44.03及美國(guó)法規(guī) FMVSS 225中都有相關(guān)規(guī)定， 按照兒童的體重將兒童限制系統(tǒng)分為 5個(gè)組： 0組：用于體重小于 10kg的兒童，出生 69個(gè)月嬰兒。 0+組：用于體重小于 13kg的兒童，出生 1215個(gè)月嬰兒。 組：用于體重 9kg18kg的兒童，出生 9個(gè)月 4年的兒童。 組：用于體重 15kg25kg的兒童，出生 46年的兒童。 組：用于體重 22kg36kg的兒童，出生 611年的兒童。 2021/3/5 5 / 兒童座椅的種類 ： 由于 0組與 0+組中規(guī)定的體重比較相近，在實(shí)際劃分兒童座椅的時(shí) 候可以歸為一組。因此對(duì)于實(shí)際的兒童座椅，可以分為 4類 ： 第一類 =0與 0+組； 第二類 = 組； 第三類 = 組； 第四類 = 組。 2021/3/5 6 / 第一類 Rearward-Facing Baby Seat 這類座椅適用于上述 0與 0+組所規(guī)定的兒 童，其型式類似圖 1所示?？煞胖糜谇芭排c后 排座椅，放在后排比放在前排更為安全；如 果前面乘員側(cè)裝有氣囊，則不能放置在乘員 側(cè)座椅上。后朝向的嬰兒座椅對(duì)比前朝向的 兒童座椅能更好的保護(hù)嬰兒的頭、脖子與頸 椎，因此在嬰兒的體重超過座椅的體重限制 前或嬰兒坐在座椅上頭部高出座椅背的高度 以前，盡可能使用前朝向的座椅。這類座椅 用一根車上的成年安全帶進(jìn)行固定，兒童在 座椅上用兒童座椅自身的安全帶進(jìn)行固定， 這樣可以輕松固定及取出座椅。 圖 1 2021/3/5 7 / 第二類 Frontward-Facing Baby Seat 這類座椅適用于 組規(guī)定的兒童，其型式 類似圖 2所示。同第一類座椅一樣，這類座椅 可以放置于前面座椅和后排座椅上，但是放在 后排座椅比放在前面安全性更高一些，如果在 乘員側(cè)裝有安全氣囊，則這類兒童座椅最好不 要安裝在乘員側(cè)座椅上，同樣在兒童的體重超 過座椅的體重限制前或坐在座椅上頭部高出座 椅背的高度以前，盡可能使用該類座椅。 圖 2 2021/3/5 8 / 第三類 Booster Seat 這類座椅適用于 組規(guī)定的兒童，其型式 類似圖 3所示。同樣 Booster Seat前后排座椅 上都可以安裝，但是放在后排的安全性高于 放在前面，尤其是前面乘員側(cè)裝有安全氣囊 的話，不能安裝在乘員側(cè)座椅上，這類兒童 座椅用車上成年安全帶將兒童跟座椅一起固 定在座椅上。這類座椅還有一個(gè)特點(diǎn)，就是 坐墊跟靠背通常是可以分離的，如果我們?nèi)?掉靠背的話，則變成第四類作用 Booster Cushion。 圖 3 2021/3/5 9 / 第四類 Booster Cushion 這類座椅適用于 組規(guī)定的兒童，其型式類 似圖 4所示。同樣 Booster Cushion前后排座椅上 都可以安裝，但是放在后排的安全性高于放在前 面，尤其是前面乘員側(cè)裝有安全氣囊的話，不能 安裝在乘員側(cè)座椅上。這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 4 2021/3/5 10 / 注意事項(xiàng)： Booster Seat和 Booster Cushion因?yàn)槎純H僅有車上安全帶對(duì) 兒童進(jìn)行限制，兒童座椅本身不像前兩種兒童座椅有 5點(diǎn)式安全帶 固定兒童，所以安全帶就非常重要。下面幾點(diǎn)是在兒童座椅使用 時(shí)必須要注意的： 1、安全帶要保證能將兒童固定在座椅上； 2、安全帶系上后腿部部分應(yīng)該位于兒童的盆骨區(qū)域，而不能位于 胃部區(qū)域。 3、安全帶的肩部部分應(yīng)該很繞過肩膀，而不能貼著脖子。 