汽車座椅骨架輕量化的研究概況

楊熠

摘要：汽車為了減輕自重要實現汽車座椅骨架輕量化，為了使汽車座椅骨架輕量化，要從結構和材料入手來進行研究，經過多次實驗研究汽車座椅輕量化，采取材料輕量化的做法比較可行，目前采用復合型材料可以起到汽車座椅輕量化的作用。

關鍵詞：汽車座椅;股價輕量化;研究

前言

隨著社會的進步汽車的保有量也在激增，近年來我國的家庭轎車也在迅速的發展，因此帶來了很大的空氣污染問題，有效的降低汽車的重量可以減少污染物的排放，各大汽車廠家都在尋找降低汽車自重的方法，汽車座椅骨架輕量化可以降低汽車的自重量。

1 汽車座椅輕量化的方法

汽車車身重量的計算方法很多，寶馬公司推出了一個比較準確的計算方法，這是一種采取輕量化系數來進行計算的方法。它通過對車身質量的計算、參考扭轉系數和投影面積來計算車身重量。

L= ×10

其中m是汽車的重量，KG;

c 是汽車的靜態剛度;

A是汽車的投射面積，m

L這個輕量化系數大，這個汽車的質量也越來越大。

現在進行汽車座椅輕量化研究的文章不多，國際上對于汽車座椅輕量化，也沒有形成一個成熟的研究體系。根據前面的輕量化公式可以計算出座椅的重量，其中剛度和投影面積對汽車質量有很大影響。汽車座椅的設計還要考慮到它的安全性能，減震效果也要進行參考。

2 輕量化技術

現在減輕汽車座椅骨架重量有兩個方法，（1）結構和另加的優化設計（2）采取新型合成材料來降低重量，為了對汽車座椅進行輕量化設計可以，采取質量好重量輕的鋁合金和碳纖維材料來進行汽車座椅設計。

2.1 輕量化結構

2.1.1 優化尺寸

為了使汽車座椅輕量化要對汽車座椅的外形和零件的尺寸進行科學的設計，對于壁厚和體積都要精細的設計，所有的配件都要求尺寸小、厚度也要小，這樣才能有效的減輕重量。科學家采用有限元分析方法，對汽車的后排座椅骨架進行了優化設計，通過尺寸的優化設計使重量得到了降低，而且汽車座椅的設計還要符合國家的相關規定。還有的設計人員對汽車駕駛員座椅進行了優化設計，經過輕量化的設計也減輕了汽車的重量。還有的研究人員利用FIB進行分析，把汽車座椅的大梁由沖壓件設計改為鋼管設計，對座椅的焊接進行了優化處理，通過這樣的改良也成功的降低了座椅的重量。通過分析采取這些方法降低了汽車的重量，還符合國家的相關規定。

2.1.2 拓撲優化

拓撲優化理論是上世紀初外國學者提出的，它的思路是優化材料的分布，采取拓撲優化，在對材料的均勻分布處理中尋找減輕汽車重量的方法，對比尺寸和形狀優化拓撲優化可以更加隨意的設計，可以節約更大的空間是一種結構優化的好方法。

美國公司采用拓撲優化方法，設計出了輕重量的汽車座椅骨架，大眾公司采用了這個設計，用在了自己的一款車型上。和以往的輕量化汽車座椅骨架相比較，這種座椅重量更加的輕盈了。

一個外國工程師采取拓撲優化的方式，把座椅的滑輪和座椅設計成一體化的結構，這種設計方式可以有效的降低重量，而且通過一體化的設計可以降低座椅的制造成本。

我國的實際是也采取拓撲優化方法對汽車座椅進行了優化設計，通過輕量化的設計業降低了座椅的重量。

通過結構優化的設計可以看到：對汽車零件的尺寸和結構進行優化設計，可以降低汽車的重量。但是由于行業處于安全考慮對汽車座椅的設計有明確的規定，所以無論采取那種優化方案進行設計，也只能降低很小的汽車的重量。

2.2 材料輕量化

隨著科技的發展汽車的設計業也具有很大的高科技含量，用戶對汽車座椅的舒適性和功能的要求逐漸的提高，國家和行業主管部門對汽車的尾氣排放也提出了更高的要求。所以汽車座椅的重量也在逐漸的降低。現在不能只通過結構優化來實現降低汽車座椅骨架重量這一種方法，還有從材料入手來降低汽車座椅的重量，目前開發降低汽車座椅重量的材料很多，有鋁合金、碳纖維、塑料材料等很多材料。

