儿童座椅的介绍及ISOFIX布置简介

1、2021-4-24 儿童座椅的介绍及ISOFIX布置简介 2021-4-24 主要内容：主要内容： 车用儿童座椅的定义、功用、种类 欧美法规对儿童座椅的布置要求(ISOFIX系统) 儿童座椅固定系统的设计开发要求 儿童座椅的试验要求 2021-4-24 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。 2021-4-24 儿童限制系统的划分 ： 在欧洲法规ECE R44.03及美国法规FMV

2、SS 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。 2021-4-24 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。 2021-4-24

3、 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1 2021-4-24 第二类 Frontward-Facing

4、 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2 2021-4-24 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

5、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3 2021-4-24 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4 2021-4-24 注意事项： Booster Seat和B

6、ooster 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。 2021-4-24 ISOFIX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

7、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

8、，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。 2021-4-24 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5 2021-4-24 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

9、连接方式对于 ISOFIX系统来说要求是一样的 图6 2021-4-24 儿童座椅刚性支架固定方式 参考图片 儿童座椅柔性织带固定方式 安装方式 2021-4-24 下固定点 2021-4-24 上固定点 2021-4-24 ISOFIX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： 2021-4-24 2021-4-24 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，

10、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 安全气囊，则必须有ON-OFF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

11、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。 2021-4-24 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

12、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。 2021-4-24 ISOFIX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

13、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。 2021-4-24 图7 图8 2021-4-24 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9 2021-4-24 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 CRF Floor Panel 图10 2021-4-24 L1 D 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

14、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11 2021-4-24 图12 SgRP Z Point L2 L3 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” Plane 2021-4-24 A区域 L1 L1 L4 L5 L6 图13 两个固定

15、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。 2021-4-24 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30 3L2120123推荐值不小于130 4L3/70 5L4255Max/ 6L528012801 7L6305Min/ 下部固定点布置尺寸检查清单： 2021-4-24 上部固定点（Top Tether Anchorage ）： 上部固定点同样采用一个类

16、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15 2021-4-24 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

17、法规要求 的。 图16 2021-4-24 ISOFIX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70mm B）或者为一个印有“ISOFIX”大写 字母的标识，字母高度6mm。 上部固定

18、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。 2021-4-24 图18 图17 2021-4-24 ISOFIX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19 2021-4-24 ISOFIX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1

19、8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。 2021-4-24 图20图21 2021-4-24 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

20、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） 2021-4-24 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

21、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。 2021-4-24 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，I

22、SOFIX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。 2021-4-24 3.2、斜向加载测试 2021-4-24 3.1、正向加载测试 2021-4-24 5、CAE分析结果 5.1 水平加载模型 2021-4-24 分析用车身地 板和儿童约束 系统板件材料： B170P1 屈服应力： 200M

23、Pa 极限应力： 357MPa 计算最大应力： 322.1MPa 5.2 水平加载应力分布图 2021-4-24 加载点位移幅值： 17.96毫米 ECE-R-14标准：不 超过125毫米 5.2 水平加载点位移图 2021-4-24 5.4 斜向加载模型 方向一 方向二 2021-4-24 分析用车身地板和儿童约束系统板件材料： B170P1 屈服应力：200MPa 极限应力：357MPa 计算最大应力：方向一211.5MPa，方向二257.3MPa 方向一 方向二 5.5 斜向加载应力分布图 2021-4-24 加载点位移幅值：方向一15.65毫米，方向二16.87毫米 ECE-R-14标

24、准：不超过125毫米 方向一方向二 5.6 斜向加载点位移图 2021-4-24 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 2021-4-24 分析用车身地板和儿 童约束系统板件材料： B170P1 屈服应力：200MPa 极限应力：357MPa 计算最大应力： 343MPa 2 水平加载应力分布图 2021-4-24 加载点位移幅值： 方向一2.92毫米 ECE-R-14和 FMVSS225标准： 不超过125毫米 3 水平加载点位移图

25、2021-4-24 方向一 方向二 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 2021-4-24 分析用车身地板和儿童约束系统板件材料： B170P1 屈服应力：200MPa 极限应力：357MPa 计算最大应力：方向一328MPa，方向二533.2MPa 方向一 方向二 5 斜向75加载应力分布图 2021-4-24 加载点位移幅值：方向一27.29毫米，方向二44.8毫米 ECE-R-14和FMVSS225标准：不超过125毫米 方向一方向二 6 斜向75加载位移分布图 2021-4-24 疑问： 1、M14类的活动顶跑车后排ISOFix系统上部固定点的布置

26、； 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； 2021-4-24 谢谢(AF)！ 2021-4-24 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1 2021-4-24 另外，对于3、4、5、6、7类车