第２８卷第１期
机械设计与研究
Ｖ０１．２８Ｎｏ．１
２０１２年２月
ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎ
ａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈ
Ｆｅｂ．，２０１２
文章编号：１００６—２３４３（２０１２）０１－０９５－０３
汽车座椅强度试验台加载机构设计
袁冬梅，李亚辉，征小梅
（重庆理工大学汽车学院，重庆４０００５０，Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｕａｎｄｏｎｇｍｅｉ＠ｃｑｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ）
摘要：在试验标准基础上，提出了一种汽车座椅强度性能试验台，对试验台加载机构进行了详细设计。运用杆系机构和液压控制系统设计了座椅靠背及调节装置强度试验的静力加载机构和头枕静态性能试验的静力加载机构，采用电机控制的摆锤机构设计了靠背及头枕吸能性试验冲击载荷加载机构。所设计的加载机构能够准确模拟汽车座椅靠背及调节装置强度试验、汽车座椅头枕静态性能试验和汽车座椅靠背及头枕吸能性试验各种加载工况，其结构简单，易于控制，具有较强的工程应用价值。
．
关键词：汽车座椅；强度；试验标准；加载机构；设计中图分类号：Ｕ４６７．３文献标识码：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ
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Ｌｏａｄｉｎｇ
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ＹＵＡＮＤｏｎｇ．ｍｅｉ．ＬＩＹａ．ｈｕｉ．ＺＨＥＮＧＸｉａｏ—ｍｅｉ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ
ｏｆ
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汽车座椅是车内的一个重要部件，其强度是影响驾驶员和装夹，加载机构主要包含座椅靠背及调节装置强度试验的和乘员安全性和舒适性的重要因素，汽车厂商必须对其性能静力加载机构、头枕静态性能试验的静力加载机构、靠背及头进行检测和试验¨’“。座椅一方面承受由于路面凸凹不平产枕吸能性试验的冲击摆锤加载机构等。其中静力加载是由液生的随机动载荷，另一方面还承受由于汽车起步、加速、制动压系统来实现的，冲击摆锤加载是由电气系统来实现。
等复杂工况引起的冲击载荷口’４ｏ。由于在试验室中很难再现工作时，这些复杂工况，研究人员将各种工况的极限情况折算为等效工控机通过的静态载荷，作为评定座椅承载性能的标准。５，…。国家质量数据采集卡监督检验检疫总局出版的《ＧＢｌ５０８３－－２００６汽车座椅、座椅给液压系统固定装置及头枕强度要求和试验方法》（下文简称《座椅试和电气系统验标准》）＂Ｊ就是一部比较完整的评定座椅承载性能的标发送控制命准。本文在参考《座椅试验标准》基础上，设计了一种汽车座令，液压系统
▲图１试验台系统原理图
椅强度性能试验台，重点对其加载机构进行了设计，实现了和电气系统再通过加载机构将载荷作用于待试验的汽车座椅汽车座椅室内台架试验的准确加载。
上，并将座椅反馈给加载机构的各种信号数据（力、角位移等）１
试验台的组成及工作原理
通过传感器反馈给数据采集卡，传回工控机。整个试验台系试验台主要完成汽车座椅靠背及调节装置强度试验、汽
统为闭环控制系统，工控机通过处理传感器反馈的信号控制车座椅头枕静态性能试验和汽车座椅靠背及头枕吸能性试加载力的大小和方向，整个试验过程全自动化，不但提高了试验。该试验台主要由机械系统、液压系统、电气系统及控制系验的效率，而且确保试验的准确性。
统等组成，如图１所示。机械系统主要完成汽车座椅的加载
２试验台加载机构设计
试验台要完成三个试验项目，由于试验条件不一样，加收稿日期：２０１１—０８—２５
基金项目：教育部重点实验室开放基金资助项目（２０１０ＫＬＭＴ０５）
载机构就有所不同。但考虑到机械结构的优化，本文巧妙地
机械设计‘ｌ研究
将座椅靠背及调肖装置强度试验的静力加载机构和头枕静态悱能试验的静力加载机构殴｝卜在『州・机构ｊ：。『町靠背及头枕吸能性试验的冲－ｈ摆锤加戟机构甲｜独设讣。，２．Ｉ静力加载机构设计
