基于某车型后排座椅安装点的结构改进

曾凤　周文斌　蒋子庆

【摘 要】随着近年来汽车保有量的持续增长，安全问题日益凸显。汽车座椅的后排安装点需要满足座椅安装点强度的法规要求，同时还要满足行李厢冲击试验及安全带拉力试验的要求，其结构设计至关重要。文章通过对某车型后排座椅安装点的结构进行研究，采用CAE辅助分析，提出结构优化方案。

【关键词】座椅加强板；结构改进；CAE分析

【中图分类号】U463.836 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）03-0031-04

0 引言

汽车座椅是乘员的直接承载体，也是汽车的一种被动安全保护装置，对乘员的安全性保护起着至关重要的作用。除了对座椅自身结构的强度有要求外，座椅与车身的连接点也必须保证可靠不失效，尤其对于后排座椅，还需要满足行李厢冲击试验和安全带拉力试验。因此，座椅在车身上的安装点结构设计是车身设计的重点之一。

本文基于某车型后排座椅安装点安全带拉力试验中出现的高失效风险问题，采用CAE辅助分析手段，对其固定点结构进行优化设计，优化后的结构仿真结果满足法规要求，改进方案成功通过了试验验证。通过这一实例，总结了后排座椅安装点结构设计的经验，为今后进一步优化设计提供了借鉴和参考。

1 背景

某车型后排座椅采用四六分座椅的结构，六分座椅有2个后脚安装点，其中内侧的安装点布置在后车架后地板横梁二的翻边上。为了提高后排乘客的舒适度，增大后排座椅前部空间，需将后排座椅的安装点整体往后移动60 mm，导致六分座椅的内侧后安装点由后车架后地板横梁二上移动到了横梁外。后排座椅的安装螺母布于座椅安装加强板上，先与后座椅下板焊接之后，再与后车架的后地板横梁二通过电阻点焊连接，后排座椅通过螺栓安装在此座椅安装加强板上（如图1所示）。

在对座椅后移60 mm后的初版结构数据进行安全带拉力试验模拟分析的时候发现，座椅中后脚的固定点处焊点力普遍偏大（如图2所示），都远远大于目标值（3 kN），焊点开裂失效的风险特别大。

2 原因分析

通过对CAE分析结果进行研究，同时对初版数据的结构深入分析后我们认为，该处焊点力偏大的原因有以下几点。

（1）该座椅安装点为六分座椅的右后安装点，座椅上端即为安全带施力点，为试验过程中受力最大的安装点。

（2）座椅安装加强板X向尺寸偏小，焊点离受力点近，特别是座椅安装点的后方，为受力敏感点，但焊点数量偏少，容易导致焊点力集中而失效。

（3）此结构中的座椅安装加强板是一个简单的平板，与后座椅下板焊接后，实际上仅相当于局部加厚，整个结构的刚度并没有改善，依然偏弱，在试验过程中容易导致地板变形严重。

（4）后排座椅的中后安装点受力时，座椅安装加强板和后座椅下板将会先受力被拉起，然后座椅安装加强板、后座椅下板和后地板横梁二之间的焊点再受力被拉扯开，此时的受力为剥离力，容易开裂。

后地板横梁二由于受其他结构限制而无法后移，所以需要通过更改座椅安装点的结构来改善此处的结构强度和刚度。

3 改进方案

3.1 方案一

方案描述：更改座椅安装加强板的X向尺寸，使其延长至后座椅下板的斜面上，增加座椅安装点后方座椅安装加强板和后座椅下板之间的焊点，同时更改座椅安装加强板的搭接结构，使其先与后地板横梁二焊接，再与后座椅下板焊接（如图3所示）。此更改的结构使座椅安装点处的力分散至受力敏感点上，座椅安装加强板、后座椅下板和后地板横梁二之间的焊点力由剥离力更改为剪切力，座椅安装点受力时，座椅安装加强板和后地板横梁二先受力，然后再挤压后座椅下板使其受力，连带后座椅下板一起变形。

方案分析：CAE分析结果如图4所示，我们发现方案一的焊点力普遍下降[如图4（a）所示]，说明增加座椅安装点后侧焊点是有效的，但是下降数值有限，仍超过目标值。由于结构变更已经使焊点力转化为剪切力，焊点开裂的风险已经下降，但是通过焊点连接带动后座椅下板和后地板横梁二变形后，后地板横梁二的應变急剧增大至0.226[如图4（b）所示]，已超目标值0.12，因此出现了钣金撕裂的高风险。因为座椅安装加强板和后座椅下板之间的结构更改，对整个结构的刚度几乎没有影响，所以失效风险还是很高。

