作者：趙燦 來源：《科學與財富》2015年第19期

摘 要：隨著人們生活水平的提高，汽車在人們的生活中越來越普及，而人們對于汽車的耗油情況和安全性能也日益關(guān)注。通過研究表明，實現(xiàn)汽車輕量化，能夠有效降低汽車的耗油。在汽車當中，汽車座椅作為基本的配件之一，它不但能夠提供舒適的乘坐性，同時還能夠在發(fā)生事故的時候給予一定的安全保護。因此，汽車座椅骨架的輕量化和安全性就顯得十分重要。本文基于以上觀點，對汽車座椅骨架的輕量化設(shè)計和被動安全性能進行了系統(tǒng)的研究。

關(guān)鍵詞：汽車座椅骨架；輕量化；被動安全研究

前言：在汽車當中，汽車座椅是必不可少的重要部件之一，能夠為駕駛員提供穩(wěn)定的支撐和良好的視野，從而安全的駕駛和操作汽車。好的汽車座椅不但能夠降低駕駛員和乘客的疲勞程度，同時一旦發(fā)生以外交通事故，汽車座椅還具有一定的安全保護作用。在當前社會中，隨著汽車保有量的不斷上升，汽車座椅的安全性能顯得越來越重要，對乘坐汽車的安全性和舒適性影響有著很大的影響。在當前汽車座椅的發(fā)展中，已經(jīng)融合了材料科學、控制工程、機械振動、人機工程學等多種學科。


一、汽車座椅骨架輕量化設(shè)計

（一）座椅骨架輕量化
在當前的生產(chǎn)設(shè)計當中，對汽車進行輕量化處理的主要方式有采用低密度材料、改進零件成形和連接工藝、優(yōu)化零件形貌、減小車身尺寸、優(yōu)化車身空間拓撲結(jié)構(gòu)等方式。針對這些處理方法，在汽車座椅骨架輕量化設(shè)計的過程中，主要可以采取拓撲優(yōu)化、形貌優(yōu)化、形狀優(yōu)化、尺寸優(yōu)化等方式。其中，拓撲優(yōu)化是在可設(shè)計座椅的空間當中，結(jié)合制造約束條件、性能、設(shè)計目標等，對最佳的座椅骨架零件材料布局進行確定。形貌優(yōu)化是在重量不增加的情況下，對壓延筋的數(shù)量、唯一、形狀進行確定，對結(jié)構(gòu)鋼獨特性進行改變。形狀優(yōu)化主要是對零件的位置、形狀等進行優(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度驗證
在座椅骨架輕量化設(shè)計的過程中，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，需要進一步分析和計算汽車座椅，從而確保座椅骨架能夠符合國家規(guī)定的標準強度。以輕量化的尺寸為基礎(chǔ)，對座椅進行修改，然后利用約束和加載的方式，對座椅進行處理。在20倍重力的條件下，對座椅的應(yīng)力和位移情況進行分析[1]。通過對分析結(jié)果的對比，發(fā)現(xiàn)輕量化之后座椅的最大位移點并沒有改變位置，仍然處在座椅靠背上框的位置，測的最大位移值為2.38mm。在座椅左前撐腳和左側(cè)護板連接的位置，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)對比可知，輕量化后的座椅各方面強度均符合國家標準。

（三）座椅骨架輕量化的結(jié)果
通過對目標的合理制定，對優(yōu)化工況、優(yōu)化尺寸、優(yōu)化標量等方面進行了嚴格的控制，輕量化之后的座椅骨架能夠輕易的承受20倍重力的條件，同時具有更加均勻的應(yīng)力分布。通過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下降了19.4%，效果還是十分明顯的[2]。

二、汽車座椅被動安全性能的研究

（一）座椅靠背對被動安全性的影響
根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，如果發(fā)生追尾的交通事故，汽車座椅的靠背將會起到很大的保護作用。因此，當前在對座椅靠背進行設(shè)計的過程中，對追尾保護給予了高度重視，產(chǎn)生了剛性靠背和柔性靠背兩種設(shè)計理念。其中，剛性靠背在高強度的汽車碰撞當中，能夠有效降低頭部對于胸部的相對運動。不過在低強度的汽車碰撞當中，乘客身體會沿著靠背上滑，同時會受到靠背的會彈，這樣可能會對乘客造成額外的傷害。而柔性吸能靠背則正好相反，在強度較低的碰撞中，能夠?qū)Τ丝推鸬捷^好的保護效果。但是在高強度的碰撞當中，也無法有效的保護乘客的安全。

（二）座椅骨架輕量化多動態(tài)強度的影響
通過相關(guān)的對比試驗研究，能夠發(fā)現(xiàn)，輕量化的座椅和原始的座椅強度都能夠達到國家規(guī)定的標準，不會發(fā)生失效的現(xiàn)象。在不同情況下，零件的最大應(yīng)力都沒有超出材料的極限強度。在相同情況下，兩種座椅的應(yīng)力部位與分布基本相同。而在被動安全方面，雖然輕量化的座椅強度有所降低，但是并不會對其整體的安全性產(chǎn)生影響[3]。二者之間最大應(yīng)力僅相差1.3%。不過，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。由此可以看出，輕量化的座椅骨架在動態(tài)強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，因此在汽車碰撞過程中，能夠帶給乘客更好的保護，從而具有更大的被動安全性能。

結(jié)論：作為汽車當中必不可少的一項重要部件，汽車座椅不但具有舒適性的要求，同時也具有被動安全性的要求。為了能夠有達到節(jié)能減排的目的，對汽車骨架進行輕量化處理。而與此同時，也能夠保證輕量化之后的汽車座椅具有更為優(yōu)良的被動安全性。因此，汽車座椅骨架輕量化對于汽車座椅的發(fā)展來說，具有十分巨大的推動作用。

參考文獻
[1]王淑芬，胡文文，李玉光，趙天鵬. 汽車座椅骨架的拓撲優(yōu)化研究[J]. 機電工程，2014，09：1149-1153.
[2]陳道炯，付大成，王海華，馬超，蔣俊，趙來剛. 汽車座椅的輕量化設(shè)計[J]. 機械科學與技術(shù)，2011，06：942-946.
[3]王吉昌，黃虎，劉新田，趙禮輝，陶英龍. 汽車座椅的輕量化設(shè)計[J]. 上海工程技術(shù)大學學報，2012，01：15-18.