８００
第２８卷
ｉｌｌ／／ｉ，对ｆＪ￡他各排鹰椅Ｊｔ高
度不应低于７５０ｉｉｉｍ．Ｉｑ此以８００
ｍ
ｕｌｌ的头扎高度为没计依据，最
终确定的器连朴（１ｃＪ心寸如罔５
规定，在：试验试ｉ头枕前‘纵向，ｔ＇－
冷漆描博，
▲用５辑缝朴设汁ｍＪ
１１后向Ｉｊｉｆ掩。旨庵椅头枕后表面时，撞击内”与铅锤＾¨成４５。．同时模拟头型／ｈ的速度掩击试件
要求，设计的摆锤』Ｊ“载机构的机械结构锤机构支撑在坤轨口柱Ｉ：，减速电机经使摆锤抬升机构卜升，将摆锤抬升空－§，摆锤・端同定在。卜心轴卜，｝Ｊ：摆锤白速度ｕ『ｍ摆锤抬升高度调栏，山能量
ｍｇｈ＝÷ｍＶ。
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为ｒ兜服这个缺陷，采』ｆＪ
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脚力朋戴机构小惑｜睾｜
率和传动比，Ｉｆｌ『Ｊ还会使机构¨｛｛小稳定现象，，文设计的摆锤十升机构长度ｊ
１５００
将“Ｒ”点Ｉ州定Ａ、１３、ｃ：杆殖相铰接．组成稳定的ｉ角形，诈背液址缸推动Ａ杆，最终通过Ｂ杆卜【吉Ｊ定假背模删时座椅靠背施加载衙。这样，就能保证Ｂ杆ｒ，－ＪＪｌｕ载过科叶１始终绕符“Ｒ”点旋转。并｝Ｌ在ｃ杆】：安装测力传感器，｝｝ｊ于ｃ杆和Ｂ杆垂直．刘靠背的力矩就足ｃ杆１．测力传感器反馈值与Ｂ杆Ｋ度（根据座椅的心小大小进行确定）的乘积。、
该静力皿『载机构还Ｉ叮朋丁头枕静念性能试验的加载。头枕施加载荷的方ＩｉＴｌＪ缸‘ｊ模拟靠背垂直，为了实现根据模拟靠背的位置来控制头忧液压缸的施力方向，将头枕液压缸固定安装在Ｄ杆顶端，ｒ｝ｉ于Ａ杆和ｎ杆是１３５。焊接，Ａ、Ｂ、ｃ杆铰接成形状稳定的止等腰二角形，从而让头枕液，Ｋ缸‘ｊＢ杆垂直。试验时，靠背液压缸拄制Ｂ杆的转动角度，使之轻微贴紧座椅靠背，头枕广、之液压缸则只负责脚；椅
／１
“
ｉｉｉｍ，当试ｇ
巾１１Ｉ『向后撞．ｆｆ￡椅头枕前收而刚如图７所爪，抬ｊ
ｊ．２８１７：竺窖鉴约要从最低点举
升到１２０。；试验由后向前掩击庵椅头枕后表（ｃｉｉ时．如图８所示，抬升２
２８７
④羹磊弄蔬：葛簇蔷磊弄；【ｉ苗釜锤
▲图６摆锤Ｈ【构的结构示意ｌ剥
／／
①减速．也机②摇忖③导轨立十Ｅ
“
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的大小可以通过头枕液压缸活塞杆端部的ｚ≥测山传感器确定．
根据《座椅试腧标准》中对头枕高度
的规定：对于前排座
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▲图７摆锤由Ｉｊｉ『向后掩山窿椅时的不意粥
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椅其高度－Ｆ应低丁
第１期
袁冬梅等：汽车座椅强度试验台加载机构设计
９７
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采用吸盘式电磁铁控‘、Ｒ∥７｝。＼ｊ
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ｋｇ，为安全起见，电磁▲图８摆锤由后向前吸盘的吸附能力应超
撞击座椅时的示意图
过２０奴，以避免摆臂突然抬升时摆锤脱落。
３加载机构液压控制系统
头枕液压缸和靠背液压缸的运动是通过液压系统来实现的。液压系统的设计关键在于对液压缸速度的控制，试验中液压缸活塞杆的运动速度主要是试验前对机构位置的手动调节、试验时的工进、试验结束后的快速回位等三种不同工况下液压缸活塞杆的速度，液压缸活塞杆的速度通过液压缸的流量来控制。
１．油箱２．油标３．滤油器４．液压泵５．压力表６．单向阀７、８、１０、１３、１５、１７．电磁换向阀９、１１、１６、１８．调速阀１２、１９．液压缸１４、２２．液控单向阀２０．先导型溢流阀２１．蓄能器
▲图９液压系统原理图
液压系统原理如图９所示，采用出口节流调速方案，出口节流调速在回油路上产生节流背压，工作平稳¨…；同时采用蓄能器来满载快速回路大流量的需求，当需要大流量时，液压泵和蓄能器同时向系统供油，实现快速复位…ｏ；在液压泵出油口加装溢流阀，确保系统压力稳定¨“。试验结束后，液压缸需要短暂的保压，以便试验人员对座椅破坏情况进行观察，因此系统中增加了保压回路。保压回路采用液控单向阀，当控制油路有控制压力输入时，活塞顶杆在液压油作用下向右移动，用顶杆顶开单向阀，使进出油口接通。若出油口压力大于进油口压力就能使油液反向流动，实现油路长时间保压。
