儿童座椅的介绍及ISOFIX布置简介.pptx

2024/3/26 周二1/2024/3/26 周二2/儿童座椅的定义：儿童座椅的定义：儿童座椅（Child Seat），通常又可称为儿童限制系统（Child Restraint System，简称CRS），儿童限制系统与安全带一起配合使用以减少汽车在发生碰撞安全事故等紧急情况出现时给儿童带来的伤害。2024/3/26 周二3/儿童限制系统的划分儿童限制系统的划分：在欧洲法规ECE R44.03及美国法规FMVSS 225中都有相关规定，按照儿童的体重将儿童限制系统分为5个组：0组：用于体重小于10kg的儿童，出生69个月婴儿。0+组：用于体重小于13kg的儿童，出生1215个月婴儿。组：用于体重9kg18kg的儿童，出生9个月4年的儿童。组：用于体重15kg25kg的儿童，出生46年的儿童。组：用于体重22kg36kg的儿童，出生611年的儿童。2024/3/26 周二4/儿童座椅的种类儿童座椅的种类：由于0组与0+组中规定的体重比较相近，在实际划分儿童座椅的时候可以归为一组。因此对于实际的儿童座椅，可以分为4类：第一类=0与0+组；第二类=组；第三类=组；第四类=组。2024/3/26 周二5/第一类 Rearward-Facing Baby Seat 这类座椅适用于上述0与0+组所规定的儿童，其型式类似图1所示。可放置于前排与后排座椅，放在后排比放在前排更为安全；如果前面乘员侧装有气囊，则不能放置在乘员侧座椅上。后朝向的婴儿座椅对比前朝向的儿童座椅能更好的保护婴儿的头、脖子与颈椎，因此在婴儿的体重超过座椅的体重限制前或婴儿坐在座椅上头部高出座椅背的高度以前，尽可能使用前朝向的座椅。这类座椅用一根车上的成年安全带进行固定，儿童在座椅上用儿童座椅自身的安全带进行固定，这样可以轻松固定及取出座椅。图12024/3/26 周二6/第二类 Frontward-Facing Baby Seat 这类座椅适用于组规定的儿童，其型式类似图2所示。同第一类座椅一样，这类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，如果在乘员侧装有安全气囊，则这类儿童座椅最好不要安装在乘员侧座椅上，同样在儿童的体重超过座椅的体重限制前或坐在座椅上头部高出座椅背的高度以前，尽可能使用该类座椅。图22024/3/26 周二7/第三类 Booster Seat 这类座椅适用于组规定的儿童，其型式类似图3所示。同样Booster Seat前后排座椅上都可以安装，但是放在后排的安全性高于放在前面，尤其是前面乘员侧装有安全气囊的话，不能安装在乘员侧座椅上，这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。这类座椅还有一个特点，就是坐垫跟靠背通常是可以分离的，如果我们取掉靠背的话，则变成第四类作用Booster Cushion。图32024/3/26 周二8/第四类 Booster Cushion 这类座椅适用于组规定的儿童，其型式类似图4所示。同样Booster Cushion前后排座椅上都可以安装，但是放在后排的安全性高于放在前面，尤其是前面乘员侧装有安全气囊的话，不能安装在乘员侧座椅上。这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42024/3/26 周二9/注意事项：注意事项：Booster Seat和Booster Cushion因为都仅仅有车上安全带对儿童进行限制，儿童座椅本身不像前两种儿童座椅有5点式安全带固定儿童，所以安全带就非常重要。下面几点是在儿童座椅使用时必须要注意的：1、安全带要保证能将儿童固定在座椅上；2、安全带系上后腿部部分应该位于儿童的盆骨区域，而不能位于胃部区域。3、安全带的肩部部分应该很绕过肩膀，而不能贴着脖子。2024/3/26 周二10/ISOFIX系统系统：定义：ISOFIX（International Standards Organisation FIX）是用来固定儿童座椅的一个标准系统，现在已经被广泛应用，ISOFIX系统的优点一是给儿童座椅提供了个一个规范而简单的安装方式，同一个儿童座椅可以安装于不同的车上，安装方式简单则给使用者提供了便利，相比用车上安全带固定更便于安装和拆卸；二是在儿童座椅与车身地板间建立了一个刚性的连接，减小了儿童座椅安装后松脱的风险，提高了儿童座椅的动态性能。