2021/3/5 11 / ISOFIX系統(tǒng) ： 定義： ISOFIX（ International Standards Organisation FIX） 是用來固定兒童座椅的一個(gè)標(biāo) 準(zhǔn)系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用， ISOFIX系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)一是給兒童座椅提供了個(gè)一個(gè)規(guī)范 而簡(jiǎn)單的安裝方式，同一個(gè)兒童座椅可以安裝于不同的車上，安裝方式簡(jiǎn)單則給使用者 提供了便利，相比用車上安全帶固定更便于安裝和拆卸；二是在兒童座椅與車身地板間 建立了一個(gè)剛性的連接，減小了兒童座椅安裝后松脫的風(fēng)險(xiǎn)，提高了兒童座椅的動(dòng)態(tài)性 能。 發(fā)展史： 1、美國(guó) 1990年， NHTSA提出 ISOFIX標(biāo)準(zhǔn)，并開始要求在新生產(chǎn)的車輛安裝； 1999年， FMVSS 213法規(guī)更新，提出上部固定點(diǎn)的統(tǒng)一要求（ UCRA-Uniform Child Restraint Anchorage），要求 1999年 9月 1日以后生產(chǎn)的汽車必須按要求提供上部安裝固定點(diǎn)。 2001年， FMVSS 213法規(guī)更新，提出下部固定點(diǎn)的統(tǒng)一要求（ LATCH-Lower Anchors and Tethers for CHildren），要求 2002年 9月 1日以后生產(chǎn)的汽車必須按要求提供下部安裝固定點(diǎn)。 2、歐洲 ECE R14 , EEC 77/541于 2006年 2月 26日起開始實(shí)施。 2021/3/5 12 / ISOFIX系統(tǒng)的組成主要由兩個(gè)下部固定點(diǎn) （ Lower Anchorage Point） 與一個(gè)上部固定點(diǎn) （ Top Tether Anchorage Point） 組成 。 如 下圖所示： 圖 5 2021/3/5 13 / 對(duì)于兒童下部的固定方式除了上圖所示的剛性支架連接外， 另外一種是柔性織帶連接，如下圖所示：這兩種連接方式對(duì)于 ISOFIX系統(tǒng)來說要求是一樣的 圖 6 2021/3/5 14 / 兒童座椅剛性支架固定方式 參考圖片 兒童座椅柔性織帶固定方式 安裝方式 2021/3/5 15 / 下固定點(diǎn) 2021/3/5 16 / 上固定點(diǎn) 2021/3/5 17 / ISOFIX系統(tǒng) 的數(shù)量要求： 針對(duì)不同車型以及座椅型式的不同，對(duì)于 ISOFIX系統(tǒng)需求數(shù)量 在歐洲法規(guī) ECE R14.06 5.3.8，美國(guó)法規(guī) FMVSS225 S4里面有詳細(xì) 規(guī)定。下面表格中給出了法規(guī)規(guī)定不同車型對(duì) ISOFIX系統(tǒng)需求的要 求： 2021/3/5 18 / 2021/3/5 19 / 1、 2類代表了運(yùn)動(dòng)型及常規(guī)的卡車車型，在 ECE R14中規(guī)定僅有一排座椅的 汽車，前面不允許布置兒童座椅， FMVSS 225則規(guī)定前面乘員側(cè)座椅需有完整的 ISOFIX系統(tǒng)，如有中間座椅，則需有上固定點(diǎn)要求，并且特別強(qiáng)調(diào) 如果前面裝有側(cè) 安全氣囊，則必須有 ON-OFF按鈕，否則不允許配置兒童座椅。 （ 按 FMVSS 208規(guī) 定，在 2012年 9月 1日以后將廢除這種開關(guān)的形式，在此之前需通過先進(jìn)的氣囊技術(shù) 來逐步取代手動(dòng)的開關(guān)） 3、 4類代表有兩排座椅的轎車， ECE R14規(guī)定盡量將兒童座椅布置于后排座椅 上，前面乘員側(cè)座椅不做要求。 