４
加载机构电气系统
加载机构中用到的电气元件有：液压泵电机，仅需控制
其启动与停止状态，无正反控制；控制摇臂升降的螺旋升降
机电机，需要正反转控制；控制摆锤抬升机构升降的减速电机，同样需要正反转控制；另外还需给工控机及开关电源提供２２０Ｖ的电源。主电路电气原理图如图１０所示。
▲图１０主电路电气原理图
５
结论
本文在汽车座椅相关试验标准基础上，提出了一种新型汽车座椅强度性能试验台，重点对静力加载机构、摆锤加载机构及其液压电气控制系统进行了详细设计和分析，并得出以下结论：
（１）试验台采用液压控制静力加载机构和电机控制冲击摆锤加载机构，能够准确模拟汽车座椅靠背及调节装置强度试验、汽车座椅头枕静态性能试验和汽车座椅靠背及头枕吸能性试验工况。
（２）巧妙的运用杆系机构、摆锤机构和电液控制实现了《座椅试验标准》中座椅试验加载要求，整个系统结构简单，调整灵活，容易实现，实用性强。
参考文献
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机械设计与制造，２００７，（１１）：１６６～１６８．
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机［Ｊ］．机电工程，２００９，（１１）：９４—９７．
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京：人民交通出版社，２００１．
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固定装置及头枕强度要求和试验方法［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２００７．
［８］郑立江．汽车座椅头枕检测系统设计［Ｊ］．机械与电子，２００９，
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大学出版社，２００８．
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的研究开发［Ｊ］．筑路机械与施＿Ｔ机械化，２００８，２９（８）：９７～９９．［１２］杜善其，闰胜利，徐卫民．工程机械液压实验台实验参数测量方
法的改进［Ｊ］．筑路机械与施工机械化，２００５，（９）：３３～３４．
作者简介：袁冬梅（１９７３一），女，硕士；主要研究方向：机电控制技术研究。
第２８卷第１期
机械设计与研究
Ｖ０１．２８Ｎｏ．１
２０１２年２月
ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎ
ａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈ
Ｆｅｂ．，２０１２
文章编号：１００６—２３４３（２０１２）０１－０９５－０３
汽车座椅强度试验台加载机构设计
袁冬梅，李亚辉，征小梅
（重庆理工大学汽车学院，重庆４０００５０，Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｕａｎｄｏｎｇｍｅｉ＠ｃｑｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ）
摘要：在试验标准基础上，提出了一种汽车座椅强度性能试验台，对试验台加载机构进行了详细设计。运用杆系机构和液压控制系统设计了座椅靠背及调节装置强度试验的静力加载机构和头枕静态性能试验的静力加载机构，采用电机控制的摆锤机构设计了靠背及头枕吸能性试验冲击载荷加载机构。所设计的加载机构能够准确模拟汽车座椅靠背及调节装置强度试验、汽车座椅头枕静态性能试验和汽车座椅靠背及头枕吸能性试验各种加载工况，其结构简单，易于控制，具有较强的工程应用价值。
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关键词：汽车座椅；强度；试验标准；加载机构；设计中图分类号：Ｕ４６７．３文献标识码：Ａ
