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(shí)現(xiàn)汽車座椅骨架輕量化，為了使汽車座椅骨架輕量化，要從結(jié)構(gòu)和材料入手來進(jìn)行研究，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)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(fù)合型材料可以起到汽車座椅輕量化的作用。

關(guān)鍵詞：汽車座椅;股價(jià)輕量化;研究

前言

隨著社會(huì)的進(jìn)步汽車的保有量也在激增，近年來我國(guó)的家庭轎車也在迅速的發(fā)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(jì)算方法很多，寶馬公司推出了一個(gè)比較準(zhǔn)確的計(jì)算方法，這是一種采取輕量化系數(shù)來進(jìn)行計(jì)算的方法。它通過對(duì)車身質(zhì)量的計(jì)算、參考扭轉(zhuǎn)系數(shù)和投影面積來計(jì)算車身重量。

L= ×10

其中m是汽車的重量，KG;

c 是汽車的靜態(tài)剛度;

A是汽車的投射面積，m

L這個(gè)輕量化系數(shù)大，這個(gè)汽車的質(zhì)量也越來越大。

現(xiàn)在進(jìn)行汽車座椅輕量化研究的文章不多，國(guó)際上對(duì)于汽車座椅輕量化，也沒有形成一個(gè)成熟的研究體系。根據(jù)前面的輕量化公式可以計(jì)算出座椅的重量，其中剛度和投影面積對(duì)汽車質(zhì)量有很大影響。汽車座椅的設(shè)計(jì)還要考慮到它的安全性能，減震效果也要進(jìn)行參考。

2 輕量化技術(shù)

現(xiàn)在減輕汽車座椅骨架重量有兩個(gè)方法，（1）結(jié)構(gòu)和另加的優(yōu)化設(shè)計(jì)（2）采取新型合成材料來降低重量，為了對(duì)汽車座椅進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)可以，采取質(zhì)量好重量輕的鋁合金和碳纖維材料來進(jìn)行汽車座椅設(shè)計(jì)。

2.1 輕量化結(jié)構(gòu)

2.1.1 優(yōu)化尺寸

為了使汽車座椅輕量化要對(duì)汽車座椅的外形和零件的尺寸進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)，對(duì)于壁厚和體積都要精細(xì)的設(shè)計(jì)，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?？茖W(xué)家采用有限元分析方法，對(duì)汽車的后排座椅骨架進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)使重量得到了降低，而且汽車座椅的設(shè)計(jì)還要符合國(guó)家的相關(guān)規(guī)定。還有的設(shè)計(jì)人員對(duì)汽車駕駛員座椅進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，經(jīng)過輕量化的設(shè)計(jì)也減輕了汽車的重量。還有的研究人員利用FIB進(jìn)行分析，把汽車座椅的大梁由沖壓件設(shè)計(jì)改為鋼管設(shè)計(jì)，對(duì)座椅的焊接進(jìn)行了優(yōu)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(guó)家的相關(guān)規(guī)定。

2.1.2 拓?fù)鋬?yōu)化

拓?fù)鋬?yōu)化理論是上世紀(jì)初外國(guó)學(xué)者提出的，它的思路是優(yōu)化材料的分布，采取拓?fù)鋬?yōu)化，在對(duì)材料的均勻分布處理中尋找減輕汽車重量的方法，對(duì)比尺寸和形狀優(yōu)化拓?fù)鋬?yōu)化可以更加隨意的設(shè)計(jì)，可以節(jié)約更大的空間是一種結(jié)構(gòu)優(yōu)化的好方法。

美國(guó)公司采用拓?fù)鋬?yōu)化方法，設(shè)計(jì)出了輕重量的汽車座椅骨架，大眾公司采用了這個(gè)設(shè)計(jì)，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(gè)外國(guó)工程師采取拓?fù)鋬?yōu)化的方式，把座椅的滑輪和座椅設(shè)計(jì)成一體化的結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)方式可以有效的降低重量，而且通過一體化的設(shè)計(jì)可以降低座椅的制造成本。

