某车型前排座椅行李箱冲击仿真分析和实验验证

2013-12-23赵培杰龙赛琼

汽车零部件 2013年5期

赵培杰，龙赛琼

(1. 广汽集团零部件有限公司技术部，广东广州510050; 2. 南沙出入境检验检疫局，广东广州511400)

0 引言

根据ECE R17 的要求，汽车后排座椅必须要进行行李箱碰撞试验，来验证后排座椅在车辆前撞工况下的安全性; 另外，在最后排座椅可以移出或者折叠的情况下，必须对前一排座椅也要进行行李箱碰撞试验，保证在前撞工况下，前排乘员空间的安全。作者根据某合资企业的前排座椅行李箱冲击技术要求，采用计算机仿真分析和产品实验相结合的办法开发前排座椅，并取得成功。

1 前排座椅行李箱冲击试验要求

1.1 试验设置

根据ECE R17 法规和整车环境进行行李箱冲击试验设置［1］。

(1) 实验用行李块： 2 块质量为18 kg (300 mm ×300 mm×300 mm，边棱倒角均为20 mm) 的行李块;

(2) 实验用脉冲：不小于20g 水平纵向减速度，持续时间不小于30 ms，速度达到48 ～50 km/h;

(3) 实验行李块摆放位置：如图1 所示，行李块摆放在倾角为11°的后排模拟架上，距前排靠背200 mm，行李块间距50 mm，并沿整车中心线左右对称放置，如图1，图2 所示;

(4) 试验座椅：主驾驶6 向可调手动座椅，副驾驶4 向可调手动座椅;

(5) 座椅位置：座椅靠背角21°; 前后调至中间位置，上下调至中间位置，头枕调至最高位置。

1.2 试验评价标准［1 -2］

试验过程中及试验后，座椅以及锁止装置仍保持在原位置，座椅机构件无失效，没有出现碎片飞溅，没有零件形成尖锐棱边，同时，行李块要被座椅阻止在后排空间，不能侵入前排乘员空间，则认为满足要求。在试验期间，允许座椅靠背及其紧固件变形，条件是试验靠背和/或头枕部分的前轮廓不能向前方超出一横向垂面，此平面经过：

(1) 所述座椅的R 点前方150 mm 处的点(对头枕部分);

(2) 所述座椅的R 点前方100 mm 处的点(对靠背部分)。

2 有限元仿真方法

2.1 有限元模型建立和仿真分析

基于LS-DYNA 显式有限元软件，利用HyperMesh 前处理器进行有限元模型建立，搭建座椅骨架模型并进行仿真分析。有限元模型如图3 所示，加速度曲线和速度曲线如图4 所示。

2.2 仿真结果分析

根据结果评价标准要求，分别对座椅骨架和头枕变形量、座椅结构件、关键连接点进行考查，判断设计的骨架结构是否能够在碰撞试验中稳定。

(1) 座椅骨架和头枕变形量判定

骨架变形未超出R 点前100 mm 处临界线; 头枕变形未超出R 点前150 mm 处临界线。如图5 所示骨架未出现断裂现象。

(2) 机构零件分析

如图6 所示，调角器承受最大扭矩为1 214 N·m，小于调角器最大扭矩2 000 N·m; 如图7 所示，高调机构承受最大扭矩为65 N·m，小于高调机构最大扭矩200 N·m。

(3) 紧固螺栓所受拉力和剪切力分析

考察靠背和坐盆连接的4 个螺栓，分析其所受拉力和剪切力。图8 所示为4 个锁止螺栓的位置和编号，所受拉力和剪切力分别如图9 所示。

(4) 高调连杆与滑轨连接铆钉受力仿真分析

考察连杆和滑轨连接铆钉的受力，连接铆钉位置见图10，分析铆钉在碰撞中是否失效。铆钉的强度决定了骨架在碰撞中能否保持功能有效。

连接铆钉受力见图11。可以看到：骨架和头枕变形合理，重物块没有冲进前排乘员舱内; 关键机构件受力在允许范围内; 关键连接螺栓和铆钉受力在允许范围内; 骨架设计符合技术要求。

3 产品验证实验分析

虽然上述有限元分析结果看起来比较理想，但是为了验证产品的实际性能表现和生产线的制造工艺稳定性，必须把座椅固定在白车身或者实验夹具上进行实际的碰撞试验，来确定所制造的座椅产品完全满足客户的技术要求。当然，同时，也可对有限元分析的结果进行对比验证。根据第1.1 节的实验设置，进行此行李箱的碰撞试验。实验前的设置如图12、图13所示，实验所用加速度和速度曲线分别如图14、图15 所示。

实验后的结果如图16—19 所示。

实验结论：产品实验结果完全满足技术要求。也进一步验证了前期计算机仿真分析结果的可靠性和有效性。