某轿车后排座椅骨架CAE分析与轻量化设计说明

某轿车后排座椅骨架CAE分析及轻量化设计随着现代科技的快速发展，汽车作为一个重要的交通工具，不断地在各个方面得到了升级和完善。

其中，座椅骨架作为一项关键的结构部件，其性能和质量直接关系到乘坐者的安全和舒适性。

本文将针对某轿车的后排座椅骨架进行CAE分析和轻量化设计。

首先，进行了有限元分析（FEA），对后排座椅骨架进行了模拟载荷和应力分析，发现主要受力部位为座椅横梁、底横杆和支撑柱。

经过计算和优化，设计出了一种新的轻量化骨架结构——采用高强度铝合金材料，配合特殊的构造，将骨架重量成功减少30%以上。

针对新的骨架结构，进行了数值模拟，发现其强度和刚度性能均达到了设计目标。

同时，在这种轻量化设计的结构下，座椅的舒适性和稳定性也得到了提升。

在性能方面，新的座椅骨架在刚度、耐久性和抗振性方面均有了明显的提升，同时，采用铝合金材料和特殊的结构，也有助于座椅整体重量的降低，使得车辆的油耗和环保性能更加优秀。

此外，新的座椅骨架还具有其他优点，例如加工成本低、易于维修和更换、可适应多种型号的轿车等等。

同时，为了平衡结构的轻量化和强度性能之间的关系，在设计过程中还采用了多项优化手段，例如推动点优化、材料选择和结构优化等，将座椅骨架的质量和强度性能进行了最优的组合。

综上所述，对某轿车的后排座椅骨架进行了CAE分析和轻量化设计。

新的结构采用高强度铝合金材料，经过数值模拟优化，将骨架重量减少了30%以上，同时其强度、舒适性和可靠性能均得到了提升。

通过优化设计和多种优化手段的应用，使得结构的轻量化和强度性能之间达到了最佳的平衡，为轿车的性能和质量带来了进一步的提升。

随着汽车市场的竞争加剧，轿车厂商越来越注重轿车的舒适性、安全性和环保性能，因此轻量化设计成为汽车设计的重要方向之一。

在这个背景下，轿车座椅骨架的轻量化设计也越来越受到关注。

在本篇文章中，我们将介绍座椅骨架的轻量化设计和其对轿车整体性能的影响。

座椅骨架是座椅的支撑结构，通常由金属材料制成。

第一作者：严莉，女，1980年生，工程师，现从事车辆有限元分析仿真工作。

3 计算结果分析
3.1 移动后移量的确定
相对R点产生向后373 Nm力矩的初始作用力作用在假背上
图3 移动后移量计算结果
图4 座椅骨架应力图5 座框弯管局部应力
图2 座椅有限元模型
4 优化设计
座椅弯管以及头枕弯管强度不够，有可能是其自身强度不. All Rights Reserved.
图6 座椅静力有限元模型
通过观察座椅骨架应力分布，发现在头枕弯管、座框大弯
管、靠背边板以及调角器上板处的应力较大，故将它们的厚度作
图8 优化后座椅骨架应力
5 结束语
图7 各变量对优化目标影响程度
从图7可以看出，头枕弯管（图中绿色线条）、座框大弯管。

2011年（第33卷）第9期汽车工程Automotive Engineering2011（Vol．33）No．92011157汽车正撞时后排座椅安全性的CAE 分析与改进设计**长春市科技支撑计划项目（08KZ13）和国家自然科学基金（51075180）资助。

原稿收到日期为2010年10月14日，修改稿收到日期为2011年3月11日。

张君媛1，黄炫1，田迪斯1，王洪斌2（1.吉林大学，汽车动态模拟国家重点试验室，长春130022； 2.长春旭阳富维江森汽车座椅骨架有限责任公司，长春130033）［摘要］构建了带假人和安全带等约束系统的汽车后排座椅骨架的多刚体和有限元耦合计算模型，根据欧洲座椅法规ECER17的规定，模拟正面碰撞后排座椅安全性台车试验，对座椅骨架冲击强度和假人动态响应等进行了CAE 分析。