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ＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ，４０００５０，Ｃｈｉｎａ）
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汽车座椅是车内的一个重要部件，其强度是影响驾驶员和装夹，加载机构主要包含座椅靠背及调节装置强度试验的和乘员安全性和舒适性的重要因素，汽车厂商必须对其性能静力加载机构、头枕静态性能试验的静力加载机构、靠背及头进行检测和试验¨’“。座椅一方面承受由于路面凸凹不平产枕吸能性试验的冲击摆锤加载机构等。其中静力加载是由液生的随机动载荷，另一方面还承受由于汽车起步、加速、制动压系统来实现的，冲击摆锤加载是由电气系统来实现。
等复杂工况引起的冲击载荷口’４ｏ。由于在试验室中很难再现工作时，这些复杂工况，研究人员将各种工况的极限情况折算为等效工控机通过的静态载荷，作为评定座椅承载性能的标准。５，…。国家质量数据采集卡监督检验检疫总局出版的《ＧＢｌ５０８３－－２００６汽车座椅、座椅给液压系统固定装置及头枕强度要求和试验方法》（下文简称《座椅试和电气系统验标准》）＂Ｊ就是一部比较完整的评定座椅承载性能的标发送控制命准。本文在参考《座椅试验标准》基础上，设计了一种汽车座令，液压系统
▲图１试验台系统原理图
椅强度性能试验台，重点对其加载机构进行了设计，实现了和电气系统再通过加载机构将载荷作用于待试验的汽车座椅汽车座椅室内台架试验的准确加载。
上，并将座椅反馈给加载机构的各种信号数据（力、角位移等）１
试验台的组成及工作原理
通过传感器反馈给数据采集卡，传回工控机。整个试验台系试验台主要完成汽车座椅靠背及调节装置强度试验、汽
统为闭环控制系统，工控机通过处理传感器反馈的信号控制车座椅头枕静态性能试验和汽车座椅靠背及头枕吸能性试加载力的大小和方向，整个试验过程全自动化，不但提高了试验。该试验台主要由机械系统、液压系统、电气系统及控制系验的效率，而且确保试验的准确性。
统等组成，如图１所示。机械系统主要完成汽车座椅的加载
２试验台加载机构设计
试验台要完成三个试验项目，由于试验条件不一样，加收稿日期：２０１１—０８—２５
基金项目：教育部重点实验室开放基金资助项目（２０１０ＫＬＭＴ０５）
载机构就有所不同。但考虑到机械结构的优化，本文巧妙地
机械设计‘ｌ研究
将座椅靠背及调肖装置强度试验的静力加载机构和头枕静态悱能试验的静力加载机构殴｝卜在『州・机构ｊ：。『町靠背及头枕吸能性试验的冲－ｈ摆锤加戟机构甲｜独设讣。，２．Ｉ静力加载机构设计
８００
第２８卷
ｉｌｌ／／ｉ，对ｆＪ￡他各排鹰椅Ｊｔ高
度不应低于７５０ｉｉｉｍ．Ｉｑ此以８００
ｍ
ｕｌｌ的头扎高度为没计依据，最
终确定的器连朴（１ｃＪ心寸如罔５
规定，在：试验试ｉ头枕前‘纵向，ｔ＇－
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▲用５辑缝朴设汁ｍＪ
１１后向Ｉｊｉｆ掩。旨庵椅头枕后表面时，撞击内”与铅锤＾¨成４５。．同时模拟头型／ｈ的速度掩击试件
要求，设计的摆锤』Ｊ“载机构的机械结构锤机构支撑在坤轨口柱Ｉ：，减速电机经使摆锤抬升机构卜升，将摆锤抬升空－§，摆锤・端同定在。卜心轴卜，｝Ｊ：摆锤白速度ｕ『ｍ摆锤抬升高度调栏，山能量
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１
．
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▲旧３
脚力朋戴机构小惑｜睾｜
率和传动比，Ｉｆｌ『Ｊ还会使机构¨｛｛小稳定现象，，文设计的摆锤十升机构长度ｊ
１５００
将“Ｒ”点Ｉ州定Ａ、１３、ｃ：杆殖相铰接．组成稳定的ｉ角形，诈背液址缸推动Ａ杆，最终通过Ｂ杆卜【吉Ｊ定假背模删时座椅靠背施加载衙。这样，就能保证Ｂ杆ｒ，－ＪＪｌｕ载过科叶１始终绕符“Ｒ”点旋转。并｝Ｌ在ｃ杆】：安装测力传感器，｝｝ｊ于ｃ杆和Ｂ杆垂直．刘靠背的力矩就足ｃ杆１．测力传感器反馈值与Ｂ杆Ｋ度（根据座椅的心小大小进行确定）的乘积。、
该静力皿『载机构还Ｉ叮朋丁头枕静念性能试验的加载。头枕施加载荷的方ＩｉＴｌＪ缸‘ｊ模拟靠背垂直，为了实现根据模拟靠背的位置来控制头忧液压缸的施力方向，将头枕液压缸固定安装在Ｄ杆顶端，ｒ｝ｉ于Ａ杆和ｎ杆是１３５。焊接，Ａ、Ｂ、ｃ杆铰接成形状稳定的止等腰二角形，从而让头枕液，Ｋ缸‘ｊＢ杆垂直。试验时，靠背液压缸拄制Ｂ杆的转动角度，使之轻微贴紧座椅靠背，头枕广、之液压缸则只负责脚；椅