发展史：1、美国 1990年，NHTSA提出ISOFIX标准，并开始要求在新生产的车辆安装；1999年，FMVSS 213法规更新，提出上部固定点的统一要求（UCRA-Uniform Child Restraint Anchorage），要求1999年9月1日以后生产的汽车必须按要求提供上部安装固定点。2001年，FMVSS 213法规更新，提出下部固定点的统一要求（LATCH-Lower Anchors and Tethers for CHildren），要求2002年9月1日以后生产的汽车必须按要求提供下部安装固定点。2、欧洲 ECE R14,EEC 77/541于2006年2月26日起开始实施。2024/3/26 周二11/ISOFIX系统的组成主要由两个下部固定点（Lower Anchorage Point）与一个上部固定点（Top Tether Anchorage Point）组成。如下图所示：图52024/3/26 周二12/对于儿童下部的固定方式除了上图所示的刚性支架连接外，另外一种是柔性织带连接，如下图所示：这两种连接方式对于ISOFIX系统来说要求是一样的 图62024/3/26 周二13/儿童座椅刚性支架固定方式参考图片参考图片儿童座椅柔性织带固定方式安装方式2024/3/26 周二14/下固定点2024/3/26 周二15/上固定点2024/3/26 周二16/ISOFIX系统系统 的数量要求：针对不同车型以及座椅型式的不同，对于ISOFIX系统需求数量在欧洲法规ECE R14.06 5.3.8，美国法规FMVSS225 S4里面有详细规定。下面表格中给出了法规规定不同车型对ISOFIX系统需求的要求：2024/3/26 周二17/2024/3/26 周二18/1、2类代表了运动型及常规的卡车车型，在ECE R14中规定仅有一排座椅的汽车，前面不允许布置儿童座椅，FMVSS 225则规定前面乘员侧座椅需有完整的ISOFIX系统，如有中间座椅，则需有上固定点要求，并且特别强调如果前面装有侧如果前面装有侧安全气囊，则必须有安全气囊，则必须有ON-OFF按钮，否则不允许配置儿童座椅。按钮，否则不允许配置儿童座椅。（按FMVSS 208规定，在2012年9月1日以后将废除这种开关的形式，在此之前需通过先进的气囊技术来逐步取代手动的开关）3、4类代表有两排座椅的轿车，ECE R14规定尽量将儿童座椅布置于后排座椅上，前面乘员侧座椅不做要求。FMVSS 225则规定前面乘员侧座椅需有完整的ISOFIX系统，后排需3个上固定点，后排最少需要两组下部固定点，如空间足够，可布置3组下部固定点。5类代表了2排座椅的卡车车型，其要求同3、4类。6、7代表了拥有3排座椅的MPV类车型，对于前两排的规定同3、4类车型，第3排在ECE及FMVSS中都规定只需布置上部固定点，超过3排的车型，第3排起的座椅同6、7类车型。2024/3/26 周二19/另外，对于3、4、5、6、7类车型的后排座椅。两相邻安装位置之间的距离“D”应该大于410mm或者小于390mm，主要是为了避免下面描述中含糊不清的试验规定：1、如果相邻安装位置之间的距离小于400mm，则儿童座椅不需要同时进行测试；2、如果相邻安装位置之间的距离大于400mm，则儿童座椅必须同时进行测试；因此在设计过程中，这点必须记住，如果对安装的儿童座椅装置（SFAD）同时进行测试，加载在SFAD上的负载将是单一装置时的两倍或者三倍（对于三个安装点），如果座椅的骨架强度不够，这将会导致座椅的过度偏移甚至损坏。2024/3/26 周二20/ISOFIX系统系统 的布置要求：Child Restraint Fixture（CRF）为了便于布置儿童座椅，我们把儿童座椅简化为一个模型，即CRF（Child Restraint Fixture）。ECE R14 2.31里规定ECE R16 附录7的附录2中的第4章的图1所示的CRF模型用于儿童座椅的通用布置校核。FMVSS 225 在图1和图2中给出了CRF模型的尺寸定义。下面图7与图8分别给出了两个法规里规定的CRF模型。2024/3/26 周二21/图7图82024/3/26 周二22/根据上面图中给出的尺寸，为了方便布置，可以建立一个3D模型如下图9所示：图92024/3/26 周二23/下部固定点（下部固定点（Lower Anchorage）：每个单独的儿童座椅固定系统包括两个两个下部固定点，与一个上部固定点组成，下部主要靠两个固定支架来安装儿童座椅，如下图10所示CRFFloor Panel图102024/3/26 周二24/L1D 下部固定支架为一段段面直径为D的圆柱形刚性支架，D为支架经过油漆或抛光后的直径。该支架可以是焊接在车身上，也可以焊接在座椅骨架上。