2.2.1 高強度鋼材

根據美國鋼鐵協會的規定滿足屈服度和抗拉強度的鋼就屬于高強度鋼，還有超高強度鋼，它的指數就更高一點。還有的科學家區別高強度鋼的的視角是抗拉強度，以抗拉強度大小來區分高強度鋼和超高強度鋼。高強度鋼板又進行了普通和先進高強度鋼板的區分。普通高強度鋼板有無縫原子鋼、硬化鋼、含磷鋼、等;先進高強度鋼板有雙相鋼、復合鋼、塑性鋼等。JFE公司開發了很多用于汽車制造的高強度鋼，瑞典鋼鐵公司也研制成功了很多型號的高強度鋼。

高強度鋼和超高強度鋼這種材料可以有效的降低汽車座椅的重量，但是剛強度鋼這種材料本身也有很多的缺點，不適合做為汽車座椅的材料，比如它的延展性差加工容易硬化等缺點，而且這些高強度鋼大部分都依靠進口因此成本很高。

2.2.2 鋁合金

鋁合金這種材料具有重量輕、密度小、導熱還可以再生利用等特點，鋁合金的密度僅為鋼鐵的三分之一，抗沖擊力是鋼鐵的兩倍以上，所以由于鋁合金具有這么多的優點，為了降低汽車的重量鋁合金材料在汽車制造中得到了普遍的應用，汽車零配件中由鋁合金材料替換鋼鐵材料都會減低材料原來的重量。

雖然鋁合金這種材料在汽車的葉子板、保險杠、外棚等很多地方都得到了應用，但是用作汽車座椅的卻很少，一般只在扶手等一些小零件上的到了應用，汽車座椅沒有普遍采用鋁合金材料的原因是：（1）材料成本高鋁合金材料價格昂貴。（2）焊接效果相差，鋁合金材料不能像鋼鐵材料那樣有很好的焊接效果，所以生產起來很不方便;（3）鋁合金的成型工藝限制，目前鋁合金只有三種成型工藝可以用于汽車座椅生產，分別是鑄造、鍛造和形變鋁合金工藝，目前用于汽車座椅的鋼鐵骨架厚度很低，如果換成鋁合金骨架則達不到這么小的厚度，所以限制了鋁合金材料在汽車座椅骨架中的應用。

2.2.3 鎂合金

鎂合金是一種重量最輕的金屬材料，它的密度比鋁合金和鋼鐵材料都要小，而且強度和剛度都不錯，導熱性能好易于加工。汽車上使用鎂合金也有很長的歷史了，鎂合金的汽車零件一般都采取壓鑄的工藝進行制作，因為鎂合金的壓鑄零件質量最輕，性能要超過鋁合金。我國有很多企業可以生產鎂合金鑄件。

從上世紀末期很多的汽車廠和科研單位都在研究鎂合金的生產和應用，奔馳、福特這些大公司都采用鎂合金材料作為汽車配件進行生產，使汽車座椅的重量大幅的減輕，我國的技術人員通過實驗對鎂合金座椅進行了優化處理，成功的減少了零配件使汽車座椅重量得到了進一步的降低。

2.2.4 塑料和復合材料

塑料材料可以和玻璃纖維碳纖維材料結合起來制成一種復合材料，來應用在汽車的零部件生產上。上世紀中期開始復合型塑料材料開始在汽車制造業普遍的得以應用，因為這種材料重量更加輕盈，通過現代化的高科技處理使它的硬度和剛性，都能和鋼材鋁合金所媲美，所以這種復合型塑料材料在汽車制造業中普遍的應用起來，一般都采用注塑工藝來生產工程塑料，用于汽車的座椅骨架材料。

3 結語

汽車的生產要符合國家和行業的排放以及其他的環保規定，因此要求汽車重量要盡量的降低，這樣就會有效的減少汽車尾氣的排放，達到節能減排的環保要求，因此汽車座椅骨架的質量被一再的降低，采用了低碳鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維等很多的材料來達到減低汽車座椅骨架質量的目的。

參考文獻

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