一種新型商用車座椅強度分析與輕量化研究

摘要：為解決某車身安全帶鎖扣與座椅本體干涉磨損的問題，開發(fā)出一套新的座椅結(jié)構(gòu)，單獨將右側(cè)安全帶固定點設計在座椅本體上，對新座椅結(jié)構(gòu)的骨架強度進行研究。再通過靈敏度分析法對骨架進行輕量化分析，優(yōu)化過程中綜合考慮碰撞工況及模態(tài)工況，通過改變部分零件的厚度實現(xiàn)了骨架降重0.8kg，優(yōu)化后靠背前向位移最大為66.5mm，與優(yōu)化前的骨架前向位移偏差為2.2mm，模態(tài)頻率優(yōu)化前后的波動率最大為8.1%。最后根據(jù)法規(guī)要求，對優(yōu)化后的座椅骨架進行仿真驗證分析，以驗證實驗方案的可行性和有效性，從而驗證了優(yōu)化后的骨架符合座椅強度法規(guī)與輕量化要求，新的座椅骨架結(jié)構(gòu)解決了車身干涉的問題，為后期座椅結(jié)構(gòu)設計提供了新的理念和方法。

關(guān)鍵詞：座椅強度；靈敏度分析；模態(tài)；輕量化

相對車身系統(tǒng)而言，座椅是將人體與車身連接起來的載體，研究汽車座椅的安全性、舒適性是座椅設計流程中不可少的環(huán)節(jié)［1］。一套商用車座椅除了其對應的骨架結(jié)構(gòu)要具有足夠的強度特性以外，還應滿足輕量化及低制造成本的要求。汽車座椅骨架強度是車身被動安全性的一個重要指標，其中，安全帶固定點強度是影響交通事故中座椅及安全帶對乘員約束和防護能力可靠性的主要因素。據(jù)前期客戶市場反饋，座椅的最右邊安全帶固定點在車身上時，當插拔安全帶時座椅與車身副儀表之間的間隙較小，造成安全帶插接操作的不便性；同時，在車輛行駛過程中，經(jīng)過顛簸路面時安全帶鎖扣與座椅產(chǎn)生反復摩擦，造成座椅鎖扣表面塑料件磨損，甚至擠破安全帶鎖扣，影響了座椅的安全性，如圖1所示。對座椅設計數(shù)據(jù)進行校核，產(chǎn)生該問題的原因主要是目前安全帶鎖扣與座椅骨架所在位置存在硬干涉5mm造成，伴隨座椅總成不可避免的制造誤差，實物裝車后干涉量會更大，由此造成干涉與磨損，如圖2所示。

圖1 車身鎖扣與座椅磨損

圖2 車身座椅數(shù)據(jù)校核

由于干涉部位的座椅包絡為整個鼓包側(cè)面，在車身地板鼓包上更改安全帶固定點無法解決該問題，故將右邊原固定在地板上的安全帶鎖扣布置在座椅上，即座椅骨架右側(cè)自帶安全帶鎖扣，取消原地板上的安全帶鎖扣。因此，當將右側(cè)安全帶固定點由車身轉(zhuǎn)移至座椅上時，就對座椅骨架設計及強度特性提出了更高的要求。文獻［2］用HyperMesh建立了座椅有限元模型，基于頭枕強度法規(guī)的要求，運用LS-dyna求解器對頭枕強度進行了仿真分析并對失效風險進行了優(yōu)化改進。文獻［3］針對美國標準FMVSS和歐洲標準ECE的要求，采用顯式求解和隱式求解方法對座椅安全帶固定點強度進行了分析研究。文獻［4］根據(jù)安全帶錨固強度試驗過程，對座椅進行了試驗方法和有限元分析，評價了座椅主要部位對安全帶錨固強度的影響。為解決此干涉問題并提升座椅的舒適性，利用Hyperworks仿真分析法對座椅局部數(shù)據(jù)進行修正優(yōu)化，并結(jié)合仿真結(jié)果對相關(guān)零件進行質(zhì)量和位移靈敏度分析，優(yōu)化出符合條件的結(jié)果，實現(xiàn)座椅骨架的輕量化，再對輕量化后的骨架進行實車試驗，以驗證仿真結(jié)果的有效性。

1 建模過程