FMVSS 225則規(guī)定前面乘員側(cè)座椅需有完整的 ISOFIX系統(tǒng)，后排需 3個(gè)上固定點(diǎn)，后排最少需要兩組下部固定點(diǎn)，如空間足夠， 可布置 3組下部固定點(diǎn)。 5類代表了 2排座椅的卡車車型，其要求同 3、 4類。 6、 7代表了擁有 3排座椅的 MPV類車型，對(duì)于前兩排的規(guī)定同 3、 4類車型，第 3 排在 ECE及 FMVSS中都規(guī)定只需布置上部固定點(diǎn)，超過 3排的車型，第 3排起的座 椅同 6、 7類車型。 2021/3/5 20 / 另外，對(duì)于 3、 4、 5、 6、 7類車型的后排座椅。 兩相鄰安裝位置之間的距離“ D”應(yīng)該大于 410mm或 者小于 390mm，主要是為了避免下面描述中含糊不 清的試驗(yàn)規(guī)定： 1、如果相鄰安裝位置之間的距離小于 400mm， 則兒童座椅不需要同時(shí)進(jìn)行測(cè)試； 2、如果相鄰安裝位置之間的距離大于 400mm， 則兒童座椅必須同時(shí)進(jìn)行測(cè)試； 因此在設(shè)計(jì)過程中，這點(diǎn)必須記住，如果對(duì)安 裝的兒童座椅裝置（ SFAD）同時(shí)進(jìn)行測(cè)試，加載 在 SFAD上的負(fù)載將是單一裝置時(shí)的兩倍或者三倍 （對(duì)于三個(gè)安裝點(diǎn)），如果座椅的骨架強(qiáng)度不夠， 這將會(huì)導(dǎo)致座椅的過度偏移甚至損壞。 2021/3/5 21 / ISOFIX系統(tǒng) 的布置要求： Child Restraint Fixture（ CRF） 為了便于布置兒童座椅，我們把兒童座椅簡(jiǎn)化為一個(gè)模型，即 CRF（ Child Restraint Fixture）。 ECE R14 2.31里規(guī)定 ECE R16 附錄 7的附錄 2中的第 4章的圖 1 所示的 CRF模型用于兒童座椅的通用布置校核。 FMVSS 225 在圖 1和圖 2中給出了 CRF模型的尺寸定義。 下面圖 7與圖 8分別給出了兩個(gè)法規(guī)里規(guī)定的 CRF模型。 2021/3/5 22 / 圖 7 圖 8 2021/3/5 23 / 根據(jù)上面圖中給出的尺寸，為了方便布置，可以建立一個(gè) 3D模型 如下圖 9所示： 圖 9 2021/3/5 24 / 下部固定點(diǎn)（ Lower Anchorage ）： 每個(gè)單獨(dú)的兒童座椅固定系統(tǒng)包括兩個(gè)兩個(gè)下部固定點(diǎn)，與一個(gè)上部固定點(diǎn) 組成，下部主要靠?jī)蓚€(gè)固定支架來安裝兒童座椅，如下圖 10所示 CRF Floor Panel 圖 10 2021/3/5 25 / L1 D 下部固定支架為一段段面 直徑為 D的圓柱形剛性支架， D 為支架經(jīng)過油漆或拋光后的直 徑。該支架可以是焊接在車身 上，也可以焊接在座椅骨架上。 圖中藍(lán)色區(qū)域?yàn)楣潭ㄖЪ?的有效固定區(qū)域段 A。長(zhǎng)度為 L1。 D、 L1的尺寸定義在后面 Check List中給出歐標(biāo)與美標(biāo)的 不同定義，后面出現(xiàn)的尺寸同 理。 圖 11 2021/3/5 26 / 圖 12 SgRP Z Point L2 L3 兩個(gè)固定支架的有效固定 區(qū)域必須是同軸，且軸線 B必須 平行于 Y軸，如圖 12所示。 從后座椅的設(shè)計(jì) H點(diǎn) （ SgRP）到通過固定支架軸線 A且平行于 YOZ平面的平面 C的 X方向距離為 L2。 