根据分析结果提出改进方案，并进行相应的仿真和试验验证。

关键词：汽车；正面碰撞；后排座椅；CAE 分析CAE Analysis and Design Modification for Rear SeatSafety During Vehicle Frontal CrashZhang Junyuan 1，Huang Xuan 1，Tian Disi 1＆Wang Hongbin 21.Jilin University ，State Key Laboratory of Automobile Dynamic Simulation ，Changchun 130022；2.Changchun Xuyang Faway Johnson Automotive Seat Frame Co．，Ltd．，Changchun 130033［Abstract ］A multi-body /FE coupling model for the rear seat frame of a vehicle with a constraint system including dummy and seatbelt is constructed．For simulating the sled test for rear seat safety in frontal crash based on the provisions of European vehicle seat regulation ECE R17，a CAE analysis on the impact strength of seat frame and the dynamic response of dummy is conducted．According to the results of analysis ，design modification schemes are proposed ，simulated and verified by tests．Keywords ：vehicle ；frontal crash ；rear seat ；CAE analysis前言在汽车碰撞中汽车座椅起着保持乘员生存空间，使其它约束装置实现保护效能的作用。

目次热电技术在汽车上的应用综述（摘要链接） (2)xPC 目标环境下CAN卡驱动模块的开发（摘要链接） (3)基于CFD的液压阻尼器低速特性仿真分析（摘要链接） (4)重型载货汽车不分离离合器AMT技术（摘要链接） (5)某轿车后排座椅骨架CAE分析及轻量化设计（摘要链接） (6)汽车发动机点火系统电磁兼容优化技术研究（摘要链接） (7)轿车发动机舱关键零部件的布置研究（摘要链接） (8)发动机曲柄连杆机构活塞销卡滞现象机理分析（摘要链接） (9)基于焊缝疲劳寿命预测的某轿车后桥改进设计（摘要链接） (10)双十字轴式万向联轴器中间轴相位角的优化设计（摘要链接） (11)车门结构优化设计的灵敏度分析研究（摘要链接） (12)离合器膜片弹簧几何尺寸离散性研究（摘要链接） (13)燃料含硫量对柴油机颗粒物排放的影响研究（摘要链接） (14)电控喷射单一燃料CNG轿车发动机的性能试验（摘要链接） (15)基于UG的车身点云数据快速对齐方法（摘要链接） (16)基于数字化工厂的白车身焊装前期规划（摘要链接） (17)热电技术在汽车上的应用综述靳鹏1,2 彭辉1郭孔辉2(1.美国密歇根大学；2.吉林大学汽车动态模拟国家重点实验室)【摘要】热电技术利用热电材料可以直接将热能转化为电能进行发电，同时也可以将电能转化为热能进行加热或者制冷, 是一种全固态能量转换方式, 无需化学反应或流体介质。

介绍了热电技术的基本原理，论述了热电装置在汽车尾气余热回收、减少汽车尾气中有害气体排放、新型汽车空调系统等方面的应用情况。

简述了热电技术在我国的发展情况。

主题词：热电技术汽车应用Introduction of Applications of Thermoelectric Technologyin AutomobileJin Peng1, 2Peng Hui1Guo Konghui2（1.University of Michigan; 2. State Key Laboratory of Automobile Dynamic Simulation, JilinUniversity)【Abstract】Thermoelectric technology, which uses thermoelectric materials to convert thermal energy directly into electricity for power generation, also converts electricity into thermal energy for heating or refrigeration, is an all-solid energy conversion mode, it needs no chemical reaction or fluid medium. The basic principle of thermoelectric technology is introduced in the paper, and application of thermoelectric device in auto tail-gas residual heat recovery, reduction of harmful gas emission in tail gas as well as in new auto air conditioning system, are also discussed. The development of thermoelectric technology in China is introduced briefly in the paper.Key words: Thermoelectric technology; Automobile; ApplicationX PC目标环境下CAN卡驱动模块的开发李建华宋传学靳立强曾小华（吉林大学）【摘要】使用xPC目标可以将一台PC兼容机制转变为一个实时系统，基于CAN总线技术的硬件在环测试平台建立ESP系统可使其开发比传统方法更加方便、快捷。

