汽车座椅骨架轻量化及被动安全研究.pdf

University Code:10856
Student ID:M060109110





STUDY OF LIGHTWEIGHT AND
POSITVE SAFETY ON
AUTOMOBILE SEAT SKELETON





Candidate: Wang Jichang
Supervisor: Huang Hu
Major: Vehicle Engineering



College of Automotive Engineering
Shanghai University of Engineering Science
Shanghai, . China
December, 2011
上海工程技术大学
学位论文原创性声明



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日期: 年月日日期: 年月日
汽车座椅骨架轻量化及被动安全研究

摘要

随着汽车的普及,人们对汽车安全性能以及汽车的油耗日益关注。而研究表明汽
车轻量化对汽车油耗有显著的改善作用。因此许多汽车生产厂家把汽车安全性设计和
汽车轻量化设计列为重点研究项目来抓。汽车座椅作为汽车基本组成部件之一,不仅
为乘员提供了舒适的乘坐性,还能在汽车发生交通意外时为乘员提供安全保障。而座
椅轻量化是指在满足座椅强度和安全性能的前提下,尽可能地降低座椅的重量,从而
达到结构优化,成本下降的目标。座椅的安全性和轻量化都已经成为当今汽车座椅设
计与研发的主要方向。
本文针对某车型的座椅,参照国家标准 GB18053-2006 的要求,重点研究了座椅
骨架在 20 倍座椅总成重量工况和 530Nm 靠背翻转工况下的静态强度,并基于其静态
强度对座椅骨架进行了轻量化设计。通过优化,座椅重量得到降低,骨架的结构更加
合理,其应力分布更加均匀,最大应力比原座椅模型有所降低。在座椅动态强度分析
中,参照国家标准相关试验的要求,研究了座椅骨架在靠背冲击吸能试验工况和座椅
滑车试验工况下的被动安全性能。同时针对轻量化前后的座椅骨架模型在同一工况下
的动态强度和变形能力进行了比较,从而综合评价座椅轻量化对其动态吸能性能和动
态强度的影响。本课题主要有以下 4 个方面的工作:
,运用三维建模软件,建立座椅骨架的三维模型。然后对座
椅骨架的各零部件按照其在承受外部载荷时所起到的作用将其分为承载类、辅助承载
类和非承载类,并对不同的类型采用不同的方式建立有限元模型。
GB18053-2006《汽车座椅、座椅固定装置和头枕强度要求和试
验方法》中对座椅静强度试验的方法和技术的要求,对建立的座椅骨架模型进行约束
和加载。在国家标准相关规定下,分析了座椅在 20 倍座椅总成重量工况和座椅靠背
530Nm 翻转工况下的静态强度,分析结果表明座椅的静强度满足国家标准的要求。
。通过制定合理的优化目标,采
用合适的优化变量和约束条件,在比较严苛的工况下进行骨架结构的优化分析。通过
I
对优化结果进行圆整和修正,得到座椅骨架轻量化尺寸,并验证了轻量化后的座椅骨
架的强度满足国家标准的要求。
,结合显性非线性有限元软件模拟汽车座椅在碰撞冲击时的安
全性能,并对轻量化前后座椅的动态安全性能进行了比较。参照国家标准中对座椅靠
背吸能和座椅滑车试验的要求,建立了座椅在这两种工况下的有限元模型,并对轻量
化前后的两个模型进行碰撞仿真。仿真结果说