從 CRF的 Z點(diǎn)（見圖 8中所 有標(biāo)注的 Point Z）到平面 B的 距離為 L3。 “C” Plane 2021/3/5 27 / A區(qū)域 L1 L1 L4 L5 L6 圖 13 兩個(gè)固定支架在 Y方向的相對(duì)尺寸如圖 13所示，兩支架有效固定段內(nèi)部間距為 L4，外部間距為 L6，中心面間距為 L5。 兩個(gè)固定支架的中心面必須對(duì)稱與過座椅 SgRP的縱向中心面。 2021/3/5 28 / 序號(hào) 名稱 ECE R14 （ mm） FMVSS 225 （ mm） 備注 1 D 6 0.1 6 0.1 包括油漆或拋光處理 2 L1 25 25L140 為保證最佳性能，該值應(yīng) 30 3 L2 120 123 推薦值不小于 130 4 L3 / 70 5 L4 255Max / 6 L5 280 1 280 1 7 L6 305Min / 下部固定點(diǎn)布置尺寸檢查清單 ： 2021/3/5 29 / 上部固定點(diǎn)（ Top Tether Anchorage ）： 上部固定點(diǎn)同樣采用一個(gè)類似下部固定點(diǎn)的剛 性支架來固定兒童座椅的上部安裝掛鉤（ Top Tether Hook），其尺寸定義可參考下部固定支架。 Top Tether Hook的形狀尺寸在 ECE R14 附錄 9的圖 3中有詳細(xì)定義，如左圖 14所示，為了方便做兒童座椅上 部固定點(diǎn)的布置，可根據(jù)尺寸定義建立掛鉤的 3D模型， 如圖 15所示。 圖 14 圖 15 2021/3/5 30 / 上部固定點(diǎn)區(qū)域的定義： 上部固定點(diǎn)的區(qū)域在 ECE R14 附錄 9中圖 310中有詳細(xì)規(guī)定，同 樣在美標(biāo) FMVSS 225的圖 37中有 詳細(xì)規(guī)定。兩法規(guī)對(duì)兒童座椅上部 固定點(diǎn)區(qū)域的規(guī)定是完全相同的。 如圖 16所示。理論上只要上部固定 點(diǎn)位于該區(qū)域內(nèi)都是滿足法規(guī)要求 的。 圖 16 2021/3/5 31 / ISOFIX系統(tǒng) 的標(biāo)識(shí)要求： 在 ECE及 FMVSS中分別對(duì) ISOFIX系統(tǒng)的標(biāo)識(shí)做了詳細(xì)規(guī)定 ECE R14 FMVSS 下部固定點(diǎn)標(biāo)識(shí) A）直徑為 13mm的圓形圖案（見圖 17），圖案中間兒童座椅的標(biāo)識(shí)的 顏色必須與外面的圓的顏色對(duì)比鮮明。 該標(biāo)識(shí)必須在下部固定點(diǎn)附近。 直徑不大于 13mm的圓形圖 案，圖案中間兒童座椅的標(biāo)識(shí) 的顏色必須與外面的圓的顏色 對(duì)比鮮明。 標(biāo)識(shí)的位置應(yīng)位于座椅靠 背上，且在通過每個(gè)下部固定 支架中心的縱向平面上，到支 架的距離為 50mm且 70mm B）或者為一個(gè)印有“ ISOFIX”大寫 字母的標(biāo)識(shí)，字母高度 6mm。 上部固定點(diǎn)標(biāo)識(shí) A）在上部固定點(diǎn)之架的護(hù)蓋上必須 印有圖 18所示圖案，圖案必須清晰 且與護(hù)蓋顏色對(duì)比鮮明。圖案高度 20mm / B）或者護(hù)蓋上圖案采用浮雕形式。 2021/3/5 32 / 圖 18 圖 17 2021/3/5 33 / ISOFIX系統(tǒng) 標(biāo)識(shí)的幾個(gè)實(shí)例： 下部固定點(diǎn)標(biāo)識(shí)（ A方案） 下部固定點(diǎn)標(biāo)識(shí)（ B方案） 上部固定點(diǎn)標(biāo)識(shí)（ B方案） 圖 19 2021/3/5 34 / ISOFIX系統(tǒng) 的試驗(yàn)： Static Force Application Device (SFAD)：用來驗(yàn)證 ISOFIX系統(tǒng)及與其相關(guān)汽車或座椅結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度的一種試驗(yàn)裝置。