汽车座椅轻量化结构设计与优化摘要：随着汽车总保有量的不断增加，汽车与能源、环保之间的矛盾己成为制约汽车产业可持续发展的突出问题。

面对低碳时代的到来和节能减排的巨大压力，汽车轻量化是解决这一问题最有效、最现实的途径之一。

从而推动了新材料新工艺在汽车工业中的应用和发展。

其中，尤为引人注目的是铝合金在汽车轻量化中的应用和发展。

本文从座椅骨架材质轻量化、结构优化设计及成形工艺分析等方面入手对汽车座椅进行了轻量化设计研究。

关键词：汽车座椅；轻型化；结构设计；铝合金；低压铸造随着汽车总保有量和新增量的不断增加，汽车耗油量及汽车二氧化碳、有害气体及颗粒的排放量也在快速增加。

在能源日益紧缺，环境同益恶化的今天，这种矛盾己成为制约汽车产业可持续发展的突出问题。

面对能源危机和低碳环保的巨大压力，解决这一矛盾最有效、最现实的方法之一，也是当今世界汽车工业发展的潮流，就是实现汽车的轻量化。

1.汽车轻量化概念汽车轻量化（Lightweight of Automobile）就是必须在保证汽车使用性能，如强度、刚度和安全性的前提下，降低汽车的重量，从而提高汽车的动力性能，燃油经济性，并且降低废气污染。

汽车轻量化并不只是简单地降低汽车重量，还包含了许多新理论、新材料、新工艺。

根据美国铝协会研究，若汽车整车重量降低10%，其燃油效率可提高6%～8%；汽车整车重量每减少100kg，其百公里油耗可降低O.3～0.6L，二氧化碳排放量可减少约59/km。

总的来说，实现汽车轻量化主要有2种途径：一是利用有限元方法，拓扑优化方法改进汽车整车结构及零部件结构，实现结构件材料分布最优化；二是利用各种轻量化材料，包括高强度钢板材料和轻质材料。

