劉海生，關(guān)小偉，劉奇超

(長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000)

基于LS_DYNA汽車座椅調(diào)角器扭矩輸出的研究

劉海生，關(guān)小偉，劉奇超

(長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000)

通過(guò)計(jì)算和模擬簡(jiǎn)單工況條件下座椅調(diào)角器輸出的扭矩，研究調(diào)角器在各個(gè)復(fù)雜工況下的扭矩輸出。利用HyperMesh建立有限元模型，使用LS_DYNA進(jìn)行計(jì)算，并采用HyperView和HyperGraph進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出調(diào)角器扭矩曲線。

座椅調(diào)角器；扭矩；仿真

0 前言

隨著汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，人們對(duì)于汽車的安全性與舒適性的要求也越來(lái)越高。汽車座椅是直接與乘客相聯(lián)系的核心部件，為乘客提供舒適的駕乘感受，并起到支撐和保護(hù)乘客的作用?？勘痴{(diào)角器是座椅的核心部件,用于調(diào)整靠背角度。在實(shí)際調(diào)研生產(chǎn)過(guò)程中，調(diào)角器扭矩值的選擇成為一個(gè)重要的課題，扭矩值選擇偏小，不能滿足相應(yīng)的強(qiáng)度要求；扭矩值選擇偏大，將會(huì)增加產(chǎn)品成本及座椅的質(zhì)量。

座椅的各種試驗(yàn)是非線性的，比如前排座椅后碰試驗(yàn)、后排座椅安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)、后排座椅行李箱沖擊試驗(yàn)等，非線性系統(tǒng)很難通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算得出調(diào)角器在該系統(tǒng)下的扭矩。文中針對(duì)座椅調(diào)角器在各個(gè)工況下的扭矩輸出進(jìn)行仿真研究，為座椅產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中選擇一個(gè)扭矩大小合適的調(diào)角器提供理論依據(jù)。

1 簡(jiǎn)單工況下輸出調(diào)角器扭矩探究

調(diào)角器的組成一般為：棘輪、 滑槽板、護(hù)板、鎖止機(jī)構(gòu)、解鎖機(jī)構(gòu)等。通常情況下，棘輪與座椅靠背固聯(lián)，滑槽板與坐墊固聯(lián)，鎖止機(jī)構(gòu)和解鎖機(jī)構(gòu)位于棘輪與滑槽板之間。

文中調(diào)角器的扭矩輸出主要采用梁?jiǎn)卧?，位于棘輪與滑槽板之間的梁?jiǎn)卧纱婕喤c滑槽板之外的其他部件。棘輪與滑槽板之間沒(méi)有任何接觸，如果存在接觸將其刪除，保證棘輪與滑槽板之間除了梁?jiǎn)卧獰o(wú)其他任何相互作用。

1.1 簡(jiǎn)單工況下調(diào)角器的扭矩計(jì)算

圖1所示為L(zhǎng)S_DYNA有限元計(jì)算模型：滑槽板固定，棘輪安裝一個(gè)支架，調(diào)角器圓心到支架末端的距離為200mm，支架末端受力為1 000 N。此工況比較簡(jiǎn)單，很容易計(jì)算出梁?jiǎn)卧艿呐ぞ貫椋?/p>

M=F·L=1 000×200=200 000 N·mm

1.2 采用LS_DYNA計(jì)算調(diào)角器的扭矩

模型的單位選用分別為：力(N)、時(shí)間(s)、長(zhǎng)度(mm)、質(zhì)量(t)、密度(t/mm3)、力矩(N·mm)。

滑槽板與棘輪的材料強(qiáng)度比較好，一般不會(huì)發(fā)生變形，這里采用剛體進(jìn)行代替，滑槽板限制所有自由度，棘輪不限制任何自由度。支架材料選用QSTE420TM，厚度為5 mm的板材。梁?jiǎn)卧牟牧蠈傩匀鐖D2所示，截面屬性如圖3所示。有限元模型如圖1所示：建立相應(yīng)的連接、接觸、輸入輸出設(shè)置，并按照?qǐng)D4加載曲線加載，設(shè)置完畢后提交計(jì)算。

LS_DYNA計(jì)算結(jié)束后，用HyperView和HyperGraph查看計(jì)算結(jié)果。計(jì)算后模型以及梁?jiǎn)卧呐ぞ刂等鐖D5所示。

由于調(diào)角器是模擬鎖止?fàn)顟B(tài)的扭矩，故3D結(jié)果圖變形較小。調(diào)角器輸出的扭矩值最大為197.9×103N·mm，與數(shù)學(xué)公式計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，準(zhǔn)確度如下：

