汽車座椅輕量化研究進展

汽車已成為人們日常出行中不可或缺的一部分。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，是目前車輛工程領域內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，通過結構的輕量化設計及輕量化材料的使用，達到減輕整車質量的目的。有研究表明，當整車質量降低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，整車質量每減少10%，其續航里程可增加5.5%。
汽車座椅的比重占整車質量的8%，在所有汽車零部件系統中排在*四位。所以汽車座椅輕量化相關研究，對于整車質量的降低至關重要。已有多家汽車零部件企業，對不同品牌的汽車座椅進行輕量化開發。文中重點綜述了國內外關于汽車座椅相關的輕量化研究進展，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
目前減少整車質量的方法主要從結構優化、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，實現其輕量化的方法與整車所采用的方法基本一致。
1.1 產品輕量化設計
拓撲優化是對座椅骨架等進行結構優化的主要方法，其結構優化的過程是: 先對座椅結構進行設計，再簡化模型，然后將該模型按照相關規定進行模擬受力過程分析，之后對結果中可能存在應力集中位置處進行不斷結構優化，較終得到輕量化座椅骨架。
1.2 輕量化材料應用
在推進汽車減重進程中，復合材料、輕質合金材料、鍍鋅高強度鋼、異種材料和特種材料等，被廣泛地應用于汽車制造領域，成為汽車中包括零部件和車身等制造原料。在不改變座椅結構的情況下，使用密度小的材料，可有效降低產品質量。目前汽車座椅上，座椅骨架的質量占整椅質量60%以上，因此減輕骨架質量，可以有效地降低汽車座椅質量，實現座椅輕量化。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構，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，由于傳統金屬材料其本身密度高，且相關結構設計受到加工手段的限制，故制品都十分笨重。而采用鎂合金、鋁合金等輕質金屬，材料本身密度低，結構設計多樣，其制品減重明顯。為實現其產品質量的減少，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量，并將模塊化、功能化的零件和模具設計理念引入進來，提升其通用性，進而縮短研發周期; 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，可以使汽車座椅質量較之前的版本減輕20%左右，其加靈活的結構使該骨架同時具有模塊化和通用性的特點。
1.3 **成型工藝
當座椅的結構以及材料無法發生改變時，需要在原有結構和材料的基礎上通過加工工藝的優化，達到輕量化的目的。工藝優化主要有兩種思路: ①可以從原有的加工方法上進行工藝參數優化，使成型過程達到好的成型效果，產品具有優的性能; ②可以應用一些創新工藝，如: 激光焊接、低壓鑄造、粉末冶金、微發泡、smc等可有效降低座椅部件質量，實現整椅輕量化。
2結束語
本文圍繞汽車座椅輕量化，從座椅輕量化設計、輕量化材料應用和**工藝使用3個角度分別探討了結構、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，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往復的過程: 需要從材料選擇到工藝參數的不斷調整，再到針對該材料、工藝，進行一些特殊的結構設計，之后通過不斷優化，反復驗證，較終才能研發出既能滿足各項標準要求，質量又**常規的輕量化的汽車座椅。
此外，針對整車零部件輕量化的結構、材料和工藝，亦可以逐步拓展到汽車座椅的零部件生產上，且汽車座椅本身作為一個總成件，可將多種材料和工藝結構相結合，通過單個零件降低質量的不斷累積，較終實現整椅質量的降低。
作者 |丁美娟，汽零部件有限公司技術中心
來源|autonewtech
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