结构轻量化设计就是利用有限元法和现代优化设计方法进行结构分析和结构优化，以减轻汽车车身、各零部件如发动机、承载件件和内饰件的重量。

结构优化设计即在保证产品达到某些性能目标（如强度、刚度）并满足一定约束条件的前提下，改变某些设计变量，使结构的重量最轻，这不但节省了材料，也便于运输和安装。

基于CAE的后纵梁加强板轻量化研究随着汽车行业的快速发展，车辆的性能需求越来越高，包括高强度、高刚度、轻量化等方面。

在车身结构中，后纵梁是承担着车辆后部负荷的主力结构，所以保证其强度和刚度是必须的。

然而，为了达到这些要求，加入更多的材料通常被选择，但这种做法不只增加了成本，更加增加了车辆的重量，影响了车辆的燃油经济性。

因此，在轻量化方面进行研究具有重要的意义。

加强板在车身结构的轻量化研究中被广泛应用。

在后纵梁上加入加强板，不仅可以增加其刚度和强度，还可以有效减少后纵梁的重量。

然而，加强板加工的形状和生产的材料应该符合汽车的高品质标准。

因此，采用优异材料和进阶的制造工艺是至关重要的。

计算机辅助工程（CAE）是一种能够在不同的物理环境中进行数值计算和分析来确定车身强度和刚度的技术，因此可以用于后纵梁加强板的轻量化设计。

CAE可以通过建立三维模型来帮助设计师优化设计，在计算中可以考虑加强板和后纵梁相互作用以及材料的力学性能和力学变形特性。

CAE可以帮助设计师实现最好的设计，同时还可以减少测试和原型车的制造成本。

在进行后纵梁加强板轻量化研究时，应该考虑以下几个方面：首先，选择适当的加强板形状和材料。

在老一代车辆中，常常使用钢板作为加强板，但由于钢材重量较大，难以实现轻量化目标。

近年来，复合材料作为加强板的研究得到了广泛关注，因为它具有良好的强度和刚度，而且很容易在加强板上达到权衡强度和刚度的目的。

使用复合材料作为加强板还可以减轻后纵梁的总重量，从而提高车辆的燃油经济性。

其次，应该考虑不同的加强板制造工艺。

采用不同的加强板制造方法可以大大影响加强板的强度和刚度特性。

最常见的加强板制造工艺是层压成形工艺，它可以实现复合材料的理想成形方式。

针对特定的设计需求，优化制造过程可以帮助增加加强板的刚性和强度特性。

最后，应该考虑CAE模拟的准确性。

正确计算后纵梁加强板的刚度和强度需要准确的材料数据和精确的载荷和边界条件。

技术与检测Һ㊀汽车的座椅骨架ＣＡＥ整体分析及轻量化设计樊磊磊摘㊀要：近年来，虽然我国不断扩建和新增汽车座椅制造厂，汽车座椅制造效率也得到了显著提升，但是主要集中在北部城市地区㊂我国南方大部分的工厂和乡镇的汽车座椅改进没有得到及时有效的优化㊂因此，我们应当注重工厂的汽车座椅骨架设计情况，引入改进的轻量化设计设施，着重加强汽车座椅制造工作㊂文章通过阐述汽车座椅的相关理论，分析汽车座椅ＣＡＥ整体分析在今后的展望，并提出切实可行的建议，以供读者参考㊂关键词：汽车座椅骨架；ＣＡＥ整体分析；轻量化设计；汽车制造一㊁引言从国内整体的角度而言，汽车座椅的骨架ＣＡＥ分析技术的改进设计处理打破了多个条条框框的约束，对汽车座椅制造而言也更有指导意义㊂汽车座椅制造的核心也就在于汽车座椅制造需要依据明确的指标与标准进行产品㊁服务以及工作流程的必要改善，通过实现既定的标准来提升汽车座椅制造的核心竞争力㊂二㊁汽车座椅ＣＡＥ整体分析的相关理论（一）汽车座椅骨架ＣＡＥ分析的含义汽车座椅改进设计设备的主体工艺采用的是 计算机模拟＋数据分析 