汽车后座椅骨架行李冲击分析与结构优化

汽车后座椅骨架行李冲击分析与结构优化明宇奇瑞汽车股份有限公司汽车工程研发总院预研与基础技术研究院，安徽芜湖241009摘要为减少交通事故中行李块冲击引起的后排乘员伤亡，设计安全可靠的后排座椅骨架结构使之通过ECER17法规标准是当前后排座椅设计的基本要求。以某汽车后排座椅骨架为研究对象，建立其精确的CAD模型，按照ECER17法规要求，运用非线性有限元方法对其进行仿真研究。计算结果表明座椅骨架及固定安装支架存在两个问题1该分体式座椅骨架吸能和抗变形能力严重不足；2座椅骨架固定点连接支架不够牢固，在冲击工况下易脱落。根据试验及仿真结果，提出改变该分体式座椅骨架为整体式座椅骨架提高座椅骨架的整体刚度，增强抗变形能力；中部安装支架采用整体式结构，其余安装支架结构不变，厚度增加05MM。通过对改进方案进行分析验证，表明改进后方案抗变形能力优于分体式结构，满足法规要求。关键词后排座椅；行李冲击；碰撞安全仿真分析中图分类号U463836文献标志码A文章编号1674198620160101204LUGGAGEIMPACTANDSTRUCTUREOPTIMIZATIONFORREARSEATFRAMEOFAUTOMOBILEMINGYUCAEDEPARTMENTFATIGUESIMULATIONSECTION，AERIOFCHERYAUTOMOBILECO，LTD，WUHUANHUI241009，CHINAABSTRACTTOREDUCETHEREAROCCUPANTCASUALITIESINTRAFFICACCIDENTSCAUSEDBYTHEIMPACTOFLUGGAGEBLOCK，ITISNECESSARYTODESIGNASAFEANDRELIABLEREARSEATFLAMESTRUCTUREANDMEETREGULATIONSANDSTANDARDSBYECER17TAKINGAEARREARSEATFLAMEASSTUDYOBJECT，ITSPRECISECADMODELWASESTABLISHEDACCORDINGTOECER17REGULATIONSTHENONLINEARFINITEELEMENTMETHODWASUSEDTOSIMULATEANDSTUDYTHEOBJECTTHEFINITEELEMENTSRESULTSSHOWTHATTHEREARETWOPROBLEMSFIRSTLY，ENERGYABSORPTIONANDRESISTANCETODEFORMATIONOFTHESPLITSEATFLAMEISSERIOUSSHORT；SECONDLY，FIXEDPOINTCONNECTIONBRACKETOFTHESEATFLAMEISNOTSTRONGENOUGHANDEASYTOFALLOFFINSHOCKCONDITIONSINORDERTOIMPROVETHEOVERALLSTIFFNESSARIDRESISTANCETODEFORMATIONOFTHESEATFLAME，ANOVERALLSPLITSEATFLAMEINSTEADOFTHESPLITSEATFRAMEWASPROPOSEDCENTERSUPPORTBRACKETWASTHEOVERALLSTRUCTUREANDTHERESTMOUNTINGBRACKETSTRUCTUREWASUNCHANGED，BUTTHETHICKNESSWASALLINCREASED05MM，THROUGHTHEANALYSISOFTHEIMPROVEMENTPROGRAM，THERESULTSDEMONSTRATETHATDEFORMATIONRESISTANCEOFIMPROVEDSCHEMEISSUPERIORTOTHESPLITSTRUCTUREANDMEETREGULATIONREQUIREMENTSKEYWORDSREARSEATS；LUGGAGEIMPACT；CRASHSAFETY；SIMULATIONANALYSIS0引言在交通事故中汽车后排座椅将会受到行李块的巨大冲击载荷座椅骨架结构往往产生变形甚至断裂。增加后排乘员的伤亡事故。因此后排座椅作为降低乘员损伤的安全部件，首先要能够保证车辆在碰撞时后排乘员具有一定的生存空问，防止其他车载体如行李等进入到生存空间，且能确保乘员在碰撞事故发生时保持一定姿态，防止后排乘员向前排发生二次撞击。因此ECER17法规明确规定后排座椅的行李冲击强度的要求，导致了用传统方法设计开发的座椅质量和成本的增加。关于汽车座椅的安全性当前的研究方向主要有碰撞过程中座椅系统对乘员承受能量的分散作用、新型材料和新加工成型技术的应用对座椅性能的影响。以及质量、成本的节约问题等。文中以某汽车后排座椅为研究对象，建立该座椅骨架的精确三维CAD模型。按照ECER17法规要求，进行非线性有限元分析，依据分析结果给出改进方案，并对改进方案进行分析验证。表明改进方案满足法规要求。1汽车座椅CAD模型的建立座椅由许多零件组装而成，建模前需要对座椅的整体结构进行分析确定各个零件对强度特性的影响，根据影响程度的不同对零件进行筛选。座椅的坐垫与靠背属分开式结构，行李冲击只对座椅靠背有影响。与坐垫部分无关一，因此在进行强度分析时只需对座椅靠背进行几何建模。座椅靠背承受外部载荷时主要受力部件是靠背骨架，骨架表面的蒙皮及软垫等覆盖物对外部载荷贡献量很少，基本上不能承受外部载荷。软垫及蒙皮的形状往往复杂且不规则，如果对软垫及蒙皮结构进行几何建模。不仅增加无谓的工作量，而且对后续强度分析结果影响不大。因此几何建模时不考虑软垫和蒙皮。基于以上分析建立的座椅骨架的三维CAD精确模型如图1所示，座椅骨架主要由靠背钢管、靠背钢丝、闭锁机构、外支架及中支架等组成。靠背钢管材料为Q235B，规格为62515；靠背钢丝材料为Q235B，规格为4,5；座椅上闭锁机构支架材料为ST12，料厚为20MM车身上闭锁结构连接支架材料为B210P1，料厚