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汽車座椅橫梁輕量化設計方法研究
2021-03-04 00:52:36· 來源：汽車輕量化在線
摘要：文章以公司在研某車型為例，主要介紹了一種座椅橫梁輕量化的設計方法。即通過激光拼焊板的應用及零件結構的優(yōu)化設計滿足相關性能及輕量化的需要，文章針對
摘要：文章以公司在研某車型為例，主要介紹了一種座椅橫梁輕量化的設計方法。即通過激光拼焊板的應用及零件結構的優(yōu)化設計滿足相關性能及輕量化的需要，文章針對座椅橫梁詳細闡述輕量化的設計方法。輕量化的設計方法降低了車身零件的重量、提高了燃油經(jīng)濟性，達到節(jié)能減排的目的。
關鍵詞：汽車；座椅橫梁；激光拼焊板；輕量化
對于汽車來說，整備質量消耗了動力系統(tǒng)輸出能量的約70%以上。因此，汽車輕量化是降低汽車燃油消耗和現(xiàn)實節(jié)能減排的有效途徑之一，同時以設計為主導的輕量化也可以給汽車企業(yè)和消費者帶來一定的經(jīng)濟效益。[1]
車身結構中，座椅橫梁總成除為座椅及其它系統(tǒng)提供安裝功能外，在車輛側碰時，其結構和強度也決定著車輛的安全性能。座椅橫梁總成的輕量化設計，既要考慮降低車身重量，又需要同時滿足車身結構的剛度和強度需要。
座椅橫梁總成及所處車身位置如圖1所示，將針對其闡述輕量化的設計方法。
2.1 激光拼焊板技術介紹
激光拼焊板是以激光熔焊方式將不同材質、厚度及表面狀態(tài)的鋼板焊接在一起的拼接板材，其目的在于將合適的材料應用于合適的部位。由于激光拼焊板的產(chǎn)品特性，其在提高車身強度、減輕汽車重量、降低汽車制造和運行成本方面提供了條件。
圖1 地板骨架總成示意圖
車體地板座椅橫梁總成在應用激光拼焊板后，能夠實現(xiàn)更優(yōu)的材質分布，同時簡化結構，減少加強件的數(shù)量，在滿足車體性能及安全的前提下，達到降低成本、優(yōu)化零件數(shù)量、輕量化的目的。
2.2 激光拼焊板發(fā)展趨勢
在車體結構中，激光拼焊板的應用已非常成熟（圖2），例如頂蓋橫梁、AB柱內板、輪罩、座椅橫梁總成、地板等部位均比較常見。
圖2 激光拼焊板在乘用車的應用
目前大多數(shù)的著名汽車制造商都已在汽車生產(chǎn)中大量使用激光拼焊板，并且已經(jīng)出現(xiàn)了多家為汽車制造商提供激光拼焊板的供應商。隨著輕量化需求的日益強烈，熱成型激光拼焊板技術也逐漸成熟，從而使拼焊板的強度范圍得到了進一步的提升，為車輛的輕量化及安全性能提供了更有利的支持。
3.1 設計方案及驗證
在座椅橫梁總成設計初始，結合CAE側碰工況分析結果，可以得出該工況下橫梁形變較大、應力集中區(qū)域。在此基礎上，制定激光拼焊板的材質及料厚分布方案，進而進行仿真分析確認該方案可行性。
方案結構優(yōu)化如圖3示，優(yōu)化同時減少1處結構加強件。
圖3 優(yōu)化方案示意
在優(yōu)化后側碰工況分析中，優(yōu)化后方案滿足相關法規(guī)要求（圖4），確認該方案可行。
圖4 側碰工況分析結果
3.2 優(yōu)化及輕量化小結
通過激光拼焊板技術的應用，座椅橫梁總成既可以將原有零件數(shù)量得到優(yōu)化，同時橫梁本身材質及厚度也實現(xiàn)“按需”分布的設計。在相關性能均得到滿足的前提下，達到輕量化的目的。
該設計結構達到了減重1.142kg，即座椅橫梁總成20.5%的減重效果。
同時，相對傳統(tǒng)結構，零件數(shù)量優(yōu)化后，減少點焊數(shù)量20處，橫梁的材料利用率由原綜合利用率65.55%提升至75.38%。
隨著汽車工業(yè)水平的發(fā)展，在性能、法規(guī)相關要求不斷提升的趨勢下，在車體設計過程中，新材料、新技術的應用起到了至關重要的作用，此外，輕量化對成本及性能的貢獻也越來越重要。
激光拼焊板技術在設計過程中，結合零部件在對應工況下應力、應變的分布情況，合理分配對應區(qū)域的材質及厚度，做到材料更優(yōu)的應用，既滿足了對車體性能的需要，又一定程度上達到了輕量化的效果。結合未來汽車輕量化的發(fā)展需求，激光拼焊板技術也將會得到更大的進步、發(fā)展。
來源：《汽車實用技術》；作者：白久凱1，王小東2
（1.華晨汽車工程研究院白車身工程室；2.丹東黃海汽車有限責任公司）
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