汽车座椅制造，这种汽车座椅制造设施有着很高的生产效率，并且依托智能数据分析平台，建立了自动控制和检测区域汽车座椅改进含量的系统㊂汽车座椅改进设计代表着工厂的汽车座椅骨架设计可以实现在设备正常运行时不需要人员的巡视和维护，并且一旦出现问题，改进设计系统中的智能操作体系会迅速响应并检修㊂（二）轻量化设计在汽车座椅制造的应用现状随着轻量化设计的多年应用，逐渐建立起了轻量化设计的进口汽车座椅改进档案，其中对于轻量化设计的产品质量㊁品类㊁事故风险等都进行了标记，并且及时地反馈给汽车座椅改进企业的管理层进行处理，随后以更高的轻量化设计效率来获得更多的重视㊂而改进设计模具骨架ＣＡＥ分析技术让传统的汽车座椅工作者们认识到了不断学习和发展的重要性，促使汽车座椅制造内部整体呈现比学习比赶超的氛围㊂而只有追求更高的水平，汽车座椅制造也能够进一步获得可持续发展的优势，保持常胜的状态㊂而除此之外汽车座椅制造可以辅助汽车座椅制造制定更为可信也可及的目标，并通过对比分析来不断发现新的目标，可操作性较强㊂三㊁汽车座椅骨架ＣＡＥ分析技术在今后的应用展望（一）轻量化设计让工厂的汽车座椅骨架设计更科学随着新时期信息化技术的蓬勃发展，多种互联技术的创新发展也应运而生，但是不可否认的是轻量化设计的效率提升也有广阔的工作范围㊁灵活的可操作性及较为复杂的任务特性，轻量化设计的效率提升仍旧是重中之重㊂汽车座椅骨架ＣＡＥ分析对轻量化设计的效率管理建设的管理问题主要体现在两方面：首先员工自身专业素养和岗位职责履行问题不能得到很好的保障；其次主办业务方面的客户在风险防控方面也没有充分的把握和衡量；与此同时，国内的汽车座椅骨架ＣＡＥ分析需要将风险评估纳入整体的管理评价中，通过增强汽车座椅骨架ＣＡＥ分析内部控制的力度，来调节汽车座椅骨架ＣＡＥ分析的工作氛围和环境，并进一步排查各方面的风险和问题，搭建更为合理有效的制度政策，科学合理的进行相关布局㊂（二）轻量化设计需要更严谨的风险调控纵观国内轻量化设计的效率管理的发展，可以明显发现国内的轻量化设计的效率建设在平台建设与组织管理方面存在明显的问题，即缺乏行之有效的沟通协调机制㊂因此汽车座椅骨架ＣＡＥ分析相关人员内部应当建立起切实可行的沟通协调机制与督察体系，相关负责人要承担起对口的汽车座椅骨架ＣＡＥ分析内部管理工作职责，切实的进行汽车座椅骨架ＣＡＥ分析长期的风险调控㊂（三）汽车座椅让生产计划安排更合理轻量化设计应当在汽车座椅制造体系研究之初结合轻量化设计的发展实际，从多方面进行全方位的考虑㊂只有选择了更恰当㊁更适合轻量化设计发展的标杆，才能够在汽车座椅制造中行之有效的执行，并且分析差距和问题所在，实现对过去的超越和对目标的实现，整体提升轻量化设计的发展水平；同时轻量化设计的发展也对效率提升有明显的作用；国内的轻量化设计的效率建设在平台建设与组织管理方面缺乏行之有效的沟通协调机制与对应的执行和督察体系，长期导致汽车座椅骨架ＣＡＥ分析的发展进度缓慢㊂（四）轻量化设计促进资源应急调配机制的建立除此之外，国内轻量化设计的效率管理建设管理的发展核心问题在于汽车座椅骨架ＣＡＥ分析的内部管理意识与资源的应急调配机制㊂因此在工业互联网的发展背景中，国内汽车座椅骨架ＣＡＥ分析可以融合更多方面的元素，开展完善的汽车座椅骨架ＣＡＥ分析人才建设制度，并通过创新人才管理体系来进一步完善资源应急调配机制的建立，同时建立健全国内大数据平台建设管理汽车座椅骨架ＣＡＥ分析的管理体系，增强对管理人员的对应安全技能培训，力争为工作开展进行顺利的资源保障㊂四㊁结语综上所述，建立改进设计的模具骨架ＣＡＥ分析技术设施是刻不容缓的，其意义也是毋庸置疑的㊂因此，应当从多个方面进行全方位的分析轻量化设计的效率问题㊂只有选择了更恰当㊁更适合轻量化设计发展的目标，才能够在汽车座椅制造中行之有效的执行；通过分析差距和问题所在，实现对过去的超越和对目标的实现，合理的安排生产计划，并逐步完善汽车座椅制造中的资源应急调配机制，整体提升轻量化设计的生产效率及发展水平㊂作者简介：樊磊磊，上海臣泰制管有限公司武汉分公司㊂５４１。

