摘 要

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 问题的提出和研究的意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3 论文主要内容 2

第二章 汽车座椅系统 3

2.1 汽车座椅系统的构成 3

2.1.1 发泡 3

2.1.2头枕 3

2.1.3 坐垫、靠背骨架 4

2.1.4 滑轨总成 4

2.1.5 高度调节装置总成 4

2.1.6 调角器总成 4

2.2汽车座椅的主要特点及其要求 5

2.2.1安全性 5

2.2.2可靠性 5

2.2.3舒适性 6

2.3 汽车座椅骨架设计 6

2.3.1汽车靠背骨架 6

2.3.2汽车坐垫骨架 7

2.3.3连接装置 7

2.3.4 调角器 8

第三章 轻量化 9

3.1轻量化策略 9

3.1.1条件轻量化 9

3.1.2方案轻量化 9

3.1.3制造轻量化 9

3.1.4形状轻量化 10

3.1.5材料轻量化 10

3.2 汽车座椅系统中的轻量化 10

3.2.1结构轻量化 10

3.2.2材料轻量化 10

3.3轻量化的目的与意义 11

第四章 汽车座椅骨架仿真分析 12

汽车座椅靠背骨架背板分析 12

第五章 结论 18

参考文献 19

致 谢 20

摘 要

随着社会与科技的不断发展，汽车行业对于轻量化的需求也随之大大增加。本次毕业设计主要从汽车座椅系统入手，讨论了轻量化的问题。本次设计使用了CATIA软件来进行模型的绘制，并利用了UG NX12的仿真模块来进行了仿真分析，讨论了使用Aluminum_2014和AISI steel 4340两种不同材料时，汽车座椅靠背背板在0.003MPa压力条件下的应力和变形情况。并对这两种情况进行了比较。所得结果对在轻量化过程中汽车座椅靠背背板的材料选择有重要的指导意义。

论文主要研究了：汽车座椅系统的构成及特点，以及轻量化思想在汽车座椅上的运用。

研究结果表明：在轻量化过程中，Aluminum_2014是比AISI steel 4340更好的制造汽车座椅靠背背板的材料。

本文的特色：将轻量化的思想带入到汽车座椅中，并借助仿真分析手段进行了研究。

关键词：汽车座椅系统；轻量化；有限元仿真；优化

Abstract

With the continuous development of society and technology, the demand for lightweight parts in the automotive industry has increased greatly. In this project, the cart seat system is considered to be the lightweight target. The model of a car seat is designed in the software CATIA, and the deformation of the designed car seat part is analyzed in the finite element simulation module of the software UG NX12 under the applied load. The stress and the deformation of the part are obtained when different material properties are selected for the designed car seat part. Compared with the material AISI steel 4340, the designed part with the Aluminum 2014  shows a good performance under the applied load, and is lightweight. 

Key Words：car seat; lightweight; Finite element simulation; optimization

第一章 绪论

1.1 问题的提出和研究的意义

随着时代的进步，人们越来越开始重视环境的保护，汽车作为人们日常生活中最常见的交通工具，自然就成为了节能减排的重要目标。无论是从清洁能源入手而大热的新能源汽车，还是传统的燃油汽车，轻量化永远是一个不会过时的话题。汽车作为一个复杂的现代机械产品，有着相当多的机构与系统，汽车座椅系统作为一个零件众多结构复杂的与乘员直接接触的重要系统，在给乘客和驾驶者带来更好的乘坐驾驶体验之余，也可以在轻量化方面大做文章。汽车座椅本身结构较为复杂，零件众多，而且一辆车中座椅数目也较多，如果将汽车座椅系统进行轻量化改进，将大幅减少汽车总体质量，对于汽车的轻量化有着重大意义。

1.2国内外研究现状

国外的研究现状：相对于国内，国外的汽车座椅系统设计起步更早，在二十世纪初，汽车行业刚刚出现的时候就开始了相关研究。经过长时间的沉淀与发展，国外的汽车座椅系统已经形成了一套完整的体系，有着成套的研究理论技术和方法，并且在相关法规上也有着相当健全的规定^[1]。在汽车座椅系统的开发中首当其冲需要注意的一定是汽车座椅的安全性。在国外汽车座椅系统设计制造过程中的安全法规相当严格，欧美国家都有相当严格的相关法规标准，并且随着技术的发展，历代优秀工程师们的开发，国外汽车座椅系统的设计越来越合理，其整体性能和安全系数也在不断的上升和发展。同时，由于生产工艺的不断改进，新型材料的不断应用，以及计算机技术的普遍应用，汽车座椅系统的开发成本得到了减缩，汽车座椅系统可以在完成相关安全法规规定并完成其作为汽车座椅的作用前提下，进行进一步的结构、材料优化，来达到轻量化的目的，使汽车整体性能得以提升，同时符合环保的观念，可谓一举两得。