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ｉｉｉｍ，当试ｇ
巾１１Ｉ『向后撞．ｆｆ￡椅头枕前收而刚如图７所爪，抬ｊ
ｊ．２８１７：竺窖鉴约要从最低点举
升到１２０。；试验由后向前掩击庵椅头枕后表（ｃｉｉ时．如图８所示，抬升２
２８７
④羹磊弄蔬：葛簇蔷磊弄；【ｉ苗釜锤
▲图６摆锤Ｈ【构的结构示意ｌ剥
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①减速．也机②摇忖③导轨立十Ｅ
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的大小可以通过头枕液压缸活塞杆端部的ｚ≥测山传感器确定．
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椅其高度－Ｆ应低丁
第１期
袁冬梅等：汽车座椅强度试验台加载机构设计
９７
磁铁具有控制简单，一～～、、
吸放时间短，准确度‘
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高等优点，在冲击摆．
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锤加载机构中，摆锤Ｉ，ｐ，ｉ恳、妻，。鸯ｊ
采用吸盘式电磁铁控‘、Ｒ∥７｝。＼ｊ
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制吸和放。《座椅试、／［ｐ／０。
验标准》中规定摆锤、
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的折算质量为６．８一
ｋｇ，为安全起见，电磁▲图８摆锤由后向前吸盘的吸附能力应超
撞击座椅时的示意图
过２０奴，以避免摆臂突然抬升时摆锤脱落。
３加载机构液压控制系统
头枕液压缸和靠背液压缸的运动是通过液压系统来实现的。液压系统的设计关键在于对液压缸速度的控制，试验中液压缸活塞杆的运动速度主要是试验前对机构位置的手动调节、试验时的工进、试验结束后的快速回位等三种不同工况下液压缸活塞杆的速度，液压缸活塞杆的速度通过液压缸的流量来控制。
１．油箱２．油标３．滤油器４．液压泵５．压力表６．单向阀７、８、１０、１３、１５、１７．电磁换向阀９、１１、１６、１８．调速阀１２、１９．液压缸１４、２２．液控单向阀２０．先导型溢流阀２１．蓄能器
▲图９液压系统原理图
液压系统原理如图９所示，采用出口节流调速方案，出口节流调速在回油路上产生节流背压，工作平稳¨…；同时采用蓄能器来满载快速回路大流量的需求，当需要大流量时，液压泵和蓄能器同时向系统供油，实现快速复位…ｏ；在液压泵出油口加装溢流阀，确保系统压力稳定¨“。试验结束后，液压缸需要短暂的保压，以便试验人员对座椅破坏情况进行观察，因此系统中增加了保压回路。保压回路采用液控单向阀，当控制油路有控制压力输入时，活塞顶杆在液压油作用下向右移动，用顶杆顶开单向阀，使进出油口接通。若出油口压力大于进油口压力就能使油液反向流动，实现油路长时间保压。
４
加载机构电气系统
加载机构中用到的电气元件有：液压泵电机，仅需控制
其启动与停止状态，无正反控制；控制摇臂升降的螺旋升降
机电机，需要正反转控制；控制摆锤抬升机构升降的减速电机，同样需要正反转控制；另外还需给工控机及开关电源提供２２０Ｖ的电源。主电路电气原理图如图１０所示。
▲图１０主电路电气原理图
５
结论
本文在汽车座椅相关试验标准基础上，提出了一种新型汽车座椅强度性能试验台，重点对静力加载机构、摆锤加载机构及其液压电气控制系统进行了详细设计和分析，并得出以下结论：
（１）试验台采用液压控制静力加载机构和电机控制冲击摆锤加载机构，能够准确模拟汽车座椅靠背及调节装置强度试验、汽车座椅头枕静态性能试验和汽车座椅靠背及头枕吸能性试验工况。
（２）巧妙的运用杆系机构、摆锤机构和电液控制实现了《座椅试验标准》中座椅试验加载要求，整个系统结构简单，调整灵活，容易实现，实用性强。
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作者简介：袁冬梅（１９７３一），女，硕士；主要研究方向：机电控制技术研究。