某車型前排座椅行李箱沖擊仿真分析和實驗驗證

趙培杰，龍賽瓊

(1. 廣汽集團零部件有限公司技術部，廣東廣州510050; 2. 南沙出入境檢驗檢疫局，廣東廣州511400)

0 引言

根據(jù)ECE R17 的要求，汽車后排座椅必須要進行行李箱碰撞試驗，來驗證后排座椅在車輛前撞工況下的安全性; 另外，在最后排座椅可以移出或者折疊的情況下，必須對前一排座椅也要進行行李箱碰撞試驗，保證在前撞工況下，前排乘員空間的安全。作者根據(jù)某合資企業(yè)的前排座椅行李箱沖擊技術要求，采用計算機仿真分析和產(chǎn)品實驗相結合的辦法開發(fā)前排座椅，并取得成功。

1 前排座椅行李箱沖擊試驗要求

1.1 試驗設置

根據(jù)ECE R17 法規(guī)和整車環(huán)境進行行李箱沖擊試驗設置［1］。

(1) 實驗用行李塊： 2 塊質量為18 kg (300 mm ×300 mm×300 mm，邊棱倒角均為20 mm) 的行李塊;

(2) 實驗用脈沖： 不小于20g 水平縱向減速度，持續(xù)時間不小于30 ms，速度達到48 ～50 km/h;

(3) 實驗行李塊擺放位置： 如圖1 所示，行李塊擺放在傾角為11°的后排模擬架上，距前排靠背200 mm，行李塊間距50 mm，并沿整車中心線左右對稱放置，如圖1，圖2 所示;

(4) 試驗座椅： 主駕駛6 向可調(diào)手動座椅，副駕駛4 向可調(diào)手動座椅;

(5) 座椅位置： 座椅靠背角21°; 前后調(diào)至中間位置，上下調(diào)至中間位置，頭枕調(diào)至最高位置。

1.2 試驗評價標準［1 -2］

試驗過程中及試驗后，座椅以及鎖止裝置仍保持在原位置，座椅機構件無失效，沒有出現(xiàn)碎片飛濺，沒有零件形成尖銳棱邊，同時，行李塊要被座椅阻止在后排空間，不能侵入前排乘員空間，則認為滿足要求。在試驗期間，允許座椅靠背及其緊固件變形，條件是試驗靠背和/或頭枕部分的前輪廓不能向前方超出一橫向垂面，此平面經(jīng)過：

(1) 所述座椅的R 點前方150 mm 處的點(對頭枕部分);

(2) 所述座椅的R 點前方100 mm 處的點(對靠背部分)。

2 有限元仿真方法

2.1 有限元模型建立和仿真分析

基于LS-DYNA 顯式有限元軟件，利用HyperMesh 前處理器進行有限元模型建立，搭建座椅骨架模型并進行仿真分析。有限元模型如圖3 所示，加速度曲線和速度曲線如圖4 所示。

2.2 仿真結果分析

根據(jù)結果評價標準要求，分別對座椅骨架和頭枕變形量、座椅結構件、關鍵連接點進行考查，判斷設計的骨架結構是否能夠在碰撞試驗中穩(wěn)定。

(1) 座椅骨架和頭枕變形量判定

骨架變形未超出R 點前100 mm 處臨界線; 頭枕變形未超出R 點前150 mm 處臨界線。如圖5 所示骨架未出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。

(2) 機構零件分析

如圖6 所示，調(diào)角器承受最大扭矩為1 214 N·m，小于調(diào)角器最大扭矩2 000 N·m; 如圖7 所示，高調(diào)機構承受最大扭矩為65 N·m，小于高調(diào)機構最大扭矩200 N·m。

(3) 緊固螺栓所受拉力和剪切力分析

考察靠背和坐盆連接的4 個螺栓，分析其所受拉力和剪切力。圖8 所示為4 個鎖止螺栓的位置和編號，所受拉力和剪切力分別如圖9 所示。

(4) 高調(diào)連桿與滑軌連接鉚釘受力仿真分析

考察連桿和滑軌連接鉚釘?shù)氖芰?，連接鉚釘位置見圖10，分析鉚釘在碰撞中是否失效。鉚釘?shù)膹姸葲Q定了骨架在碰撞中能否保持功能有效。

連接鉚釘受力見圖11?？梢钥吹剑?骨架和頭枕變形合理，重物塊沒有沖進前排乘員艙內(nèi); 關鍵機構件受力在允許范圍內(nèi); 關鍵連接螺栓和鉚釘受力在允許范圍內(nèi); 骨架設計符合技術要求。

3 產(chǎn)品驗證實驗分析

雖然上述有限元分析結果看起來比較理想，但是為了驗證產(chǎn)品的實際性能表現(xiàn)和生產(chǎn)線的制造工藝穩(wěn)定性，必須把座椅固定在白車身或者實驗夾具上進行實際的碰撞試驗，來確定所制造的座椅產(chǎn)品完全滿足客戶的技術要求。當然，同時，也可對有限元分析的結果進行對比驗證。根據(jù)第1.1 節(jié)的實驗設置，進行此行李箱的碰撞試驗。實驗前的設置如圖12、圖13所示，實驗所用加速度和速度曲線分別如圖14、圖15 所示。

實驗后的結果如圖16—19 所示。

實驗結論： 產(chǎn)品實驗結果完全滿足技術要求。也進一步驗證了前期計算機仿真分析結果的可靠性和有效性。

4 結論

以某車型的設計開發(fā)為例，介紹了一種國內(nèi)尚不多見的前排座椅行李箱碰撞技術要求，以及為滿足此要求進行設計開發(fā)需要注意的問題點，并且采用計算機仿真分析和產(chǎn)品實驗相結合的開發(fā)方法，驗證了此產(chǎn)品完全能夠滿足技術要求。文中所介紹的前排座椅行李箱碰撞技術要求和開發(fā)方法對其他相關項目開發(fā)有一定的參考意義。

【1】ECE Reg.17-Rev.4-Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to the seats，their anchorages and any head restraints.

【2】廣汽菲亞特座椅安全試驗技術標準-SSTS［M］.