简析智能儿童安全座椅的结构与安全性

摘要：现如今私家车数量明显增加，且交通事故发生率也在逐年上升，儿童安全座椅成为人们迫切需要的一种安全防护工具，其可十分有效地保证儿童的安全。本文就主要分析了智能儿童安全座椅的结构与安全性，以供借鉴。

关键词：智能儿童安全座椅；结构；安全性

将一款适合0-6岁儿童的儿童安全座椅，改制为智能儿童安全座椅，可借助集成内置控制系统、电动调节机构以及APP，实现座椅靠背、安全带限孔位高度以及头枕高度的自动调节。之后以仿真技术为基础，对改制后的安全座椅的安全性进行分析。

1儿童安全座椅的智能化设计

对传统儿童安全座椅开展智能化设计，使用两组电控调节装置，一组主要调节座椅的靠背角，一组调节头枕的高度和安全带限位孔的高度。并设置内置控制系统，应用手机APP，对系统中的蓝牙加以控制。且以APP当中的数据保证电控调节装置中电机的正常运转。在改进后智能儿童安全座椅主要由3个部分构成，分别为座椅的机械结构、控制系统、手机APP。

2机械结构设计分析

2.1智能设计前的结构及问题

改进前座椅由基座、靠背、头枕以及儿童五点式安全带构成。座椅以手动调节为主，故而在调节中易发生肩带限位孔高度与头枕高度无法与儿童身高相适应的问题。而且靠背角的大小与儿童的身高也不完全匹配。（见图1）

相关研究显示，由于儿童的年龄和身高不同，所以应在不同的靠背角、头枕高度和限位孔高度处设置有效的安全防护。

2.2智能设计后安全座椅的结构分析

以智能化设计前的安全座椅结构为基础，加设2组电控调节机构，进而实现电控调节。

2.2.1靠背角调节机构

靠背角调节机构应设置在基座当中，见图2。改装后座椅底部的形状未发生变化，不会影响安全带的固定作用。机构由电机、齿轮、水平传动螺杆、滑块和传动杆5部分组。动轮和水平传动采用螺杆固定连接，水平传动螺杆与滑块采用螺纹连接，滑块与座椅靠背采用2根传动杆连接。

调节机构得到指令后，电机开始运行，齿轮和水平螺杆也会开始转动，进而保证滑块能够沿着水平传动螺杆正常移动。最后借助连接杆推动座椅靠背移动，使靠背角智能调节成为现实。

2.2.2头枕高度和肩带限位孔高度调节机构

头枕高度与肩带限位孔高度调节机构设置在靠背后方，整个机构覆盖在零件内部，因此座椅的外观不会受到影响。这一装置主要由电机、齿轮、竖直传动螺杆组成。且从动轮与竖直传动螺杆固定连接，而肩带限位零件、头枕和竖直传动螺杆采用螺纹连接。

调节机构结束，电机工作，齿轮和竖直传动螺杆也会运行，在竖直传动螺杆转动的过程中，头枕及安全带限位零件也会以竖直传动螺杆为参照物调整升降状态，从而实现头枕和安全带高度的智能调节。

2.3控制系统设计与手机App

智能儿童安全座椅控制系统主要由两部分组成，一部分是硬件算法，一部分是软件算法，软件算法应以乘客的身高为基础。在收集APP当中输入乘客的身高，使用蓝牙将其传送给座椅控制系统，系统接收数据后，电控调节装置的电机开始运行，座椅可自动调节肩带限位孔、头枕的高度以及靠背角。

改装后的智能儿童安全座椅，家长只需通过收集APP和蓝牙，并将其连接到座椅的控制系统当中，输入并传输乘客的身高，座椅就可根据数据来调节座椅的高度和其他参数，这种智能安全座椅使用更加便捷，安全性更高。

2.4建立智能兒童安全座椅模型

在系统验证后，将改装前的座椅模型加设两组调节装置，创建智能儿童化模型。

3智能设计前后安全座椅的安全性能对比分析

相关要求规定，儿童乘客的胸部合成加速度为55g以上的累积时间应在3ms，胸部加速度在30g以上的累计时间应在3ms以内。

智能化设计前的安全座椅，后假人胸部垂直加速度见图3，座椅智能化设计之前假人的垂直加速度峰值为18.16g，智能化设计后，峰值为32.20g，提升较为明显。而智能化设计后垂直加速度30g以上的时间为1.7ms，符合要求。

安全座椅智能化设计前后假人胸部合成加速度见图4，座椅智能化设计前的假人合成加速度峰值为62.42g，合成加速度在55g以上的累积时间为5.84ms，明显不符合要求。智能化设计后，假人的合成加速度峰值为54.93g，累计时间为0，符合要求。因此，智能化设计后的儿童安全座椅安全性更强。

4结束语

上文对儿童智能安全座椅设计进行了简要分析，发现智能安全座椅操作更加便捷，安全性更高，可以说智能安全座椅的性能较传统座椅明显提升。

参考文献：

[1]曹立波，吴梦华，吴俊，等.智能儿童安全座椅的结构与安全性研究[J].汽车技术，2017（12）

[2]张瑞锋，曹立波，陈亚.智能集成式儿童安全座椅的台车正面碰撞试验研究[J].汽车工程.2015（03）

作者简介：范慧琳（1991.9—）女，汉族，籍贯：山西晋中人，湖北工业大学工业设计学院，在读研究生，硕士学位，专业：工业设计工程，研究方向：产品设计。