一种新型商用车座椅强度分析与轻量化研究

摘要：为解决某车身安全带锁扣与座椅本体干涉磨损的问题，开发出一套新的座椅结构，单独将右侧安全带固定点设计在座椅本体上，对新座椅结构的骨架强度进行研究。再通过灵敏度分析法对骨架进行轻量化分析，优化过程中综合考虑碰撞工况及模态工况，通过改变部分零件的厚度实现了骨架降重0.8kg，优化后靠背前向位移最大为66.5mm，与优化前的骨架前向位移偏差为2.2mm，模态频率优化前后的波动率最大为8.1%。最后根据法规要求，对优化后的座椅骨架进行仿真验证分析，以验证实验方案的可行性和有效性，从而验证了优化后的骨架符合座椅强度法规与轻量化要求，新的座椅骨架结构解决了车身干涉的问题，为后期座椅结构设计提供了新的理念和方法。

关键词：座椅强度；灵敏度分析；模态；轻量化

相对车身系统而言，座椅是将人体与车身连接起来的载体，研究汽车座椅的安全性、舒适性是座椅设计流程中不可少的环节［1］。一套商用车座椅除了其对应的骨架结构要具有足够的强度特性以外，还应满足轻量化及低制造成本的要求。汽车座椅骨架强度是车身被动安全性的一个重要指标，其中，安全带固定点强度是影响交通事故中座椅及安全带对乘员约束和防护能力可靠性的主要因素。据前期客户市场反馈，座椅的最右边安全带固定点在车身上时，当插拔安全带时座椅与车身副仪表之间的间隙较小，造成安全带插接操作的不便性；同时，在车辆行驶过程中，经过颠簸路面时安全带锁扣与座椅产生反复摩擦，造成座椅锁扣表面塑料件磨损，甚至挤破安全带锁扣，影响了座椅的安全性，如图1所示。对座椅设计数据进行校核，产生该问题的原因主要是目前安全带锁扣与座椅骨架所在位置存在硬干涉5mm造成，伴随座椅总成不可避免的制造误差，实物装车后干涉量会更大，由此造成干涉与磨损，如图2所示。

图1 车身锁扣与座椅磨损

图2 车身座椅数据校核

由于干涉部位的座椅包络为整个鼓包侧面，在车身地板鼓包上更改安全带固定点无法解决该问题，故将右边原固定在地板上的安全带锁扣布置在座椅上，即座椅骨架右侧自带安全带锁扣，取消原地板上的安全带锁扣。因此，当将右侧安全带固定点由车身转移至座椅上时，就对座椅骨架设计及强度特性提出了更高的要求。文献［2］用HyperMesh建立了座椅有限元模型，基于头枕强度法规的要求，运用LS-dyna求解器对头枕强度进行了仿真分析并对失效风险进行了优化改进。文献［3］针对美国标准FMVSS和欧洲标准ECE的要求，采用显式求解和隐式求解方法对座椅安全带固定点强度进行了分析研究。文献［4］根据安全带锚固强度试验过程，对座椅进行了试验方法和有限元分析，评价了座椅主要部位对安全带锚固强度的影响。为解决此干涉问题并提升座椅的舒适性，利用Hyperworks仿真分析法对座椅局部数据进行修正优化，并结合仿真结果对相关零件进行质量和位移灵敏度分析，优化出符合条件的结果，实现座椅骨架的轻量化，再对轻量化后的骨架进行实车试验，以验证仿真结果的有效性。

1 建模过程