整體式座椅對行李箱沖擊影響的研究

徐凱，肖光，陳飛

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

整體式座椅對行李箱沖擊影響的研究

徐凱，肖光，陳飛

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

國標(biāo)GB 15083中“關(guān)于防止移動行李對乘員傷害的特殊規(guī)定”，有效防止急剎中行李箱內(nèi)行李向前沖撞而損壞后排座椅，從而影響后排乘員的安全。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求，借助CAE工具，對某款座椅進(jìn)行分析，提出了改進(jìn)方案，試驗(yàn)證明所提的改進(jìn)方案是有效的，并提出設(shè)計(jì)建議。

后排座椅；行李箱沖擊；強(qiáng)度

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.039

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-119-03

引言

為了滿足行李箱空間多元化，后排座椅靠背優(yōu)先考慮翻轉(zhuǎn)功能，放倒靠背從而實(shí)現(xiàn)乘用艙與行李箱相通。在此設(shè)計(jì)情況下，后排座椅靠背成為行李箱主要隔離部件。為了避免車輛在碰撞事故及急減速過程中，行李箱內(nèi)未固定的行李對乘員造成傷害，則對座椅靠背及其固定點(diǎn)的強(qiáng)度有較高要求。因此，中國、歐洲等國家制定了相應(yīng)的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。

1、法規(guī)

國標(biāo)GB15083中 “關(guān)于防止移動行李對乘員傷害的特殊規(guī)定”這一條款，標(biāo)準(zhǔn)要求在距離后排座椅靠背 200mm的位置處放置兩個尺寸為300mm×300mm×300mm，重量為18Kg的試驗(yàn)樣塊，兩個試驗(yàn)樣塊與車身縱向中心面的距離為25mm，如下圖所示：

然后將車體牢固的固定在試驗(yàn)臺架上，并對車體進(jìn)行減速，減速前，車體的自由速度應(yīng)該為500+2km/h，其減速波形如下圖所示：

試驗(yàn)要求同時滿足以下要求:

⑴ 試驗(yàn)過程中靠背和頭枕的前輪廓不能向前方移出一橫向垂面，此面經(jīng)過：

1）座椅的R點(diǎn)前方150mm處的點(diǎn)（對頭枕部分）；

2）座椅的R點(diǎn)前方100mm處的點(diǎn)（座椅靠背部分）。

⑵ 試驗(yàn)結(jié)束后，如果座椅及其鎖止裝置仍保持在原位置(可以允許變形)，則認(rèn)為滿足此要求。

在實(shí)際設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)過程中，影響行李箱沖擊試驗(yàn)的因數(shù)很多，如座椅靠背形式及結(jié)構(gòu)，靠背固定點(diǎn)結(jié)構(gòu)，靠背鎖的位置，行李塊與座椅靠背的距離，臺車試驗(yàn)加載曲線波形等。本文以某款車型為分析對象，借助CAE，優(yōu)化設(shè)計(jì)，并提出相關(guān)建議。

2、原設(shè)計(jì)狀態(tài)下的行李箱沖擊失效

此款車型的后排座椅采用 1/8/1分塊，承受行李箱沖擊的部分為靠背中間部位（即80%），等同于整體式靠背形式?？勘诚虏客舛瞬捎棉D(zhuǎn)軸卡接側(cè)圍轉(zhuǎn)軸支架，中間采用拉帶緊固，靠背上端外側(cè)采用靠背鎖，共計(jì)5個固定點(diǎn)，具體固定方式見圖3。

試驗(yàn)后，座椅結(jié)構(gòu)件已超出法規(guī)基準(zhǔn)面，并出現(xiàn)靠背兩側(cè)轉(zhuǎn)軸卡連同車身側(cè)圍轉(zhuǎn)軸支架撕裂脫開，后靠背中間織帶斷裂，靠背鎖仍處于鎖止?fàn)顟B(tài)且功能正常，靠背掛鉤鋼絲變形未斷裂。結(jié)果其中1個試驗(yàn)樣塊直接穿過靠背下端往前飛出，試驗(yàn)失效照片見圖4。

3、借助CAE分析

模型假設(shè)：

所用材料屬性選用最小值

所用零件其厚度選用中間值

焊點(diǎn)失效沒有被模擬

運(yùn)行環(huán)境：

LS-DYNA MPP971s NCPU=32。運(yùn)算模型：見圖6。

模型信息：見表1。

表1 部件材料特性

4、失效分析

此次試驗(yàn)中，靠背上方部件包括靠背鎖、鎖鉤、鎖鉤安裝板均完好，主要失效為下方固定系統(tǒng)（下方失效導(dǎo)致沖擊能量消耗，無法有效驗(yàn)證上方部件）。

先分析中間織帶受力情況，單件做拉延試驗(yàn)驗(yàn)證：試驗(yàn)速度：20mm/min，目前縫紉方式下的織帶總成，拉加載到7000N，縫線斷裂，碰撞試驗(yàn)中存在織帶縫紉斷裂的風(fēng)險。

