汽車(chē)正撞時(shí)后排座椅安全性的CAE分析與改進(jìn)設(shè)計(jì)
在汽車(chē)碰撞中汽車(chē)座椅起著保持乘員生存空間,使其它約束裝置實(shí)現(xiàn)保護(hù)效能的作用。汽車(chē)座椅安全性研究始于20世紀(jì)50年代,早期研究主要采用試驗(yàn)手段,研究汽車(chē)尾部碰撞的乘員保護(hù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,CAE分析在汽車(chē)座椅系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和研究中起著越來(lái)越重要的作用,國(guó)外研究機(jī)構(gòu)開(kāi)展了許多更加深入的研究工作,其中包括研究座椅安全帶固定點(diǎn)的強(qiáng)度,預(yù)測(cè)座椅骨架失效形式和采用參數(shù)化方法對(duì)座椅進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。國(guó)內(nèi)研究主要依據(jù)GB15083-2006《汽車(chē)座椅固定裝置及頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法》法規(guī)要求,分析座椅骨架和頭枕的靜強(qiáng)度、頭枕吸能性和座椅靠背行李箱的沖擊強(qiáng)度,以及采用鋁鎂合金對(duì)座椅骨架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。關(guān)于在汽車(chē)承受沖擊載荷時(shí)座椅對(duì)乘員保護(hù)作用和乘員動(dòng)態(tài)響應(yīng)的研究還不夠深入。為使座椅在整車(chē)碰撞過(guò)程中起到較好的保護(hù)乘員的作用,很多座椅企業(yè)都提出高于目前座椅法規(guī)的產(chǎn)品性能要求。
本文中針對(duì)某中級(jí)轎車(chē)后排座椅正撞時(shí)的負(fù)載安全性,根據(jù)ECER17法規(guī)和該車(chē)生產(chǎn)企業(yè)關(guān)于座椅沖擊強(qiáng)度的要求,采用多剛體動(dòng)力學(xué)法和瞬態(tài)大變形有限元法混合建模和耦合計(jì)算,實(shí)現(xiàn)了在帶假人的情況下該座椅正撞時(shí)負(fù)載安全性的CAE分析,并對(duì)改進(jìn)方案實(shí)施后的性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。
1 后排座椅正撞負(fù)載法規(guī)試驗(yàn)
ECER17中關(guān)于汽車(chē)后排座椅沖擊強(qiáng)度的認(rèn)證規(guī)定采用臺(tái)車(chē)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行正撞工況下的座椅沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)樣塊尺寸(mm)為300×300×300,棱邊倒角為20mm,質(zhì)量為18kg。試驗(yàn)樣塊的安放位置如圖1所示,放置于行李艙的地板上,縱向與靠背有200mm的水平距離;兩試驗(yàn)樣塊之間有50mm的橫向距離。
圖1 試驗(yàn)樣塊質(zhì)量及其布置圖
2 后排座椅安全性的CAE分析
2.1 后排座椅靠背結(jié)構(gòu)
本文中研究的座椅靠背采用分體式結(jié)構(gòu),如圖2所示。由40%和60%靠背兩部分組成。進(jìn)行座椅沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí),靠背骨架以實(shí)際機(jī)構(gòu)的連接方式固定在白車(chē)身上,白車(chē)身固定在臺(tái)車(chē)上。座椅靠背兩側(cè)的鎖支架連接靠背鎖,車(chē)身鎖鉤與靠背鎖處于鎖止?fàn)顟B(tài),以固定靠背上部,靠背下部的邊支架和中支架分別通過(guò)螺栓固定在車(chē)身上,與車(chē)身形成鉸鏈連接。中間位置的安全帶與座椅集成一體,肩帶的上固定點(diǎn)在60%靠背上,左右位置的安全帶固定點(diǎn)均在車(chē)身上。座椅沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)主要是考察座椅結(jié)構(gòu)件和連接件的強(qiáng)度和剛度。
圖2 后排座椅結(jié)構(gòu)圖
2.2 ECER17正撞負(fù)載試驗(yàn)CAE分析
按照ECER17中《行李位移乘客防護(hù)裝置的試驗(yàn)方法》的要求,基于LS-DYNA3D顯式有限元軟件建立座椅沖擊試驗(yàn)的有限元仿真模型(圖3),包括座椅靠背骨架及其同定裝置和試驗(yàn)樣塊。有限元模型的網(wǎng)格基準(zhǔn)尺寸為6mm,模型包括49574個(gè)單元,721個(gè)剛體單元。
圖3 正撞負(fù)載試驗(yàn)有限元模型
圖4 ECER17規(guī)定的臺(tái)車(chē)加速度波形
評(píng)論