作者：趙燦 來(lái)源：《科學(xué)與財(cái)富》2015年第19期

摘 要：隨著人們生活水平的提高，汽車(chē)在人們的生活中越來(lái)越普及，而人們對(duì)于汽車(chē)的耗油情況和安全性能也日益關(guān)注。通過(guò)研究表明，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化，能夠有效降低汽車(chē)的耗油。在汽車(chē)當(dāng)中，汽車(chē)座椅作為基本的配件之一，它不但能夠提供舒適的乘坐性，同時(shí)還能夠在發(fā)生事故的時(shí)候給予一定的安全保護(hù)。因此，汽車(chē)座椅骨架的輕量化和安全性就顯得十分重要。本文基于以上觀(guān)點(diǎn)，對(duì)汽車(chē)座椅骨架的輕量化設(shè)計(jì)和被動(dòng)安全性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)座椅骨架；輕量化；被動(dòng)安全研究

前言：在汽車(chē)當(dāng)中，汽車(chē)座椅是必不可少的重要部件之一，能夠?yàn)轳{駛員提供穩(wěn)定的支撐和良好的視野，從而安全的駕駛和操作汽車(chē)。好的汽車(chē)座椅不但能夠降低駕駛員和乘客的疲勞程度，同時(shí)一旦發(fā)生以外交通事故，汽車(chē)座椅還具有一定的安全保護(hù)作用。在當(dāng)前社會(huì)中，隨著汽車(chē)保有量的不斷上升，汽車(chē)座椅的安全性能顯得越來(lái)越重要，對(duì)乘坐汽車(chē)的安全性和舒適性影響有著很大的影響。在當(dāng)前汽車(chē)座椅的發(fā)展中，已經(jīng)融合了材料科學(xué)、控制工程、機(jī)械振動(dòng)、人機(jī)工程學(xué)等多種學(xué)科。


一、汽車(chē)座椅骨架輕量化設(shè)計(jì)

（一）座椅骨架輕量化
在當(dāng)前的生產(chǎn)設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)汽車(chē)進(jìn)行輕量化處理的主要方式有采用低密度材料、改進(jìn)零件成形和連接工藝、優(yōu)化零件形貌、減小車(chē)身尺寸、優(yōu)化車(chē)身空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方式。針對(duì)這些處理方法，在汽車(chē)座椅骨架輕量化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要可以采取拓?fù)鋬?yōu)化、形貌優(yōu)化、形狀優(yōu)化、尺寸優(yōu)化等方式。其中，拓?fù)鋬?yōu)化是在可設(shè)計(jì)座椅的空間當(dāng)中，結(jié)合制造約束條件、性能、設(shè)計(jì)目標(biāo)等，對(duì)最佳的座椅骨架零件材料布局進(jìn)行確定。形貌優(yōu)化是在重量不增加的情況下，對(duì)壓延筋的數(shù)量、唯一、形狀進(jìn)行確定，對(duì)結(jié)構(gòu)鋼獨(dú)特性進(jìn)行改變。形狀優(yōu)化主要是對(duì)零件的位置、形狀等進(jìn)行優(yōu)化。尺寸優(yōu)化則是改變座椅骨架零件的結(jié)合尺寸、材料參數(shù)等，尋找最優(yōu)組合。

（二）座椅骨架輕量化的強(qiáng)度驗(yàn)證
在座椅骨架輕量化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，修正和圓整了其優(yōu)化尺寸，因此在其優(yōu)化尺寸與輕量化尺寸之間，具有一定的差異。所以，需要進(jìn)一步分析和計(jì)算汽車(chē)座椅，從而確保座椅骨架能夠符合國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。以輕量化的尺寸為基礎(chǔ)，對(duì)座椅進(jìn)行修改，然后利用約束和加載的方式，對(duì)座椅進(jìn)行處理。在20倍重力的條件下，對(duì)座椅的應(yīng)力和位移情況進(jìn)行分析[1]。通過(guò)對(duì)分析結(jié)果的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)輕量化之后座椅的最大位移點(diǎn)并沒(méi)有改變位置，仍然處在座椅靠背上框的位置，測(cè)的最大位移值為2.38mm。在座椅左前撐腳和左側(cè)護(hù)板連接的位置，產(chǎn)生了座椅骨架的最大應(yīng)力，具體數(shù)值為254.3MPa。根據(jù)對(duì)比可知，輕量化后的座椅各方面強(qiáng)度均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

