某国产汽车座椅骨架轻量化结构设计研究

第2期机电技术汽车座椅骨架的CAE 分析及轻量化设计葛存啸黄键（福州大学机械工程自动化学院，福建福州350108）摘要：汽车座椅骨架是汽车座椅的重要组成部分，对其进行轻量化设计，对于节能和提高车辆的安全性和舒适性都十分重要。

文章对汽车座椅骨架进行了设计并绘制出主要部件的三维模型结构；运用Hypermesh 软件对骨架的CAD 模型进行了前处理，将经过前处理的模型导入Ansys Workbench ，并结合相关国家标准对设计的汽车座椅骨架进行了静强度分析、模态分析；使用不同的方法对不同零件进行轻量化设计，最终在保证座椅静强度以及模态频率需求的前提下使得座椅减重14.9%。

关键词：汽车座椅；CAE ；轻量化中图分类号：U463.83+6文献标识码：A文章编号：1672-4801（2020）02-103-04DOI:10.19508/ki.1672-4801.2020.02.029作者简介：葛存啸（1996—)，男，本科生，从事汽车CAD/CAE 、机械电子学习与研究。

汽车座椅作为整车约束系统的重要组件，能够提升驾驶员操作和驾驶的舒适性，同时可以确保驾驶员的安全。

我国汽车行业的快速发展使得人们对于汽车座椅的要求愈发严格，汽车座椅的设计制造已经涵盖了各种学科、各种领域[1]。

汽车座椅包括骨架、头枕和发泡材料等零部件，作为占汽车座椅总重一半以上且承担了绝大多数座椅功能的座椅骨架是整个汽车座椅系统中最核心的部件。

1汽车座椅骨架设计汽车座椅骨架尺寸参照现行国家标准GB11550—2009、GB15083—2006进行设计，汽车座椅靠背骨架的结构主要有管框结构、冲压钣金结构和管框钣金复合结构。

冲压钣金结构能够在保证强度的情况下，减少重量，降低成本。

管框结构骨架强度相比于冲压钣金结构低一些，且不易实现复杂功能；但由于其结构和制造工艺均比较简单，冲压模具投入少、成本低。

管框钣金复合结构与管框结构和冲压钣金结构相比较兼具强度高和成本低的特点，且能够在相对简单的制造工艺下实现比较复杂的功能，故本次设计采用管框钣金复合结构。

某轿车复合材料座椅骨架轻量化研究宋增峰，赵晓昱（上海工程技术大学汽车工程学院，上海201620）来稿日期：2019-12-30基金项目：上海工程技术大学研究生创新项目（E3-0903-17-01096）作者简介：宋增峰，（1993-），男，山东临沂人，硕士研究生，主要研究方向：汽车轻量化设计；赵晓昱，（1968-），女，福建人，博士研究生，副教授，主要研究方向：汽车轻量化设计及碰撞安全性研究1引言汽车轻量化技术对降低燃油消耗、提升新能源汽车续航里程起到巨大作用。

资料表明，每减少10%的汽车自重，可减少5%的油耗，甚至可减少到20%的燃油消耗[1]。

当前，采用轻质材料替换金属材料已经成为轻量化的主流设计方法，在众多轻质材料中，碳纤维增强复合材料（CFRP ）[2]由于具有高比强度、高比模量的特点，加上其优良的可设计性，在轻量化领域应用越来越多。

而现代轿车的座椅是由坐垫、靠背、靠枕、骨架、悬挂和调节机构等组成[3]，其骨架部分一般都是由金属材料制成，重量大且舒适性较低。

所以，利用复合材料代替传统金属材料，减轻座椅的重量并提高其舒适性就显得意义重大。

最近几年，企业推出了碳纤维与工程塑料混合设计的轻量化汽车座椅靠背“CAMISMA ”，此靠背骨架不仅可使座椅保持与以往座椅相同的强度，同时还可以减轻约40%重量；国内学者研究了碳纤维材料替换汽车后排金属座椅骨架的方案，根据碳纤维层合板铺层设计原则，建立了碳纤维（CFRP ）座椅骨架模型，利用有限元软件模拟行李箱碰撞，与原金属座椅骨架试验数据进行对比，从最后结果对比中可以看出，CFRP 材料的座椅骨架强度高于金属座椅，而且其质量减轻了约40%[4]；采用长纤维复合材料（LFT ）替换金属，采用拓扑优化方法分析座椅骨架的重点设计区域和传力路径，得到了长纤维复合材料的座椅骨架新结构[5]；国外学者研究考虑了由形状记忆复合面板形成的复合夹芯板结构和由形状记忆树脂产生的刚性泡沫芯设计形状记忆复合跑车式座椅的方案，测量和讨论所需的力和总变形量[6]；开发了由X 型钢框架加固的聚合物基复合材料（PMC ）制成的汽车座椅框架结构，以低成本降低重量，使用有限元分析（FEA ）设计分析框架结构，并与冲击试验进行比较，以验证制造后的结构安全性[7]。