這種裝置在 ECE R14 附錄 9的圖 1圖 2， FMVSS 225的圖 12圖 18中做了形狀及尺寸 的定義。 在 ECE R14中給出的 SFAD的定義與 FMVSS 225中 SFAD 2的定 義是一致的，在美標(biāo)中還給出了一種 SFAD 1的定義， SFAD 1與 SFAD 2的區(qū)別在于 SFAD 1用于沒有 ISOFIX系統(tǒng)的測(cè)試， SFAD 2用 于有 ISOFIX系統(tǒng)的測(cè)試（ FMVSS 225 S6.3.4），下圖 20為 SFAD的 尺寸定義，根據(jù)定義可建立圖 21所示的模型，用于 CAE。 2021/3/5 35 / 圖 20 圖 21 2021/3/5 36 / 靜強(qiáng)度試驗(yàn) ECE R14 1、試驗(yàn)的前提條件在 6.6.16.6.3中給出了要求，需要注意的幾點(diǎn)是： a) 所有與 ISOFIX相關(guān)的車身部件與座椅部件必須齊全； b) 如果在同一排座椅上有多個(gè) ISOFIX系統(tǒng)，且可以同時(shí)使用，那么應(yīng)該對(duì) 這些系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。 c) 如果座椅與座椅頭枕是可調(diào)節(jié)的，應(yīng)該將座椅及頭枕調(diào)整到設(shè)計(jì)位置。 2、載荷加載方向 首先對(duì) SFAD的前下橫梁的中間部位施加一個(gè)水平力以調(diào)整 SFAD的前后位 置，保證 SFAD與安裝支架緊密接觸，該預(yù)緊力大小為 135 N 15 N。 加載的方向及大小見下表（角度為力與 XOZ平面的夾角） 2021/3/5 37 / 正向 0 5 8 kN 0.25 kN 斜向 75 5 (兩面，或狀態(tài)差的一邊， 或如兩邊是對(duì)稱的，則加載一邊 ) 5 kN 0.25 kN 加載力的方向 正向力的施加方向與水平面夾角 10 5 ，斜向力的施加方向與水平面夾 角 0 5 . 在實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，需對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置施加一個(gè)作用點(diǎn)在 X點(diǎn)（見圖 20所 示），作用力需在少于 2秒的時(shí)間內(nèi)全部施加，并持續(xù)不少于 0.2秒。 2021/3/5 38 / 3、下固定點(diǎn)系統(tǒng)的測(cè)試 3.1、正向加載測(cè)試 SFAD的 X點(diǎn)在 8kN 0.25kN的載荷（預(yù)載荷后）下，水平縱向的位移不能大于 125mm。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，固定的載荷下， ISOFIX下部固定點(diǎn)系統(tǒng)或周邊環(huán)境發(fā)生 破裂或損壞等永久變形可接受。 3.2、斜向加載測(cè)試 SFAD的 X點(diǎn)在 5kN 0.25kN的載荷（預(yù)載荷后）下，沿作用力方向的位移不能大 于 125mm。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，固定的載荷下， ISOFIX下部固定點(diǎn)系統(tǒng)或周邊環(huán)境發(fā) 生破裂或損壞等永久變形可接受。 