（三）座椅骨架輕量化的結(jié)果
通過(guò)對(duì)目標(biāo)的合理制定，對(duì)優(yōu)化工況、優(yōu)化尺寸、優(yōu)化標(biāo)量等方面進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，輕量化之后的座椅骨架能夠輕易的承受20倍重力的條件，同時(shí)具有更加均勻的應(yīng)力分布。通過(guò)比較輕量化的座椅和原始座椅能夠發(fā)現(xiàn)，在同樣的20被重力條件下，輕量化座椅最大位移增加了0.14mm，漲幅6.25%。而最大應(yīng)力減少了10.6MPa，降幅4.00%。由此可以看出，相比于傳統(tǒng)的座椅，輕量化的座椅骨架明顯具有更高的安全性能。雖然在輕量化處理之后，座椅的剛度降低、位移增加，但是座椅的重量比原來(lái)下降了19.4%，效果還是十分明顯的[2]。

二、汽車(chē)座椅被動(dòng)安全性能的研究

（一）座椅靠背對(duì)被動(dòng)安全性的影響
根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，如果發(fā)生追尾的交通事故，汽車(chē)座椅的靠背將會(huì)起到很大的保護(hù)作用。因此，當(dāng)前在對(duì)座椅靠背進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)追尾保護(hù)給予了高度重視，產(chǎn)生了剛性靠背和柔性靠背兩種設(shè)計(jì)理念。其中，剛性靠背在高強(qiáng)度的汽車(chē)碰撞當(dāng)中，能夠有效降低頭部對(duì)于胸部的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。不過(guò)在低強(qiáng)度的汽車(chē)碰撞當(dāng)中，乘客身體會(huì)沿著靠背上滑，同時(shí)會(huì)受到靠背的會(huì)彈，這樣可能會(huì)對(duì)乘客造成額外的傷害。而柔性吸能靠背則正好相反，在強(qiáng)度較低的碰撞中，能夠?qū)Τ丝推鸬捷^好的保護(hù)效果。但是在高強(qiáng)度的碰撞當(dāng)中，也無(wú)法有效的保護(hù)乘客的安全。

（二）座椅骨架輕量化多動(dòng)態(tài)強(qiáng)度的影響
通過(guò)相關(guān)的對(duì)比試驗(yàn)研究，能夠發(fā)現(xiàn)，輕量化的座椅和原始的座椅強(qiáng)度都能夠達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，不會(huì)發(fā)生失效的現(xiàn)象。在不同情況下，零件的最大應(yīng)力都沒(méi)有超出材料的極限強(qiáng)度。在相同情況下，兩種座椅的應(yīng)力部位與分布基本相同。而在被動(dòng)安全方面，雖然輕量化的座椅強(qiáng)度有所降低，但是并不會(huì)對(duì)其整體的安全性產(chǎn)生影響[3]。二者之間最大應(yīng)力僅相差1.3%。不過(guò)，由于輕量化座椅的剛度下降，在碰撞吸能方面，具有更大的優(yōu)勢(shì)。由此可以看出，輕量化的座椅骨架在動(dòng)態(tài)強(qiáng)度方面與原始座椅基本一致，但在撞擊吸能方面，卻具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，因此在汽車(chē)碰撞過(guò)程中，能夠帶給乘客更好的保護(hù)，從而具有更大的被動(dòng)安全性能。

結(jié)論：作為汽車(chē)當(dāng)中必不可少的一項(xiàng)重要部件，汽車(chē)座椅不但具有舒適性的要求，同時(shí)也具有被動(dòng)安全性的要求。為了能夠有達(dá)到節(jié)能減排的目的，對(duì)汽車(chē)骨架進(jìn)行輕量化處理。而與此同時(shí)，也能夠保證輕量化之后的汽車(chē)座椅具有更為優(yōu)良的被動(dòng)安全性。因此，汽車(chē)座椅骨架輕量化對(duì)于汽車(chē)座椅的發(fā)展來(lái)說(shuō)，具有十分巨大的推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)
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[3]王吉昌，黃虎，劉新田，趙禮輝，陶英龍. 汽車(chē)座椅的輕量化設(shè)計(jì)[J]. 上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，01：15-18.