一種汽車后排座椅安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

陸毅初李朋飛魏嘉豐梁永劍

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007；2. 廣西壯族自治區(qū)機(jī)關(guān)汽車投資管理公司，廣西 南寧 53000）

一種汽車后排座椅安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

陸毅初1李朋飛1魏嘉豐1梁永劍2

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007；2. 廣西壯族自治區(qū)機(jī)關(guān)汽車投資管理公司，廣西 南寧 53000）

文章通過對(duì)某商用車后排座椅前腳安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)在整車耐久性試驗(yàn)中出現(xiàn)的焊點(diǎn)開裂進(jìn)行原因分析，并對(duì)座椅安裝點(diǎn)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高安裝點(diǎn)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，新結(jié)構(gòu)經(jīng)耐久性路試驗(yàn)證可行，有效保證了座椅安裝的可靠性。

加強(qiáng)板；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；強(qiáng)度；耐久性試驗(yàn)

1 引言

汽車安全座椅是汽車普遍采用的安全裝備，是一種有效的乘員保護(hù)裝置。為使座椅在汽車上能充分發(fā)揮作用，除本身的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度外，它在車身上的安裝強(qiáng)度(車身座椅固定點(diǎn)強(qiáng)度)也至關(guān)重要。本文針對(duì)某商用車后排座椅前腳安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)在整車耐久性試驗(yàn)中出現(xiàn)的焊點(diǎn)開裂問題，采用CAE輔助分析手段，對(duì)其固定點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)成功的解決耐久性路試過程中出現(xiàn)的焊點(diǎn)開裂問題。通過這一實(shí)例，總結(jié)了座椅安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，為今后盡一步優(yōu)化車身強(qiáng)度和功能的設(shè)計(jì)提供一些借鑒和參考。

2 背景

圖1 后排座椅安裝結(jié)構(gòu)示意圖

整車耐久性試驗(yàn)路試開裂問題。某商用車在常規(guī)路試的整車耐久性試驗(yàn)中，左右后排座椅前腳安裝點(diǎn)處安裝板與后地板橫梁二焊點(diǎn)開裂，裂紋約20mm（如圖2）。

某商用車后排座椅前腳安裝點(diǎn)位于后車架后地板橫梁二上，每個(gè)座椅腳有兩個(gè)安裝點(diǎn)，其，安裝點(diǎn)沿X向布置，一個(gè)安裝點(diǎn)位于橫梁腔體內(nèi)，另一安裝點(diǎn)位于橫梁外側(cè)，此兩個(gè)座椅安裝螺母均布于橫梁上的座椅安裝加強(qiáng)板上。座椅前腳安裝板與橫梁通過電阻點(diǎn)焊連接，后排座椅通過螺栓安裝在此加強(qiáng)板上（如圖1）。

圖2 后排座椅前腳安裝點(diǎn)處安裝板開裂位置示意圖

3 原因分析

3.1 結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

經(jīng) CAE模擬分析得知：橫梁焊點(diǎn)開裂處最大應(yīng)力值為91.4MPa，接近材料的安全使用范圍（橫梁材料為DC03，其理論屈服值為 120～240MPa，其安全使用范圍為≤120*80%=96MPa），安全裕度較小，（如圖3），在路試中導(dǎo)致耐久疲勞開裂。

圖3 后排座椅前腳安裝點(diǎn)處結(jié)構(gòu)受力分析

3.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

經(jīng)過調(diào)查分析，座椅的載荷通過安裝螺栓傳遞給加強(qiáng)板和橫梁，而加強(qiáng)板一端懸空于橫梁上，座椅安裝點(diǎn)距橫梁翻邊41mm，力臂較長(zhǎng)，而且在Z向上沒有有效的結(jié)構(gòu)支撐（如圖4），故此處在承受拉壓力和壓應(yīng)力的同時(shí)，還承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，為應(yīng)力疊加區(qū)域，導(dǎo)致應(yīng)力集中。

圖4 后排座椅前腳安裝板和橫梁結(jié)構(gòu)示意圖

從CAE的分析結(jié)果筆者也可以得到有效的驗(yàn)證，故需對(duì)此處結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以解決此路試開裂故障。

4 方案的制定與確認(rèn)

4.1 方案的制定

根據(jù)以上分析，只要在懸空安裝點(diǎn)處增加Z向的結(jié)構(gòu)支撐或提高此處結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，加強(qiáng)此處結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和抗扭強(qiáng)度，即可降低加強(qiáng)板和橫梁焊點(diǎn)的應(yīng)力。經(jīng)分析制定如下方案：