我國(guó)的實(shí)際是也采取拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)汽車座椅進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過輕量化的設(shè)計(jì)業(yè)降低了座椅的重量。

通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計(jì)可以看到：對(duì)汽車零件的尺寸和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以降低汽車的重量。但是由于行業(yè)處于安全考慮對(duì)汽車座椅的設(shè)計(jì)有明確的規(guī)定，所以無論采取那種優(yōu)化方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(fā)展汽車的設(shè)計(jì)業(yè)也具有很大的高科技含量，用戶對(duì)汽車座椅的舒適性和功能的要求逐漸的提高，國(guó)家和行業(yè)主管部門對(duì)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?，F(xiàn)在不能只通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)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(fā)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(qiáng)度鋼材

根據(jù)美國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)的規(guī)定滿足屈服度和抗拉強(qiáng)度的鋼就屬于高強(qiáng)度鋼，還有超高強(qiáng)度鋼，它的指數(shù)就更高一點(diǎn)。還有的科學(xué)家區(qū)別高強(qiáng)度鋼的的視角是抗拉強(qiáng)度，以抗拉強(qiáng)度大小來區(qū)分高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼。高強(qiáng)度鋼板又進(jìn)行了普通和先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板的區(qū)分。普通高強(qiáng)度鋼板有無縫原子鋼、硬化鋼、含磷鋼、等;先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板有雙相鋼、復(fù)合鋼、塑性鋼等。JFE公司開發(fā)了很多用于汽車制造的高強(qiáng)度鋼，瑞典鋼鐵公司也研制成功了很多型號(hào)的高強(qiáng)度鋼。

高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼這種材料可以有效的降低汽車座椅的重量，但是剛強(qiáng)度鋼這種材料本身也有很多的缺點(diǎn)，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(diǎn)，而且這些高強(qiáng)度鋼大部分都依靠進(jìn)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(dǎo)熱還可以再生利用等特點(diǎn)，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(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用，汽車零配件中由鋁合金材料替換鋼鐵材料都會(huì)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(xiǎn)杠、外棚等很多地方都得到了應(yīng)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(yīng)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(jià)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(chǎn)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(chǎn)，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(dá)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(yīng)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(qiáng)度和剛度都不錯(cuò)，導(dǎo)熱性能好易于加工。汽車上使用鎂合金也有很長(zhǎng)的歷史了，鎂合金的汽車零件一般都采取壓鑄的工藝進(jìn)行制作，因?yàn)殒V合金的壓鑄零件質(zhì)量最輕，性能要超過鋁合金。我國(guó)有很多企業(yè)可以生產(chǎn)鎂合金鑄件。

從上世紀(jì)末期很多的汽車廠和科研單位都在研究鎂合金的生產(chǎn)和應(yīng)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(jìn)行生產(chǎn)，使汽車座椅的重量大幅的減輕，我國(guó)的技術(shù)人員通過實(shí)驗(yàn)對(duì)鎂合金座椅進(jìn)行了優(yōu)化處理，成功的減少了零配件使汽車座椅重量得到了進(jìn)一步的降低。

2.2.4 塑料和復(fù)合材料

塑料材料可以和玻璃纖維碳纖維材料結(jié)合起來制成一種復(fù)合材料，來應(yīng)用在汽車的零部件生產(chǎn)上。上世紀(jì)中期開始復(fù)合型塑料材料開始在汽車制造業(yè)普遍的得以應(yīng)用，因?yàn)檫@種材料重量更加輕盈，通過現(xiàn)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(fù)合型塑料材料在汽車制造業(yè)中普遍的應(yīng)用起來，一般都采用注塑工藝來生產(chǎn)工程塑料，用于汽車的座椅骨架材料。

3 結(jié)語

汽車的生產(chǎn)要符合國(guó)家和行業(yè)的排放以及其他的環(huán)保規(guī)定，因此要求汽車重量要盡量的降低，這樣就會(huì)有效的減少汽車尾氣的排放，達(dá)到節(jié)能減排的環(huán)保要求，因此汽車座椅骨架的質(zhì)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(dá)到減低汽車座椅骨架質(zhì)量的目的。

參考文獻(xiàn)

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