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。

基于变形镁合金的座椅靠背骨架轻量化设计在现代工程领域中，轻量化的设计已成为一种趋势，因为它可以减少材料的使用量、降低成本、提高产品性能和减少对环境的影响。

因此，对于汽车、航空、航天等领域的制造商来说，轻量化的设计已成为一项必须的技术。

在这样的背景下，变形镁合金的座椅靠背骨架轻量化设计值得关注。

变形镁合金是一种新型的结构材料，具有优异的力学性能、较高的比强度和比刚度、重量轻等特点。

因此，通过应用变形镁合金的座椅靠背骨架轻量化设计，可以显著地减少汽车的整车重量，提高燃油效率和减少环境污染。

在设计轻量化座椅靠背骨架时，需要考虑材料的力学性能、成本效益和可制造性。

变形镁合金具有优异的力学性能，可以满足这方面的要求。

此外，由于变形镁合金具有良好的可加工性和可成形性，因此可以通过一些成本有效的制造工艺来实现轻量化的设计。

首先，可以通过使用变形镁合金材料来替换传统的钢材或铝合金材料。

这将导致座椅靠背骨架的重量降低20%以上，同时还可以提高座椅靠背的强度和刚度。

其次，可以采用模块化设计的方法，使用少量的材料来实现座椅靠背骨架的轻量化。

这种方法可以有效地减少材料的浪费，提高了座椅靠背骨架的效率。

最后，可以采用多重结构的设计方法来实现轻量化。

通过在座椅靠背骨架中添加网状结构或蜂窝结构等多个结构层，可以在不影响座椅靠背强度的前提下，实现轻量化的设计。

需要注意的是，轻量化设计在实践中可能会增加成本。

因此，在进行轻量化设计时，需要综合考虑成本和效益。

同时，需要在材料的选择和产品设计中充分考虑材料的可持续性和环保性。

在总的来说，变形镁合金的座椅靠背骨架轻量化设计是一种有效的技术手段。

通过引入这种材料，可以提高产品性能，降低成本并减少对环境的影响。

然而，需要基于成本效益和可持续性等因素来进行设计，确保设计的可行性和实用性。

值得一提的是，变形镁合金材料虽然具有优异的力学性能和重量轻等优点，但在应用于座椅靠背骨架轻量化设计中，也存在一些挑战。

汽车座椅骨架轻量化及被动安全研究汽车安全性一直是汽车制造商在推广自身品牌时所关注的重要问题。

同时，汽车消费者越来越关注汽车的安全性能，特别是对于座椅的要求会更加严格，这是因为座椅是汽车内部安全保护系统的重要组件之一。

因此，汽车制造商从座椅轻量化和被动安全等方面展开了深入的研究。

首先，轻量化是座椅研究的首要目标之一。

目前，许多汽车制造商正在研究如何减少座椅的总重量，以获取更好的燃油效率和更佳的车辆性能。

传统的汽车座椅骨架多采用钢材而构成，然而，如今越来越多的制造商转向使用高强度材料或碳纤维材料取代传统的钢材。

在这方面，碳纤维是最受欢迎的材料之一。

这种材料具有优异的比强度和比刚度，因此很受轻量化的需求所驱动。

碳纤维强度高，抗疲劳、抗高温、抗腐蚀等特性优越，这使得它成为了一种理想的材料。

另外，用碳纤维替代钢材制成的汽车座椅，相比之下重量更轻，且占用空间更少，这对于制造商和消费者来说都是一个好消息。

除了轻量化，被动安全性也是座椅研究的另一个重点。

经过无数次的碰撞测试和安全研究，设计者们已经得出了许多关于座椅被动安全性的结论。

比如，当车辆遭受撞击时，座椅骨架的强度和空间能否有效防止乘客意外碰撞。

此外，座椅的内部缓冲材料，如泡沫、弹簧等的质量和设计也会影响到乘客的安全性。

因此，为提升座椅的被动安全性能，许多制造商注重研发气囊座椅。

虽然类似的座椅研究需要技术和投资，但对于那些注重安全性能的消费者来说，这已经成为了他们选择汽车的最终决定因素。

总结而言，汽车座椅的轻量化和被动安全性研究，是汽车制造商在设计汽车时的必选项。