3.2 方案二

方案描述：在方案一的基础上新增加强板，新增的加强板前端延长至后地板横梁二处，与后地板横梁二焊接，形成密封式腔体。新增的加强板后端仍延长至后座椅下板斜面，并更改座椅安装螺母板，增加座椅安装螺母板和新增加强板的焊接（如图5所示）。此结构主要是通过增加密封式腔体，提升安装点处座椅安装加强板和后座椅下板之间的刚度，座椅安装点受力时，座椅安装螺母板最先受力，然后拉动新增加强板和原座椅安装加强板，同时挤压后座椅下板变形。

方案分析：CAE分析结果显示应变很小，说明提升结构刚度也能有效地降低失效風险。但此方案还需关注焊点力。方案二的CAE受力分析（如图6所示），我们可以看出座椅安装加强板和后座椅下板之间的焊点力显著下降，但是此结构的座椅安装螺母板和新增加强板在后座椅下板斜面上的焊点却超过了3 kN，且由结构可以看出，此时焊点受到的是剥离力。该方案虽然有效地降低了座椅安装加强板和后座椅下板之间的焊点力，但引起了新焊点的开裂风险。

3.3 方案三

方案描述：结合方案一和方案二，保留座椅安装点后侧新增的焊点，将座椅安装螺母板布置于座椅安装加强板下方，同时更改座椅安装加强板的结构，在座椅安装螺母板的两侧增加筋条（如图7所示）。该方案通过增加筋条保留了一定的腔体结构，从而提升整个安装点结构的刚度，又将座椅安装螺母板和座椅安装加强板之间的焊点力由剥离力转换为剪切力。当座椅安装点受力时，座椅安装螺母板和座椅安装加强板最先受力，然后拉动后地板横梁二，同时挤压后座椅下板，使后座椅下板受力变形。

方案分析：由CAE的分析结果（如图8所示）可以看出，该方案显著降低了座椅安装点处的焊点力，其中有一个焊点的焊点力超了3 kN，但是此焊点受到是对地板的挤压力，开裂风险很小。同时，查看整个结构的应变分析结果，显示最大应变仅为0.102，小于0.12，也满足要求。因此，我们判断此方案能有效地降低安全带拉力试验的失效风险。

4 验证

我们采用方案三制造样车进行了一次后排四六分安全带拉力摸底试验，试验结果显示结构没有出现焊点开裂或是钣金撕裂的现象，其他考核指标也都满足国家相关法规的要求。因此，我们最终选定方案三，即将座椅安装螺母板布置在座椅安装加强板的下方，在座椅安装螺母板两侧增加座椅安装加强板的加强筋来提升刚度，并延长座椅安装加强板，在后座椅下板斜面處增加焊接。实施方案三后进行正式的后排四六分安全带拉力试验，试验再一次成功通过。

5 结论

在对某车型后排座椅安装点的结构设计过程中，我们基于初始数据计算，找出可能存在的问题，然后尝试了不同的方案对结构进行优化，最终得到了满足试验要求的改进方案。通过对设计结构的不断对比和研究，我们得出了有效降低安全带拉力试验中座椅安装点处失效的方法。

（1）座椅安装加强板的X向尺寸应该适当加长，在座椅安装点后侧的受力敏感点增加焊点，建议最好使座椅安装点布置在座椅安装加强板中间或是靠前的位置。

（2）座椅安装加强板需要适当增加筋条，可以通过设计有一定的腔体结构来提升整个结构的刚度。

（3）优化座椅安装加强板和座椅安裝螺母板的结构，使其受力方式能由剥离力更改为剪切力。这些新的思路和经验，为今后相似结构的设计及类似问题的解决，提供了借鉴和参考，更有利于日后座椅安装点处的优化设计。

参 考 文 献

[1]林炳华.最新汽车使用设计[M].哈尔滨：黑龙江人民出版社，2005.

[2]黄金陵.汽车车身设计[M].北京：机械工业出版社，

2007.

[3]成艾国，沈阳，姚佐平.汽车车身先进设计方法和流程

[M].北京：机械工业出版社，2011.

[4]何耀华.汽车试验技术[M].北京：机械工业出版社，

2012.

[责任编辑：钟声贤]