4、下部固定點(diǎn)與上部固定點(diǎn)的測(cè)試 在 SFAD與上部固定點(diǎn)間作用 50N 5N的預(yù)緊力， SFAD的 X點(diǎn)在 8kN 0.25kN 的載荷下，水平縱向的位移不能大于 125mm。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，固定的載荷下， ISOFIX下部固定點(diǎn)系統(tǒng)、上部固定點(diǎn)或周邊環(huán)境發(fā)生破裂或損壞等永久變形可接受。 2021/3/5 39 / 5、 CAE分析結(jié)果 5.1 水平加載模型 2021/3/5 40 / 分析用車身地 板和兒童約束 系統(tǒng)板件材料： B170P1 屈服應(yīng)力： 200MPa 極限應(yīng)力： 357MPa 計(jì)算最大應(yīng)力： 322.1MPa 5.2 水平加載應(yīng)力分布圖 2021/3/5 41 / 加載點(diǎn)位移幅值： 17.96毫米 ECE-R-14標(biāo)準(zhǔn)：不 超過 125毫米 5.2 水平加載點(diǎn)位移圖 2021/3/5 42 / 5.4 斜向加載模型 方 向 一 方 向 二 2021/3/5 43 / 分析用車身地板和兒童約束系統(tǒng)板件材料： B170P1 屈服應(yīng)力： 200MPa 極限應(yīng)力： 357MPa 計(jì)算最大應(yīng)力：方向一 211.5MPa， 方向二 257.3MPa 方向一 方向二 5.5 斜向加載應(yīng)力分布圖 2021/3/5 44 / 加載點(diǎn)位移幅值：方向一 15.65毫米，方向二 16.87毫米 ECE-R-14標(biāo)準(zhǔn)：不超過 125毫米 方向一 方向二 5.6 斜向加載點(diǎn)位移圖 2021/3/5 45 / FMVSS 225 試驗(yàn)的前提條件在 S15中給出了要求，其要求與 ECE R14相關(guān)要求相同，測(cè)試 方法一樣， CAE分析結(jié)果 1、水平加載模型 載荷幅值： 8000N 載荷方向：車身坐標(biāo)系 X軸， 向前 2021/3/5 46 / 分析用車身地板和兒 童約束系統(tǒng)板件材料： B170P1 屈服應(yīng)力： 200MPa 極限應(yīng)力： 357MPa 計(jì)算最大應(yīng)力： 343MPa 2 水平加載應(yīng)力分布圖 2021/3/5 47 / 加載點(diǎn)位移幅值： 方向一 2.92毫米 ECE-R-14和 FMVSS225標(biāo)準(zhǔn)： 不超過 125毫米 3 水平加載點(diǎn)位移圖 2021/3/5 48 / 方 向 一 方 向 二 載荷幅值： 5000N 載荷方向：和車身 X軸成 75度 4 斜向 75 加載模型 2021/3/5 49 / 分析用車身地板和兒童約束系統(tǒng)板件材料： B170P1 屈服應(yīng)力： 200MPa 極限應(yīng)力： 357MPa 計(jì)算最大應(yīng)力：方向一 328MPa， 方向二 533.2MPa 方向一 方向二 5 斜向 75 加載應(yīng)力分布圖 2021/3/5 50 / 加載點(diǎn)位移幅值：方向一 27.29毫米，方向二 44.8毫米 ECE-R-14和 FMVSS225標(biāo)準(zhǔn)：不超過 125毫米 方向一 方向二 6 斜向 75 加載位移分布圖 2021/3/5 51 / 疑問： 1、 M14類的活動(dòng)頂跑車后排 ISOFix系統(tǒng)上部固定點(diǎn)的布置； 2、單排乘員座椅 ISOFix系統(tǒng)的布置； 3、上部固定點(diǎn)區(qū)域的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)方法； 4、兒童座椅的安裝過程； 2021/3/5 52 / 謝謝！