汽车座椅轻量化研究进展

时间：2022-07-26

汽车已成为人们日常出行中不可或缺的一部分。不论是以化石燃料为主要动力来源的燃油汽车，还是目前国家大力推动的新能源汽车，如何在能耗相同的情况下，使汽车的驾驶里程长，是目前车辆工程领域内的一个热门的研究课题。

汽车的轻量化就是在保证整车强度和刚度的前提下，通过结构的轻量化设计及轻量化材料的使用，达到减轻整车质量的目的。有研究表明，当整车质量降低10%，燃油汽车的燃油效率可提高6% ～ 8%。具体而言，汽车整车质量每减少100 kg，其百公里油耗可降低0.3～0.6 L。对于电动汽车而言，整车质量每减少10%，其续航里程可增加5.5%。

汽车座椅的比重占整车质量的8%，在所有汽车零部件系统中排在*四位。所以汽车座椅轻量化相关研究，对于整车质量的降低至关重要。已有多家汽车零部件企业，对不同品牌的汽车座椅进行轻量化开发。文中重点综述了国内外关于汽车座椅相关的轻量化研究进展，针对轻量化原理、角度以及目前存在的困难展开讨论，为今后汽车座椅的研发提供一定的参考。

1 汽车座椅轻量化的方法

目前减少整车质量的方法主要从结构优化、材料轻量化以及制造工艺3 个方向入手，而汽车座椅作为重要汽车零部件之一，实现其轻量化的方法与整车所采用的方法基本一致。

1.1 产品轻量化设计

拓扑优化是对座椅骨架等进行结构优化的主要方法，其结构优化的过程是: 先对座椅结构进行设计，再简化模型，然后将该模型按照相关规定进行模拟受力过程分析，之后对结果中可能存在应力集中位置处进行不断结构优化，较终得到轻量化座椅骨架。

1.2 轻量化材料应用

在推进汽车减重进程中，复合材料、轻质合金材料、镀锌高强度钢、异种材料和特种材料等，被广泛地应用于汽车制造领域，成为汽车中包括零部件和车身等制造原料。在不改变座椅结构的情况下，使用密度小的材料，可有效降低产品质量。目前汽车座椅上，座椅骨架的质量占整椅质量60%以上，因此减轻骨架质量，可以有效地降低汽车座椅质量，实现座椅轻量化。目前汽车座椅上使用较多的新材料主要包括金属材料如镁合金、铝合金、高强度钢等，非金属材料如由纤维增强的热塑性、热固性复合材料等。

1.2.1 金属材料

金属材料由于其强度高，成为汽车座椅骨架的主流材料。座椅骨架是整椅中主要支撑且承受载荷的结构，座椅在整车上作为与乘员较直接接触的安全件，对座椅骨架的强度、刚度要求非常高。汽车座椅骨架较常使用的材料为各类合金钢，由于传统金属材料其本身密度高，且相关结构设计受到加工手段的限制，故制品都十分笨重。而采用镁合金、铝合金等轻质金属，材料本身密度低，结构设计多样，其制品减重明显。为实现其产品质量的减少，在2018年国际汽车零部件展览会上，安道拓展示了其使用高强度钢与薄壁矩管材料成功减轻座椅骨架质量，并将模块化、功能化的零件和模具设计理念引入进来，提升其通用性，进而缩短研发周期; 李尔的新一代ECO座椅骨架，也同样采用了高强度钢作为座椅骨架原料，可以使汽车座椅质量较之前的版本减轻20%左右，其加灵活的结构使该骨架同时具有模块化和通用性的特点。

1.3 先进成型工艺

当座椅的结构以及材料无法发生改变时，需要在原有结构和材料的基础上通过加工工艺的优化，达到轻量化的目的。工艺优化主要有两种思路: ①可以从原有的加工方法上进行工艺参数优化，使成型过程达到好的成型效果，产品具有优的性能; ②可以应用一些创新工艺，如: 激光焊接、低压铸造、粉末冶金、微发泡、SMC等可有效降低座椅部件质量，实现整椅轻量化。

2 结束语

本文围绕汽车座椅轻量化，从座椅轻量化设计、轻量化材料应用和先进工艺使用3个角度分别探讨了结构、材料和工艺对座椅轻量化的影响。通过分析得出，若仅从三者中某一个角度出发，较终并不能得到减重效果令人满意的座椅。而成功的案例往往是一个多层级循环往复的过程: 需要从材料选择到工艺参数的不断调整，再到针对该材料、工艺，进行一些特殊的结构设计，之后通过不断优化，反复验证，较终才能研发出既能满足各项标准要求，质量又低于常规的轻量化的汽车座椅。

此外，针对整车零部件轻量化的结构、材料和工艺，亦可以逐步拓展到汽车座椅的零部件生产上，且汽车座椅本身作为一个总成件，可将多种材料和工艺结构相结合，通过单个零件降低质量的不断累积，较终实现整椅质量的降低。

作者 | 丁美娟，汽零部件有限公司技术中心

来源 | AutoNewTech

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