图中蓝色区域为固定支架的有效固定区域段A。长度为L1。D、L1的尺寸定义在后面Check List中给出欧标与美标的不同定义，后面出现的尺寸同理。图112024/3/26 周二25/图12SgRPZ PointL2L3 两个固定支架的有效固定区域必须是同轴，且轴线B必须平行于Y轴，如图12所示。从后座椅的设计H点（SgRP）到通过固定支架轴线A且平行于YOZ平面的平面C的X方向距离为L2。从CRF的Z点（见图8中所有标注的Point Z）到平面B的距离为L3。“C”Plane2024/3/26 周二26/A区域 L1L1L4L5L6图13 两个固定支架在Y方向的相对尺寸如图13所示，两支架有效固定段内部间距为L4，外部间距为L6，中心面间距为L5。两个固定支架的中心面必须对称与过座椅SgRP的纵向中心面。2024/3/26 周二27/序号名称ECE R14（mm）FMVSS 225（mm）备注1D60.160.1包括油漆或抛光处理2L12525L140为保证最佳性能，该值应303L2120123推荐值不小于1304L3/705L4255Max/6L5280128017L6305Min/下部固定点布置尺寸检查清单下部固定点布置尺寸检查清单：2024/3/26 周二28/上部固定点（上部固定点（Top Tether Anchorage）：上部固定点同样采用一个类似下部固定点的刚性支架来固定儿童座椅的上部安装挂钩（Top Tether Hook），其尺寸定义可参考下部固定支架。Top Tether Hook的形状尺寸在ECE R14 附录9的图3中有详细定义，如左图14所示，为了方便做儿童座椅上部固定点的布置，可根据尺寸定义建立挂钩的3D模型，如图15所示。图14图152024/3/26 周二29/上部固定点区域的定义：上部固定点区域的定义：上部固定点的区域在ECE R14附录9中图310中有详细规定，同样在美标FMVSS 225的图37中有详细规定。两法规对儿童座椅上部固定点区域的规定是完全相同的。如图16所示。理论上只要上部固定点位于该区域内都是满足法规要求的。图162024/3/26 周二30/ISOFIX系统系统 的标识要求：在ECE及FMVSS中分别对ISOFIX系统的标识做了详细规定 ECE R14FMVSS下部固定点标识A）直径为13mm的圆形图案（见图17），图案中间儿童座椅的标识的颜色必须与外面的圆的颜色对比鲜明。该标识必须在下部固定点附近。直径不大于13mm的圆形图案，图案中间儿童座椅的标识的颜色必须与外面的圆的颜色对比鲜明。标识的位置应位于座椅靠背上，且在通过每个下部固定支架中心的纵向平面上，到支架的距离为50mm且70mmB）或者为一个印有“ISOFIX”大写字母的标识，字母高度6mm。上部固定点标识A）在上部固定点之架的护盖上必须印有图18所示图案，图案必须清晰且与护盖颜色对比鲜明。图案高度20mm/B）或者护盖上图案采用浮雕形式。2024/3/26 周二31/图18图172024/3/26 周二32/ISOFIX系统系统 标识的几个实例：下部固定点标识（A方案）下部固定点标识（B方案）上部固定点标识（B方案）图192024/3/26 周二33/ISOFIX系统系统 的试验：Static Force Application Device(SFAD)：用来验证ISOFIX系统及与其相关汽车或座椅结构的强度的一种试验装置。这种装置在ECE R14 附录9的图1图2，FMVSS 225的图12图18中做了形状及尺寸的定义。在ECE R14中给出的SFAD的定义与FMVSS 225中SFAD 2的定义是一致的，在美标中还给出了一种SFAD 1的定义，SFAD 1与SFAD 2的区别在于SFAD 1用于没有ISOFIX系统的测试，SFAD 2用于有ISOFIX系统的测试（FMVSS 225 S6.3.4），下图20为SFAD的尺寸定义，根据定义可建立图21所示的模型，用于CAE。2024/3/26 周二34/图20图212024/3/26 周二35/静强度试验静强度试验ECE R14 1、试验的前提条件在6.6.16.6.3中给出了要求，需要注意的几点是：a)所有与ISOFIX相关的车身部件与座椅部件必须齐全；b)如果在同一排座椅上有多个ISOFIX系统，且可以同时使用，那么应该对这些系统同时进行试验。c)如果座椅与座椅头枕是可调节的，应该将座椅及头枕调整到设计位置。2、载荷加载方向 首先对SFAD的前下横梁的中间部位施加一个水平力以调整SFAD的前后位置，保证SFAD与安装支架紧密接触，该预紧力大小为135 N 15 N。