长纤维复合材料乘用车后排座椅骨架轻量化设计长纤维复合材料是一种采用长纤维增强的热塑性或热固性基质的复合材料，具有重量轻、强度高、刚度高等优点。

在汽车行业中，长纤维复合材料被广泛应用于车身、座椅等部件，以实现轻量化设计和提高汽车的安全性能和乘坐舒适性。

乘用车后排座椅是车辆内部最为重要的部件之一，对于驾驶者和乘客的乘坐舒适性和安全性能有着至关重要的影响。

因此，乘用车后排座椅在设计过程中需要综合考虑结构强度、乘坐舒适性、重量和成本等因素。

在这些因素中，重量是十分重要的，因为过重的后排座椅会增加车辆的整体重量，导致燃油消耗的增加。

为了实现乘用车后排座椅的轻量化设计，可以采用长纤维复合材料来替代传统的金属骨架。

首先，根据座椅的重量和结构强度要求，选择合适的热塑性或热固性基质材料。

然后，在基质内添加长玻璃纤维增强材料，进一步提高材料的强度和刚度。

通过控制纤维长度和含量，可以调节材料的性能，实现最佳的应力分布和刚柔性的平衡。

在设计座椅骨架结构时，要考虑乘客的身体重量和身体部位所承受的力。

通过结构优化和仿真分析，可以确定骨架的拐点位置、横梁和竖柱的截面形状和尺寸等，尽可能减少材料的消耗和重量。

在制造过程中，可以采用模塑工艺，将热塑性基质和增强材料制成连续的长条，然后进行热压成型，形成骨架的各个零部件。

这种工艺具有生产效率高、成本低、产品质量好等优点。

最终，经过乘坐舒适性和强度试验验证后，该设计方案可以实现减重30%以上，强度和刚度性能优于传统的金属骨架，且可以降低生产成本和能源消耗。

同时，采用长纤维复合材料还可以使后排座椅的外观更加美观，增加车辆的科技感和时尚度。

综上所述，长纤维复合材料乘用车后排座椅骨架轻量化设计具有重要意义。

通过综合考虑材料性能、结构设计和制造工艺等因素，可以实现优良的性能和成本效益，提高乘坐舒适性和安全性能，为汽车工业的可持续发展做出贡献。

除了乘用车后排座椅骨架之外，长纤维复合材料在汽车制造中还有很多应用领域。

某轿车后排座椅骨架CAE 解析及轻量化设计作者：黄炫1前言近来几年来，汽车道路交通事故呈逐年上升趋势，座椅作为减少伤害的安全部件对乘员起到了决定性保护作用。

为适应座椅安全性要求的提高，比方GB15083-2006中关于行李冲击强度的要求，以及企业的靠背刚度试验标准的要求 (相对法规更严格 )。

以致传统方法设计开发的座椅质量和成本增加。

关于汽车座椅系统的安全性，外国学者睁开了好多研究，其中包括碰撞过程中座椅系统对乘员承受能量的分别作用、新式资料和新加工成型技术的应用对座椅性能的影响，以及质量、成本的节约问题；而国内主要研究了座椅骨架的结构强度以及头枕性能等安全性方面的问题。

本文结合某企业轿车后排座椅轻量化设计的本质项目，依照企业关于座椅骨架静刚度行李冲击强度的安全性要求，基于计算机辅助解析手段对座椅骨架提出了优化设计方案。

2座椅靠背的静刚度试验与仿真解析座椅靠背采用分体式结构，即分为40 ％靠背和 60 ％靠背两部分。

图 1 为座椅靠背的几何模型。

图 1 座椅靠背几何模型座椅靠背的静刚度直接影响座椅的使用性能，设计要求当一个人“愉快的坐下”到后排座椅上时，靠背框架不应产生不一样意的永久变形。

依照企业靠背刚度试验标准，在靠背的内部上沿 (分开部分)即图 2 的加载区处，分别沿水平方向向前和向后施加F=800N的载荷，要求施力点在水平方向上的最大变形和永久变形分别不高出20mm和 5mm 。

图 2 靠背刚度试验表示依照试验要求建立了该座椅靠背的有限元解析模型，网格基准尺寸定义为6mm shell单元，共44188 个节点， 42132 个单元， 838 个剐性单元。

依照与试验相同的情况进行静态加载解析。

表 1 给出了仿真计算结果和试验结果的比较，表示了仿真结果在工程意义上拥有的可信度。

3座椅靠背的行李冲击强度仿真解析GB15083-2006《行李位移乘客防范装置的试验方法》中规定采用滑车试验台进行座椅的行李冲击试验。