整體式座椅對行李箱沖擊影響的研究

徐凱，肖光，陳飛

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

整體式座椅對行李箱沖擊影響的研究

徐凱，肖光，陳飛

（奇瑞汽車股份有限公司，安徽 蕪湖 241009）

國標GB 15083中“關于防止移動行李對乘員傷害的特殊規定”，有效防止急剎中行李箱內行李向前沖撞而損壞后排座椅，從而影響后排乘員的安全。結合標準要求，借助CAE工具，對某款座椅進行分析，提出了改進方案，試驗證明所提的改進方案是有效的，并提出設計建議。

后排座椅；行李箱沖擊；強度

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.039

CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-119-03

引言

為了滿足行李箱空間多元化，后排座椅靠背優先考慮翻轉功能，放倒靠背從而實現乘用艙與行李箱相通。在此設計情況下，后排座椅靠背成為行李箱主要隔離部件。為了避免車輛在碰撞事故及急減速過程中，行李箱內未固定的行李對乘員造成傷害，則對座椅靠背及其固定點的強度有較高要求。因此，中國、歐洲等國家制定了相應的強制性標準。

1、法規

國標GB15083中 “關于防止移動行李對乘員傷害的特殊規定”這一條款，標準要求在距離后排座椅靠背 200mm的位置處放置兩個尺寸為300mm×300mm×300mm，重量為18Kg的試驗樣塊，兩個試驗樣塊與車身縱向中心面的距離為25mm，如下圖所示：

然后將車體牢固的固定在試驗臺架上，并對車體進行減速，減速前，車體的自由速度應該為500+2km/h，其減速波形如下圖所示：

試驗要求同時滿足以下要求:

⑴ 試驗過程中靠背和頭枕的前輪廓不能向前方移出一橫向垂面，此面經過：

1）座椅的R點前方150mm處的點（對頭枕部分）；

2）座椅的R點前方100mm處的點（座椅靠背部分）。

⑵ 試驗結束后，如果座椅及其鎖止裝置仍保持在原位置(可以允許變形)，則認為滿足此要求。

在實際設計及實驗過程中，影響行李箱沖擊試驗的因數很多，如座椅靠背形式及結構，靠背固定點結構，靠背鎖的位置，行李塊與座椅靠背的距離，臺車試驗加載曲線波形等。本文以某款車型為分析對象，借助CAE，優化設計，并提出相關建議。

2、原設計狀態下的行李箱沖擊失效

此款車型的后排座椅采用 1/8/1分塊，承受行李箱沖擊的部分為靠背中間部位（即80%），等同于整體式靠背形式。靠背下部外端采用轉軸卡接側圍轉軸支架，中間采用拉帶緊固，靠背上端外側采用靠背鎖，共計5個固定點，具體固定方式見圖3。

試驗后，座椅結構件已超出法規基準面，并出現靠背兩側轉軸卡連同車身側圍轉軸支架撕裂脫開，后靠背中間織帶斷裂，靠背鎖仍處于鎖止狀態且功能正常，靠背掛鉤鋼絲變形未斷裂。結果其中1個試驗樣塊直接穿過靠背下端往前飛出，試驗失效照片見圖4。

3、借助CAE分析

模型假設：

所用材料屬性選用最小值

所用零件其厚度選用中間值

焊點失效沒有被模擬

運行環境：

LS-DYNA MPP971s NCPU=32。運算模型：見圖6。

模型信息：見表1。

表1 部件材料特性

4、失效分析

此次試驗中，靠背上方部件包括靠背鎖、鎖鉤、鎖鉤安裝板均完好，主要失效為下方固定系統（下方失效導致沖擊能量消耗，無法有效驗證上方部件）。

先分析中間織帶受力情況，單件做拉延試驗驗證：試驗速度：20mm/min，目前縫紉方式下的織帶總成，拉加載到7000N，縫線斷裂，碰撞試驗中存在織帶縫紉斷裂的風險。

兩側轉軸支架受力情況：

轉軸支架本身強度：通過 CAE分析轉軸支架的受力得知，支架應變＜極限應變*50%，無失效風險。

表2 轉軸受力分析

轉軸支架焊點強度：一側的轉軸支架共計7個，前面4個焊點，后面3個焊點。通過CAE分析轉軸支架的焊點得知，其中后面的 3個焊點中，前面的 2個焊點受力很大，大于5KN。通過焊點力分析，此處焊點僅能承受5KN以下，碰撞試驗中存在轉軸支架脫焊的風險。

結合CAE及試驗結果分析，中間織帶縫紉及轉軸支架焊點的風險導致試驗失效，同時考慮盡量減少側圍鈑金的更改，提出以下初步優化方案：

（1）更改織帶縫紉方式，參考安全帶織帶

單獨驗證,用安全帶織帶及安全帶縫線縫制，拉兩頭端片，到10000N，端片撕裂，安全帶織帶無損；

在座椅下橫管上增加U型支架，整改織帶走向，使織帶提前受力，減少轉軸支架受力；

轉軸支架更改形狀，增加焊點，減少焊點7、8、10、11的受力。

根據以上整改方案，重新CAE分析，分析結果有所明顯改善。

表3 更改后的焊點力

5、試驗驗證

實車試驗摸底合格，驗證整改有效。

6、結論

對于整體式座椅靠背而言，由于行李箱對靠背的撞擊所產生的撞擊力由靠背鎖和靠背與車身地板連接件共同分擔，需保證靠背鎖不解鎖，地板緊固點不被剪斷，靠背的位移量基本不容易超標，整體即可滿足法規。

試驗初始，試驗樣塊首先與座椅靠背豎向管梁發生碰撞,豎向管梁向前彎曲. 試驗樣塊繼續向前運動并發生偏轉與下橫管碰撞，下橫管繼續向前移動并變形，座椅下端受力較大，如圖12。同時，織帶、鎖鉤、鎖鉤安裝板、織帶安裝板，側圍上的座椅下固定點的截面力依次減少，如圖12。

綜上所述，在整體靠背設計時，主要可通過以下幾個方面：

（1）靠背下端中間固定點需保證在沖擊的前期起到拉緊作用，同時關注緊固螺栓的強度、織帶縫紉等因數是否滿足要求；

（2）靠背下端外側優先考慮固定在底板上，底板鈑金設計容易實現固定點加強，如通過后橫梁。如果無法布置需在輪罩鈑金，建議輪罩增加內加強板，保證系統強度；

（3）CAE分析時，焊點及織帶斷裂失效很難被模擬，需考慮讀取受力數值，通過理論分析是否存在風險，以免增加試驗費用。

[1] 張科峰,劉剛.乘用車移動行李對后排座椅撞擊試驗的研究[J].機械研究與應用，2011.

[2] GB15083-2006汽車座椅、座椅固定裝置及頭枕強度要求和試驗方法.

Research on the effects of integral seat impact to boot

Xu Kai, Xiao Guang, Chen Fei
( Chery automobile Co., LTD., Anhui Wuhu 241009 )

"Moving luggage on the prevention of harm to the special provisions for the crew," in GB15083, It effectively prevent in the process of the brakes move luggage collision and damage the rear seat ,which affects the rear occupant safety. Combined with standard requirements, with the aid of CAE tools,analyzes some seats, put forward the improvement scheme and test show that the proposed the improvement scheme is effective, and design Suggestions are put forward.

Rear Seat; Luggage compartment Impact; Strength

U463.8

A

1671-7988（2015）09-119-03

徐凱，工程師，就職于奇瑞汽車股有限公司，主要從事汽車座椅開發工作。