加载的方向及大小见下表（角度为力与XOZ平面的夹角）2024/3/26 周二36/正向0 58 kN 0.25 kN斜向75 5(两面，或状态差的一边，或如两边是对称的，则加载一边)5 kN 0.25 kN加载力的方向 正向力的施加方向与水平面夹角10 5，斜向力的施加方向与水平面夹角0 5.在实验开始时，需对实验装置施加一个作用点在X点（见图20所示），作用力需在少于2秒的时间内全部施加，并持续不少于0.2秒。2024/3/26 周二37/3、下固定点系统的测试 3.1、正向加载测试 SFAD的X点在8kN 0.25kN的载荷（预载荷后）下，水平纵向的位移不能大于125mm。如果在规定的时间内，固定的载荷下，ISOFIX下部固定点系统或周边环境发生破裂或损坏等永久变形可接受。3.2、斜向加载测试 SFAD的X点在5kN 0.25kN的载荷（预载荷后）下，沿作用力方向的位移不能大于125mm。如果在规定的时间内，固定的载荷下，ISOFIX下部固定点系统或周边环境发生破裂或损坏等永久变形可接受。4、下部固定点与上部固定点的测试 在SFAD与上部固定点间作用50N 5N的预紧力，SFAD的X点在8kN 0.25kN的载荷下，水平纵向的位移不能大于125mm。如果在规定的时间内，固定的载荷下，ISOFIX下部固定点系统、上部固定点或周边环境发生破裂或损坏等永久变形可接受。2024/3/26 周二38/5、CAE分析结果 5.1 水平加载模型 2024/3/26 周二39/分析用车身地分析用车身地板和儿童约束板和儿童约束系统板件材料：系统板件材料：B170P1屈服应力：屈服应力：200MPa 极限应力：极限应力：357MPa计算最大应力：计算最大应力：322.1MPa 5.2 水平加载应力分布图 2024/3/26 周二40/加载点位移幅值：加载点位移幅值：17.96毫米毫米ECE-R-14标准：不标准：不超过超过125毫米毫米 5.2 水平加载点位移图 2024/3/26 周二41/5.4 斜向加载模型 方方向向一一方方向向二二2024/3/26 周二42/分析用车身地板和儿童约束系统板件材料：分析用车身地板和儿童约束系统板件材料：B170P1 屈服应力：屈服应力：200MPa 极限应力：极限应力：357MPa计算最大应力：方向一计算最大应力：方向一211.5MPa，方向二方向二257.3MPa方向一方向一方向二方向二 5.5 斜向加载应力分布图 2024/3/26 周二43/加载点位移幅值：方向一加载点位移幅值：方向一15.65毫米，方向二毫米，方向二16.87毫米毫米ECE-R-14标准：不超过标准：不超过125毫米毫米方向一方向一方向二方向二 5.6 斜向加载点位移图 2024/3/26 周二44/FMVSS 225 试验的前提条件在S15中给出了要求，其要求与ECE R14相关要求相同，测试方法一样，CAE分析结果 1、水平加载模型 载荷幅值：8000N载荷方向：车身坐标系X轴，向前2024/3/26 周二45/分析用车身地板和儿分析用车身地板和儿童约束系统板件材料：童约束系统板件材料：B170P1屈服应力：屈服应力：200MPa 极限应力：极限应力：357MPa计算最大应力：计算最大应力：343MPa 2 水平加载应力分布图 2024/3/26 周二46/加载点位移幅值：加载点位移幅值：方向一方向一2.92毫米毫米ECE-R-14和和FMVSS225标准：标准：不超过不超过125毫米毫米 3 水平加载点位移图 2024/3/26 周二47/方方向向一一方方向向二二载荷幅值：5000N 载荷方向：和车身X轴成75度 4 斜向75加载模型 2024/3/26 周二48/分析用车身地板和儿童约束系统板件材料：分析用车身地板和儿童约束系统板件材料：B170P1 屈服应力：屈服应力：200MPa 极限应力：极限应力：357MPa计算最大应力：方向一计算最大应力：方向一328MPa，方向二方向二533.2MPa方向一方向一方向二方向二 5 斜向75加载应力分布图 2024/3/26 周二49/加载点位移幅值：方向一加载点位移幅值：方向一27.29毫米，方向二毫米，方向二44.8毫米毫米ECE-R-14和和FMVSS225标准：不超过标准：不超过125毫米毫米方向一方向一方向二方向二 6 斜向75加载位移分布图 2024/3/26 周二50/疑问：疑问：1、M14类的活动顶跑车后排ISOFix系统上部固定点的布置；2、单排乘员座椅ISOFix系统的布置；3、上部固定点区域的准确设计方法；4、儿童座椅的安装过程；2024/3/26 周二51/谢谢！