兩側(cè)轉(zhuǎn)軸支架受力情況：

轉(zhuǎn)軸支架本身強(qiáng)度：通過 CAE分析轉(zhuǎn)軸支架的受力得知，支架應(yīng)變＜極限應(yīng)變*50%，無失效風(fēng)險。

表2 轉(zhuǎn)軸受力分析

轉(zhuǎn)軸支架焊點(diǎn)強(qiáng)度：一側(cè)的轉(zhuǎn)軸支架共計(jì)7個，前面4個焊點(diǎn)，后面3個焊點(diǎn)。通過CAE分析轉(zhuǎn)軸支架的焊點(diǎn)得知，其中后面的 3個焊點(diǎn)中，前面的 2個焊點(diǎn)受力很大，大于5KN。通過焊點(diǎn)力分析，此處焊點(diǎn)僅能承受5KN以下，碰撞試驗(yàn)中存在轉(zhuǎn)軸支架脫焊的風(fēng)險。

結(jié)合CAE及試驗(yàn)結(jié)果分析，中間織帶縫紉及轉(zhuǎn)軸支架焊點(diǎn)的風(fēng)險導(dǎo)致試驗(yàn)失效，同時考慮盡量減少側(cè)圍鈑金的更改，提出以下初步優(yōu)化方案：

（1）更改織帶縫紉方式，參考安全帶織帶

單獨(dú)驗(yàn)證,用安全帶織帶及安全帶縫線縫制，拉兩頭端片，到10000N，端片撕裂，安全帶織帶無損；

在座椅下橫管上增加U型支架，整改織帶走向，使織帶提前受力，減少轉(zhuǎn)軸支架受力；

轉(zhuǎn)軸支架更改形狀，增加焊點(diǎn)，減少焊點(diǎn)7、8、10、11的受力。

根據(jù)以上整改方案，重新CAE分析，分析結(jié)果有所明顯改善。

表3 更改后的焊點(diǎn)力

5、試驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)車試驗(yàn)摸底合格，驗(yàn)證整改有效。

6、結(jié)論

對于整體式座椅靠背而言，由于行李箱對靠背的撞擊所產(chǎn)生的撞擊力由靠背鎖和靠背與車身地板連接件共同分擔(dān)，需保證靠背鎖不解鎖，地板緊固點(diǎn)不被剪斷，靠背的位移量基本不容易超標(biāo)，整體即可滿足法規(guī)。

試驗(yàn)初始，試驗(yàn)樣塊首先與座椅靠背豎向管梁發(fā)生碰撞,豎向管梁向前彎曲. 試驗(yàn)樣塊繼續(xù)向前運(yùn)動并發(fā)生偏轉(zhuǎn)與下橫管碰撞，下橫管繼續(xù)向前移動并變形，座椅下端受力較大，如圖12。同時，織帶、鎖鉤、鎖鉤安裝板、織帶安裝板，側(cè)圍上的座椅下固定點(diǎn)的截面力依次減少，如圖12。

綜上所述，在整體靠背設(shè)計(jì)時，主要可通過以下幾個方面：

（1）靠背下端中間固定點(diǎn)需保證在沖擊的前期起到拉緊作用，同時關(guān)注緊固螺栓的強(qiáng)度、織帶縫紉等因數(shù)是否滿足要求；

（2）靠背下端外側(cè)優(yōu)先考慮固定在底板上，底板鈑金設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)固定點(diǎn)加強(qiáng)，如通過后橫梁。如果無法布置需在輪罩鈑金，建議輪罩增加內(nèi)加強(qiáng)板，保證系統(tǒng)強(qiáng)度；

（3）CAE分析時，焊點(diǎn)及織帶斷裂失效很難被模擬，需考慮讀取受力數(shù)值，通過理論分析是否存在風(fēng)險，以免增加試驗(yàn)費(fèi)用。

[1] 張科峰,劉剛.乘用車移動行李對后排座椅撞擊試驗(yàn)的研究[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2011.

[2] GB15083-2006汽車座椅、座椅固定裝置及頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法.

Research on the effects of integral seat impact to boot

Xu Kai, Xiao Guang, Chen Fei
( Chery automobile Co., LTD., Anhui Wuhu 241009 )

"Moving luggage on the prevention of harm to the special provisions for the crew," in GB15083, It effectively prevent in the process of the brakes move luggage collision and damage the rear seat ,which affects the rear occupant safety. Combined with standard requirements, with the aid of CAE tools,analyzes some seats, put forward the improvement scheme and test show that the proposed the improvement scheme is effective, and design Suggestions are put forward.

Rear Seat; Luggage compartment Impact; Strength

U463.8

A

1671-7988（2015）09-119-03

徐凱，工程師，就職于奇瑞汽車股有限公司，主要從事汽車座椅開發(fā)工作。