国内的研究现状：从国内的汽车企业来看，由于国内汽车行业起步较晚，同时受限于国内相对于国外的生产力较为落后，汽车座椅系统的设计并未能够有长时间的技术沉淀，故与国外的水平有着一定差距。同时，在汽车座椅系统的相关法规，尤其的是安全法规的相关内容上还不够完善，这也折射出国内汽车企业对于汽车座椅的安全性重视程度还不够高，这也是限制国内汽车座椅技术发展的一大障碍。但是最近几年我国在汽车座椅系统方面的相关法规正在不断完善，国家出台了很多关于汽车座椅安全等方面的法规，并努力和欧美的水平接轨，相关法律法规的完善，将为企业以后的研究开发指引方向，也能完善整个开发流程，从长远来看是十分有利于国内汽车座椅技术发展的。

从汽车的整体开发、设计、制造来看，国内外有着我们不得不承认的巨大鸿沟。就拿汽车的安全性来讲，国外的车企如果出现安全问题，会面临巨额罚款，高昂的成本让车企在相关方面会严格按照法规进行，如果出现问题，轻则召回，重则破产。反观国内，在相关法规上的不够健全，以及在处罚力度上的不足，使得法规对企业并没有很大的警示作用。这也成了限制的国内汽车行业的发展的一个因素^[1]。

1.3 论文主要内容

本次毕业设计主要研究了汽车座椅系统的构成与特点以及轻量化在汽车座椅方面的应用，并讨论了汽车座椅轻量化的意义。对汽车座椅系统的部分骨架使用CATIA软件进行了建模，并运用UG NX12的高级仿真模块进行了部分部件的仿真分析。

第二章 汽车座椅系统

汽车座椅系统的设计是一个复杂的工作，作为一个直接影响乘员乘坐体验的系统，座椅系统的设计不仅应该满足人体工程学原理的考量,使座椅更加舒适，更加安全，尽量减小座椅的震动，让座椅布置的更加合理，还要考虑人体的各种特点、习惯与数据，量身定做。针对不同人种有着不同的标准和参数，设计符合中国人生理特征的座椅系统要以《中国成年人人体尺寸》为基础。现代汽车座椅系统的设计除了满足安全性，舒适性要求以及操作便利性要求，还要考虑轻量化的要求。

汽车座椅的表面一般有一定的曲线，其坐垫与靠背的曲线应在乘员放松时与其背部尽量贴合，使得乘员在乘坐时能够放松肌肉并给予乘员腰部一定的支撑力，这样的设计有助于给予乘员一个良好的乘坐体验，使乘员在长时间的乘坐中也不会感到疲劳^[1]。同时由于调节机构的存在，使得汽车座椅系统能够随着使用者的喜好以及个体差异进行调整，得以给大部分使用者提供更好的体验。随着人们生活水平和消费水平的提高，人们开始追求更高水平的享受，对于汽车座椅系统的要求也随之水涨船高。除了追求舒适感，外形、安全等因素也在被更多的考虑中。

2.1 汽车座椅系统的构成

汽车的座椅系统由众多零部件组成，其中主要的零部件包括由聚氨酯类的发泡物、化学纤维物质、皮革等材料制成的头枕、靠背、坐垫；由冷成型高屈服强度热轧钢板（也叫酸洗热轧板，主要用于冲压成型的汽车零部件，如汽车构架、大梁，车窗等）、一般用冷轧碳钢薄板及钢带等材料构成的座椅骨架；以及主要由热轧成型钢板构成的调角器和滑轨^[2]。

2.1.1 发泡

汽车座椅系统中的发泡部分包括坐垫发泡和靠背发泡以及头枕发泡，其材料主要为聚氨酯类。发泡的作用主要是维持座椅的形状，当车身受到震动和冲击时，吸收能量保护乘客安全。骨架和发泡有两种安装方法，一种是骨架镶嵌在发泡中，另一种是发泡装在骨架表面。发泡的形状主要依靠模具来确定，同时其特性受到原料配比的影响较大。

2.1.2头枕

头枕中填充有发泡，但是头枕并不等同于枕头，在正常驾驶状态下头枕与驾驶员的头部并不会完全接触，而是有一些距离。其作用为在受到冲撞时吸收掉一部分能量以减少乘员受到的伤害。

2.1.3 坐垫、靠背骨架

坐垫骨架的主要作用为维持坐垫的形状并确定其强度。坐垫骨架的类型一般分为整体冲压和钢管冲压件焊接两种。其中焊接制造的关键点为保证螺栓固定点的位置和固定靠背旋转轴的位置的尺寸。