一種汽車后排座椅安裝點結構的優化

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. 廣西壯族自治區機關汽車投資管理公司，廣西 南寧 53000）

一種汽車后排座椅安裝點結構的優化

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. 廣西壯族自治區機關汽車投資管理公司，廣西 南寧 53000）

文章通過對某商用車后排座椅前腳安裝點結構在整車耐久性試驗中出現的焊點開裂進行原因分析，并對座椅安裝點的結構進行優化，提高安裝點的結構強度，新結構經耐久性路試驗證可行，有效保證了座椅安裝的可靠性。

加強板；結構優化；強度；耐久性試驗

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裝置。為使座椅在汽車上能充分發揮作用，除本身的結構和強度外，它在車身上的安裝強度(車身座椅固定點強度)也至關重要。本文針對某商用車后排座椅前腳安裝點結構在整車耐久性試驗中出現的焊點開裂問題，采用CAE輔助分析手段，對其固定點結構進行優化設計，優化后的結構成功的解決耐久性路試過程中出現的焊點開裂問題。通過這一實例，總結了座椅安裝點結構的設計經驗，為今后盡一步優化車身強度和功能的設計提供一些借鑒和參考。

2 背景

圖1 后排座椅安裝結構示意圖

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

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

圖2 后排座椅前腳安裝點處安裝板開裂位置示意圖

3 原因分析

3.1 結構應力分析

經 CAE模擬分析得知：橫梁焊點開裂處最大應力值為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），在路試中導致耐久疲勞開裂。

圖3 后排座椅前腳安裝點處結構受力分析

3.2 結構特點分析

經過調查分析，座椅的載荷通過安裝螺栓傳遞給加強板和橫梁，而加強板一端懸空于橫梁上，座椅安裝點距橫梁翻邊41mm，力臂較長，而且在Z向上沒有有效的結構支撐（如圖4），故此處在承受拉壓力和壓應力的同時，還承受扭轉應力，為應力疊加區域，導致應力集中。

圖4 后排座椅前腳安裝板和橫梁結構示意圖

從CAE的分析結果筆者也可以得到有效的驗證，故需對此處結構進行優化以解決此路試開裂故障。

4 方案的制定與確認

4.1 方案的制定

根據以上分析，只要在懸空安裝點處增加Z向的結構支撐或提高此處結構強度，加強此處結構的強度、剛度和抗扭強度，即可降低加強板和橫梁焊點的應力。經分析制定如下方案：

方案一：在原結構的基礎上，在后排座椅前腳安裝點處分別增加帶翻邊及加強筋特征的“L”型加強板（如圖5），加強板與橫梁側面通過焊點連接，以加強此處結構強度；

圖5 方案一

方案二：此處零件結構不變，增加零件材料厚度及提高材料牌號，加強零件的強度（如圖6）；

圖6 方案二

方案三：對后排座椅前腳安裝板進行結構優化，增加零件與橫梁內側的搭接翻邊，以提高零件結構的Z向強度（如圖7）；

圖7 方案三

4.2 方案的確認

通過運用有限元虛擬分析軟件（CAE分析）對方案進行分析，其在最惡劣的工況（過坑工況）結果如下圖8所示：

圖8 CAE分析結果

從CAE的模擬分析發現：

方案一橫梁焊點應力降低約48%，由91Mpa降為47Mpa，改善效果明顯。而加強板最大應力為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）；

方案二為對結構進行優化，僅增加材料厚度，橫梁應力下降約19%，由91Mpa降為73Mpa，改善效果不明顯；

方案三橫梁上的應力幾乎沒有改善，由91Mpa降為85Mpa，此結構對分散座椅安裝點處傳遞的應力作用甚微。

5 方案驗證和實施

結合結構的分析及CAE分析結果，方案最終選擇方案一：在后排座椅前腳安裝點處分別增加帶翻邊及加強筋特征的“L”型加強板，加強板與橫梁側面通過焊點連接。經過優化后橫梁此處的最大應力下降為47 Mpa。此方案經整車耐久性路試驗證，原開裂處沒有發生開裂問題，說明此結構滿足設計要求，改進措施有效。通過實施該方案，基本上達到了如下效果：

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

（2）開裂處應力降低了約48%，解決后排座椅前腳安裝點結構在路試中出現的開裂問題。

6 總結

在車身結構開發設計過程中，要充分考慮零件受力情況、材料強度及結構的合理性等因數，根據零件結構的邊界條件及所承擔的功能對其進行設計，并利用CAE等模擬軟件對其進行分析，同時通過整車可靠性路試進行驗證，不斷對其結構進行優化和改善，最終達到優化設計的效果。

[1] 黃天澤,黃金陵.汽車車身結構與設計[M].北京:機械工業出版社, 1997.

[2] 張小虞.汽車工程手冊[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構設計與開發；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構設計與開發；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構設計與開發；梁永劍(1973－)，男，廣西貴港人， 供職于廣西壯族自治區機關汽車投資管理公司，從事汽車銷售策劃營銷。