一種汽車座椅安裝結構的優化

陸毅初 周源源

【摘 要】文章通過對某商用車在安全帶拉力試驗中中排座椅右后腳安裝螺母脫開的原因進行分析，并對中排座椅右后腳安裝點的結構進行優化，提高了安裝點的結構強度。新結構經安全帶拉力試驗驗證可行，有效地保證了座椅安裝的可靠性。

【關鍵詞】座椅安裝板；結構優化；強度；拉力試驗

【中圖分類號】U463.836 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）12-0055-03

0 引言

汽車安全座椅是汽車普遍采用的安全裝備，是一種有效的成員保護裝置。為使座椅在汽車上能充分發揮作用，除本身的結構和強度外，它在車身上的安裝強度（車身座椅固定點強度）也至關重要。本文針對某商用車中排座椅右后腳安裝點結構在安全帶拉力試驗中出現的螺母脫開問題，采用CAE輔助分析手段，對其固定點結構進行優化設計，優化后的結構成功地解決了安全帶拉力試驗中出現的安裝螺母脫開問題。通過這一實例，本文總結了座椅安裝點結構的設計經驗，為今后進一步優化車身強度和功能的設計提供一些借鑒和參考。

1 座椅安裝結構特點

某商用車中排座椅安裝點位置分布在車架后地板橫梁一焊合件上，每個安全帶安裝板上有一個安裝點，安裝點沿Y向布置，2個座椅安裝螺母均布于座椅安裝板上的安裝螺母板上，中排座椅右后腳安裝板與橫梁通過電阻點焊連接，而座椅則通過螺栓固定在中排座椅右后安裝板上（如圖1所示）。

某商用車在安全帶拉力試驗中，中排座椅右后腳安裝螺母出現脫開的問題（如圖2所示）。

2 原因分析

2.1 結構應力分析

經CAE模擬分析得知：座椅安全帶安裝板開裂處的最大應變值為0.621（其應變要求≤0.12），超出其應變要求范圍，座椅安裝板的材料為ST37-2G，其理論屈服值≥215 MPa，安全使用范圍≤215×80%=172 MPa，安全裕度較小（如圖3所示）。在安全帶拉力試驗中，結構強度不足導致螺母直接脫開。

2.2 結構分析

經過調查分析，中排座椅的載荷通過安裝螺栓傳遞給座椅安裝板和橫梁，座椅右后腳安裝板一端懸空于橫梁上，懸空的一端在Z向上有螺母板支撐，而橫梁腔體中的座椅安裝點在Z向上沒有有效的結構支撐（如圖4所示），座椅安裝結構在承受拉力的同時還承受剝離力，導致應力集中。

從CAE的分析結果我們也可以得到有效的驗證，故需對此處結構進行優化，以解決安全帶拉力試驗中的螺母脫開問題。

3 方案的制訂與確認

3.1 方案的制訂

根據以上分析，只要在橫梁腔體上方的安裝點處增加Z向的結構支撐或提高此處結構強度，加強此處結構的剛度和抗拉強度，就可降低座椅安裝板的應變和橫梁焊點的應力。結合零件結構特點，制訂如下方案。

方案一：新增螺母板，原座椅安裝板結構更改，取消橫梁腔體內座椅安裝板一側的翻邊（如圖5所示），螺母板與橫梁內側面、座椅安裝板均通過焊點連接，以加強此處結構的強度。

方案二：原座椅安裝板結構不變，新增“U”形螺母板，螺母板與橫梁內側面通過二保焊連接，螺母板與座椅安裝板通過焊點連接，以加強此處結構強度（如圖6所示）。

方案三：新增螺母板，原座椅安裝板結構更改，螺母板與橫梁內側面通過二保焊連接，螺母板與座椅安裝板通過焊點連接，以提高零件結構的Z向強度（如圖7所示）。

3.2 方案的確定

通過運用有限元虛擬分析軟件（CAE分析）對方案進行分析，結果如圖8所示。

從CAE的模擬分析發現：方案一原座椅安裝板結構更改，新增螺母板，座椅安裝板應變值由0.621降為0.077，降低了約87%；焊點力值由2.7降為0.57，降低了約79%，應變值與焊點力值均滿足要求，改善效果明顯。

方案二原座椅安裝板結構不變，新增螺母板，座椅安裝板應變值由0.621降為0.076，降低了約88%；焊點力值由2.7降為0.36，降低了約87%，應變值與焊點力值均滿足要求，改善效果明顯。

方案三新增螺母板，原座椅安裝板結構更改，座椅安裝板應變值由0.621降為0.104，降低了約83%；焊點力值由2.7降為0.65，降低了約76%，應變值與焊點力值均滿足要求，改善效果明顯。

4 方案驗證和實施

結合零件結構特點、CAE分析結果、制造工藝性及更改費用等因素，最終選擇方案二：在中排座椅右后腳安裝點處增加帶加強筋特征的“U”形螺母板，原座椅安裝板結構不變，螺母板與橫梁側面通過二保焊連接，與座椅安裝板通過焊點連接。經過優化后，座椅安裝板此處的最大應變值下降為0.076，焊點力值下降為0.36，此方案經安全帶拉力試驗驗證，原安裝螺母脫開處沒有發生螺母脫開問題，說明此結構滿足設計要求，改進措施有效。通過實施該方案，基本上達到了如下效果。

（1）提高此處結構的強度、剛度和抗扭強度，并能把座椅傳遞過來的載荷應力快速分散到橫梁上，避免應力集中，提升了座椅安裝結構的可靠性和耐久性。

（2）座椅安裝螺母脫開處應變值降低了約88%，焊點力值降低了約87%，解決了中排座椅右后腳安裝點結構在安全帶拉力試驗中出現的安裝螺母脫開問題。

原結構跟優化后的結構在安裝點處截面分別如圖9、圖10所示。

5 總結

在車身結構開發設計過程中，要充分考慮零件的受力情況、材料強度及結構的合理性等因數，根據零件結構的邊界條件及所承擔的功能對其進行設計，并利用CAE等模擬軟件對其進行分析，同時通過安全帶拉力試驗等進行驗證，不斷對其結構進行優化和改善，最終達到優化設計的效果。

參 考 文 獻

[1]黃天澤.汽車車身結構與設計[M].北京：機械工業出版社，1997.

[2]《汽車工程手冊》編輯委員會.汽車工程手冊[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3]王偉，段茂才，劉劍.汽車后排座椅安裝點結構優化設計[J].中國新技術新產品，2015（4）.

[責任編輯：陳澤琦]