方案一：在原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在后排座椅前腳安裝點(diǎn)處分別增加帶翻邊及加強(qiáng)筋特征的“L”型加強(qiáng)板（如圖5），加強(qiáng)板與橫梁側(cè)面通過焊點(diǎn)連接，以加強(qiáng)此處結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；

圖5 方案一

方案二：此處零件結(jié)構(gòu)不變，增加零件材料厚度及提高材料牌號(hào)，加強(qiáng)零件的強(qiáng)度（如圖6）；

圖6 方案二

方案三：對(duì)后排座椅前腳安裝板進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，增加零件與橫梁內(nèi)側(cè)的搭接翻邊，以提高零件結(jié)構(gòu)的Z向強(qiáng)度（如圖7）；

圖7 方案三

4.2 方案的確認(rèn)

通過運(yùn)用有限元虛擬分析軟件（CAE分析）對(duì)方案進(jìn)行分析，其在最惡劣的工況（過坑工況）結(jié)果如下圖8所示：

圖8 CAE分析結(jié)果

從CAE的模擬分析發(fā)現(xiàn)：

方案一橫梁焊點(diǎn)應(yīng)力降低約48%，由91Mpa降為47Mpa，改善效果明顯。而加強(qiáng)板最大應(yīng)力為162Mpa, 小于材料的安全使用范圍（橫梁材料為 DC03，其理論屈服值≤215MPa，其安全使用范圍為≤215*80%=172MPa）；

方案二為對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，僅增加材料厚度，橫梁應(yīng)力下降約19%，由91Mpa降為73Mpa，改善效果不明顯；

方案三橫梁上的應(yīng)力幾乎沒有改善，由91Mpa降為85Mpa，此結(jié)構(gòu)對(duì)分散座椅安裝點(diǎn)處傳遞的應(yīng)力作用甚微。

5 方案驗(yàn)證和實(shí)施

結(jié)合結(jié)構(gòu)的分析及CAE分析結(jié)果，方案最終選擇方案一：在后排座椅前腳安裝點(diǎn)處分別增加帶翻邊及加強(qiáng)筋特征的“L”型加強(qiáng)板，加強(qiáng)板與橫梁側(cè)面通過焊點(diǎn)連接。經(jīng)過優(yōu)化后橫梁此處的最大應(yīng)力下降為47 Mpa。此方案經(jīng)整車耐久性路試驗(yàn)證，原開裂處沒有發(fā)生開裂問題，說明此結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求，改進(jìn)措施有效。通過實(shí)施該方案，基本上達(dá)到了如下效果：

（1）提高此處結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和抗扭強(qiáng)度，并能把座椅傳遞過來的載荷應(yīng)力快速分散到橫梁上，避免應(yīng)力集中，提升了座椅安裝結(jié)構(gòu)的可靠性和耐久性；

（2）開裂處應(yīng)力降低了約48%，解決后排座椅前腳安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)在路試中出現(xiàn)的開裂問題。

6 總結(jié)

在車身結(jié)構(gòu)開發(fā)設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮零件受力情況、材料強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)的合理性等因數(shù)，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)的邊界條件及所承擔(dān)的功能對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，并利用CAE等模擬軟件對(duì)其進(jìn)行分析，同時(shí)通過整車可靠性路試進(jìn)行驗(yàn)證，不斷對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改善，最終達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果。

[1] 黃天澤,黃金陵.汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1997.

[2] 張小虞.汽車工程手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,200l.

An optimization design about the structure of rear seat-fixed point

By analyzing the cause of welding spot cracking on commercial vehicle rear seat front foot installing structure that happened in the vehicle durability test and optimizing the structure of seat-fixed point, we invent.new structure to improve the strength of seat-fixed point, which is proved capable in road test and ensure the reliability of seat installation.

Stiffening plate; structure optimization; strength; vehicle durability test

U463.83+6..

A....

1008-1151(2015)08-0050-03

2015-07-15

陸毅初（1985－），男（壯族），廣西南寧人，上汽通用五菱汽車股份有限公司工程師，從事車體工程車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與開發(fā)；李朋飛（1992－），男，湖南岳陽人，供職于上汽通用五菱汽車股份有限公司，從事車體工程車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與開發(fā)；魏嘉豐（1981－），男，福建三明人，上汽通用五菱汽車股份有限公司工程師，從事車體工程車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與開發(fā)；梁永劍(1973－)，男，廣西貴港人， 供職于廣西壯族自治區(qū)機(jī)關(guān)汽車投資管理公司，從事汽車銷售策劃營(yíng)銷。