座椅是汽车内的一个重要部件，如何在确保车辆性能和燃油效率的前提下，提高座椅的安全性能和舒适性，一直是汽车制造商所追求的。

未来，随着新材料的广泛应用和技术的不断革新，汽车座椅的研究和设计将会成为一个越来越重要的领域。

科学与财富形图讲解，需要验证时将编好PLC程序下载到PLC中并运行，再调出MCGS组态程序进行监控。

通过用仿真的方式代替实物,把计算机作为“被控对象”,用PLC对其进行控制,组态案例将接受PLC发出的控制信号,并按照PLC的算法以动画、数值、文字、标尺等形式在计算机屏幕上反映出PLC的控制过程及结果，即在计算机屏幕上以仿真动画的形式直观地看到程序的执行结果,并达到与实物相当的教学效果,同时要求PLC指导教师有一定的动手能力,现场发现、解决软硬件故障的应变能力。

通过与PLC主机进行联机,对PLC系统状态的监控、现场模拟，实现PLC课程理论联系实际的教学理念。

最后PLC强化训练PLC实训是培养学生PLC设计能力的主阵地。

对一些复杂的案例,让学生在PLC实训室通过老师指导自己用电脑进行程序验证、组态仿真,培养学生的PLC理解思维能力,并针对每个课题进行考核,使PLC理论与实训有机结合,使学生逐步掌握专业和技巧。

将实训安排在理论课后面进行,有利于学生对知识的理解、掌握，采用理论、实训一体化的教学方法,加强实训教学,强化技能培养,以提高学生PLC的理解和分析应用能力。

MCGS组态辅助PLC课程的教学与实训,充分利用了信息化技术,实现了计算机模拟仿真具体的被控对象,软件代替硬件,实现控制对象的可视化。

通过MCGS的组态功能实现PLC系统的仿真,MCGS组态不仅能够有效完成PLC控制任务,实现控制目的与要求，而且人机界面良好，便于操作,能够节约大量的实训经费,缩短实训时间,提高实训的安全性和效率,具有较高的模拟仿真性能,增强学生的实训参与意识,锻炼学生的编程能力和实践动手能力,对可编程控制器的学习更深入,达到了实训的目的,提高了教学质量,为学生今后就业奠定了良好的实践基础。

ʏ前言：在汽车当中，汽车座椅是必不可少的重要部件之一，能够为驾驶员提供稳定的支撑和良好的视野，从而安全的驾驶和操作汽车。

好的汽车座椅不但能够降低驾驶员和乘客的疲劳程度，同时一旦发生以外交通事故，汽车座椅还具有一定的安全保护作用。

汽车座椅钢骨架轻量化及被动安全研究
漆志川
【期刊名称】《赢未来》
【年(卷),期】2016(0)9
【摘要】由于汽车应用逐步普及,人们就特别关注汽车安全性能和汽车的耗能问题。

有研究显示汽车轻量化对汽车耗能有很大的改善。

很多汽车生产厂家着重研究汽车安全性能与汽车轻量化的项目。

由于汽车座椅是汽车最基本组成部件,不但满足乘
客能够坐着非常舒服,而且在的汽车发生交通意外时后,能够保证乘员生命安全。

座
椅的安全性和轻量化是我们现在汽车座椅设计与研究的做到项目。

我们必须在汽车座椅钢骨架的轻量化设计和被动安全性方面重点研究。

【总页数】2页(P200+202-200+202)
【作者】漆志川
【作者单位】一汽-大众汽车有限公司佛山分公司
【正文语种】中文
【中图分类】U463.836
【相关文献】
1.汽车座椅骨架轻量化及被动安全研究 [J], 赵灿
2.汽车座椅安全带与被动安全性 [J], 徐中明;谢勇
3.某国产汽车座椅骨架轻量化结构设计研究 [J], 史红燕;宋佰弘;李淑颖
4.汽车座椅横梁轻量化设计方法研究 [J], 白久凯;王小东
5.多种代理模型在汽车座椅轻量化设计中的应用研究 [J], 龙江启;胡俊
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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。