通過(guò)以上對(duì)比可以得出：數(shù)值模擬得出的扭矩?cái)?shù)值與應(yīng)用公式計(jì)算得出的數(shù)據(jù)相差不大，準(zhǔn)確率為98.95%。

2 各工況下的座椅調(diào)角器扭矩輸出

對(duì)于以上簡(jiǎn)單的線性系統(tǒng)，可以采取數(shù)學(xué)公式的計(jì)算方法得出，但座椅的相關(guān)實(shí)驗(yàn)都是非線性的，比如前排座椅后碰實(shí)驗(yàn)、后排座椅的行李箱沖擊試驗(yàn)、后排座椅的安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)等，對(duì)于非線性系統(tǒng)很難用數(shù)學(xué)公式算出準(zhǔn)確的扭矩?cái)?shù)值。

2.1 前排座椅后碰試驗(yàn)扭矩輸出

某前排座椅后碰試驗(yàn)?zāi)M如圖6所示，假人向后發(fā)生移動(dòng)，調(diào)角器起到支撐作用，其中內(nèi)側(cè)調(diào)角器最大扭矩值為985 905 N·mm(985.9 N·m)，外側(cè)調(diào)角器最大扭矩值為921 068 N·mm(921.06 N·m)，通過(guò)以上計(jì)算可以選擇扭矩為1.5×106N·mm(1.5×103N·m)的調(diào)角器。

2.2 后排座椅安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度試驗(yàn)扭矩輸出

某座椅安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果如圖7所示。該座椅分為：4座和6座，靠背與坐墊通過(guò)調(diào)角器相連，每個(gè)座位2個(gè)調(diào)角器。6座有2個(gè)座位，其中中間座位上固定點(diǎn)在座椅上(圖中圈出部分)。對(duì)座椅施加載荷，變形如圖8所示。

由于4座安全帶上固定點(diǎn)在車身上，故調(diào)角器所受作用很小，故此工況下4座調(diào)角器扭矩不做輸出。6座調(diào)角器扭矩曲線如圖8所示：其中內(nèi)側(cè)調(diào)角器扭矩最大值為2 156 830 N·mm(2 156.83 N·m)；外側(cè)調(diào)角器扭矩的最大值2 236 640N·mm(2 236.64 N·m)。通過(guò)以上模擬可以選擇扭矩為3×106N·mm(3×103N·m)的調(diào)角器。

2.3 后排座椅行李箱沖擊強(qiáng)度試驗(yàn)扭矩輸出

某座椅行李箱沖擊試驗(yàn)如圖9所示：座椅靠背受到?jīng)_擊，向前傾斜。調(diào)角器起到支撐靠背的作用。4座外側(cè)調(diào)角器受到的最大扭矩為1 307 920 N·mm(1 307.92 N·m)；4座內(nèi)側(cè)調(diào)角器受到的最大扭矩為775 340 N·mm(775.34 N·m)；6座內(nèi)側(cè)調(diào)角器所受最大扭矩為2 063 090 N·mm(2 063.09 N·m)；6座外側(cè)調(diào)角器所受最大扭矩為2 297 920 N·mm(2 297.92 N·m)。通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以選擇相應(yīng)的調(diào)角器。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)在簡(jiǎn)單工況下模擬調(diào)角器的扭矩輸出，驗(yàn)證了應(yīng)用LS_DYNA輸出調(diào)角器扭矩的準(zhǔn)確性，進(jìn)而為復(fù)雜工況下的調(diào)角器扭矩值計(jì)算提供方法。選擇準(zhǔn)確的調(diào)角器既能夠保證調(diào)角器的作用得到充分的發(fā)揮，又不會(huì)因調(diào)角器扭矩值的過(guò)盛而帶來(lái)成本的增加。

【1】胡志遠(yuǎn)，曾必強(qiáng)，謝書港.基于LS_DYAN和HperWorks的汽車安全仿真與分析[M].北京：清華大學(xué)出版社，2011:115-118.

ResearchonOutputTorqueofAutomobileSeatReclinerBasedonLS_DYNA

LIU Haisheng，GUAN Xiaowei，LIU Qichao

(R & D Center of Great Wall Motor Company，Automotive Engineering Technical Center of Hebei,Baoding Hebei 071000,China)

Output torque of seat recliner under complicated conditions was studied through mathematic calculation and simulating the seat recliner output torque under simple situation. By applying HyperMesh, a finite element model was established. The recliner torque curves were converted after LS_DYNA was used to calculate and HyperView and HyperGraph were used to process data.

Seat recliner; Torque; Simulation

2015-02-05

劉海生(1983—)，男，碩士，研究方向?yàn)槠嚵悴考?。E-mail：liuhaisheng136@163.com。