汽車座椅輕量化研究進展

汽車已成為人們?nèi)粘３鲂兄胁豢苫蛉钡囊徊糠?。不論是以化石燃料為主要動力來源的燃油汽車，還是目前國家大力推動的新能源汽車，如何在能耗相同的情況下，使汽車的駕駛里程長，是目前車輛工程領(lǐng)域內(nèi)的一個熱門的研究課題。
汽車的輕量化就是在保證整車強度和剛度的前提下，通過結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計及輕量化材料的使用，達到減輕整車質(zhì)量的目的。有研究表明，當整車質(zhì)量降低10%，燃油汽車的燃油效率可提高6% ～ 8%。具體而言，汽車整車質(zhì)量每減少100 kg，其百公里油耗可降低0.3～0.6 l。對于電動汽車而言，整車質(zhì)量每減少10%，其續(xù)航里程可增加5.5%。
汽車座椅的比重占整車質(zhì)量的8%，在所有汽車零部件系統(tǒng)中排在*四位。所以汽車座椅輕量化相關(guān)研究，對于整車質(zhì)量的降低至關(guān)重要。已有多家汽車零部件企業(yè)，對不同品牌的汽車座椅進行輕量化開發(fā)。文中重點綜述了國內(nèi)外關(guān)于汽車座椅相關(guān)的輕量化研究進展，針對輕量化原理、角度以及目前存在的困難展開討論，為今后汽車座椅的研發(fā)提供一定的參考。
1汽車座椅輕量化的方法
目前減少整車質(zhì)量的方法主要從結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材料輕量化以及制造工藝3 個方向入手，而汽車座椅作為重要汽車零部件之一，實現(xiàn)其輕量化的方法與整車所采用的方法基本一致。
1.1 產(chǎn)品輕量化設(shè)計
拓撲優(yōu)化是對座椅骨架等進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要方法，其結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程是: 先對座椅結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，再簡化模型，然后將該模型按照相關(guān)規(guī)定進行模擬受力過程分析，之后對結(jié)果中可能存在應(yīng)力集中位置處進行不斷結(jié)構(gòu)優(yōu)化，較終得到輕量化座椅骨架。
1.2 輕量化材料應(yīng)用
在推進汽車減重進程中，復(fù)合材料、輕質(zhì)合金材料、鍍鋅高強度鋼、異種材料和特種材料等，被廣泛地應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域，成為汽車中包括零部件和車身等制造原料。在不改變座椅結(jié)構(gòu)的情況下，使用密度小的材料，可有效降低產(chǎn)品質(zhì)量。目前汽車座椅上，座椅骨架的質(zhì)量占整椅質(zhì)量60%以上，因此減輕骨架質(zhì)量，可以有效地降低汽車座椅質(zhì)量，實現(xiàn)座椅輕量化。目前汽車座椅上使用較多的新材料主要包括金屬材料如鎂合金、鋁合金、高強度鋼等，非金屬材料如由纖維增強的熱塑性、熱固性復(fù)合材料等。
1.2.1 金屬材料
金屬材料由于其強度高，成為汽車座椅骨架的主流材料。座椅骨架是整椅中主要支撐且承受載荷的結(jié)構(gòu)，座椅在整車上作為與乘員較直接接觸的安全件，對座椅骨架的強度、剛度要求非常高。汽車座椅骨架較常使用的材料為各類合金鋼，由于傳統(tǒng)金屬材料其本身密度高，且相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計受到加工手段的限制，故制品都十分笨重。而采用鎂合金、鋁合金等輕質(zhì)金屬，材料本身密度低，結(jié)構(gòu)設(shè)計多樣，其制品減重明顯。為實現(xiàn)其產(chǎn)品質(zhì)量的減少，在2018年**汽車零部件展覽會上，安道拓展示了其使用高強度鋼與薄壁矩管材料成功減輕座椅骨架質(zhì)量，并將模塊化、功能化的零件和模具設(shè)計理念引入進來，提升其通用性，進而縮短研發(fā)周期; 李爾的新一代eco座椅骨架，也同樣采用了高強度鋼作為座椅骨架原料，可以使汽車座椅質(zhì)量較之前的版本減輕20%左右，其加靈活的結(jié)構(gòu)使該骨架同時具有模塊化和通用性的特點。
1.3 **成型工藝
當座椅的結(jié)構(gòu)以及材料無法發(fā)生改變時，需要在原有結(jié)構(gòu)和材料的基礎(chǔ)上通過加工工藝的優(yōu)化，達到輕量化的目的。工藝優(yōu)化主要有兩種思路: ①可以從原有的加工方法上進行工藝參數(shù)優(yōu)化，使成型過程達到好的成型效果，產(chǎn)品具有優(yōu)的性能; ②可以應(yīng)用一些創(chuàng)新工藝，如: 激光焊接、低壓鑄造、粉末冶金、微發(fā)泡、smc等可有效降低座椅部件質(zhì)量，實現(xiàn)整椅輕量化。
2結(jié)束語
本文圍繞汽車座椅輕量化，從座椅輕量化設(shè)計、輕量化材料應(yīng)用和**工藝使用3個角度分別探討了結(jié)構(gòu)、材料和工藝對座椅輕量化的影響。通過分析得出，若僅從三者中某一個角度出發(fā)，較終并不能得到減重效果令人滿意的座椅。而成功的案例往往是一個多層級循環(huán)往復(fù)的過程: 需要從材料選擇到工藝參數(shù)的不斷調(diào)整，再到針對該材料、工藝，進行一些特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，之后通過不斷優(yōu)化，反復(fù)驗證，較終才能研發(fā)出既能滿足各項標準要求，質(zhì)量又**常規(guī)的輕量化的汽車座椅。
此外，針對整車零部件輕量化的結(jié)構(gòu)、材料和工藝，亦可以逐步拓展到汽車座椅的零部件生產(chǎn)上，且汽車座椅本身作為一個總成件，可將多種材料和工藝結(jié)構(gòu)相結(jié)合，通過單個零件降低質(zhì)量的不斷累積，較終實現(xiàn)整椅質(zhì)量的降低。
作者 |丁美娟，汽零部件有限公司技術(shù)中心
來源|autonewtech
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