汽车座椅与车身装配问题的公差分析

汽车座椅与车身装配问题的公差分析

刘文强

      211324199511232312       河北保定071000

摘要：在汽车中，座椅与车身的装配是非常重要的内容。汽车是大批量生产的行业，公差设计一方面影响着系统的功能、性能，另一方面影响着制造成本。汽车座椅与车身之间的装配问题是众多公差设计问题中的一个典型，一直受到汽车座椅和车身行业的重视。汽车座椅骨架和车身骨架的制造工艺主要是冲压和焊接，零部件精度较低，因此座椅与车身之间的装配精度设计是个难点。如果座椅和车身的相关公差规范的过于严格，将导致制造成本过高甚至工艺能力达不到要求，另一方面，如果规范的过于宽松，又可能导致无法装配，或装配的质量差，甚至影响碰撞安全性。本文就骑车座椅与车身装配问题的公差进行研究，以供参考。

关键词：汽车座椅，孔销浮动，几何模

引言

目前国内汽车座椅制造商在座椅设计阶段，大多依靠经验和仿照设计，未充分考量座椅骨架设计对电动座椅设计乃至整车设计的影响。文章为电动座椅在整车中的合理布置提供理论依据，为早期造型设计提供理论支撑，为提升电动座椅整体设计质量提供支持。

1座椅调角器结构组成

座椅总成是实现汽车座椅靠背角度调节的重要装置，可将座椅靠背调整到舒适位置，改变乘员脊椎受力状态，主要由调角器、联接板、背板组件、座板组件和驱动机构等部件组成。座椅总成模型结构和外形过于复杂，在对调角器进行仿真时，需要对座板和靠背进行网格划分及边界条件设置，存在极大困难，对分析计算提出极高要求。因此在误差许可范围内，有针对性对座椅总成模型进行简化，调角器是座椅总成中的核心零部件，起联接座板和靠背及传递载荷作用，故主要针对调角器进行仿真分析。由于调角器质量远小于座板和靠背，转动惯量忽略不计，为模拟调角器真实工况，将调角器座板上4个安装孔固定，并与座板简化模型固接，施加一个垂直于联接板的力，分析不同载荷作用下的动力学和静强度变形。2汽车座椅与车身装配的公差优化2.1公差——成本模型

制造加工成本与几何产品质量在实际生产当中是一对相互对立的函数变量，而公差则是控制二者的自变量。假如公差值给定偏小，则产品几何质量会比较高，但是相应的制造加工成本也会比较高；反之，假如公差值给定偏大，那么制造加工成本会降下来，但是产品几何质量也会下降。很明显，公差和制造加工成本以及几何产品质量之间存在函数关系，公差和制造加工成本间的函数关系即是公差——成本模型。经过国内外工程师和科研人员多年的总结研究，现在合理可用的公差——成本模型有许多，主要由两部分组成，即制造成本模型和质量损失成本模型。（1）制造成本模型。制造成本模型就是表达作为自变量的公差值与作为函数的制造成本之间的映射关系。工程师和研究学者们在经过对之前大量的生产设计数据的总结、积累和分析，并且对特定的加工方式以及特殊的设计方法做了相应的实验对比。（2）质量损失成本模型。在实际生产当中，会发生加工的形状偏离设计形状的情况，造成这种情况的原因有很多，比如在用车床加工一个轴时，刀头由于钝化在加工时不能按照预定轨道进行铣削，使加工轴偏离了预想情况；再比如汽车大批量生产当中，在焊装线上，现在普遍使用机器人来取件、定位、焊接，虽然机器手的精度完全可以满足汽车生产的要求，但是当机器手的运动速率达到百分之百后，它有时会因为动量有一个微量的偏置，使生产出来的产品质量有一定的损失，这也会导致质量成本的提高。（3）制造偏差模型。虽然名字叫做制造偏差模型，但实际上是包含了从制造到装配这一整个阶段的偏差模型。主要是为了在装配质量、零件几何质量和公差值之间建立一个合理可靠的函数模型，并且在建模的过程当中还要充分考虑到工厂的实际工艺水平和当前的加工能力。能够通过这个模型来预测和评价产品几何质量的高低，达到生产与设计同时进行的目的，提高生产效率。通过国内外学者们不断的研究，取得了许多卓有成效的成果，并研发出了相应的商用公差分析软件。

2.2坐垫舒适性分析

座椅坐垫舒适性评价主要通过对坐垫总面积、坐垫各分区压力分布、坐垫横向接触长度、坐垫纵向接触长度几个指标进行评价，通过对大量汽车座椅舒适性数据进行测试、收集和分析发现，坐垫接触总面积越大，各区域压力分布越均匀，坐垫接触长度越长，大腿支撑性越好，坐垫整体舒适性就越好。

2.3提升骨架强度

假人接触到靠背时，如果坐垫骨架或者靠背骨架强度不足，假人会引起骨架变形，骨架变形不仅会增大头后间隙，同时也会使假人颈椎发生弯曲变形，从而增大上颈部载荷。某车型一方面通过对坐垫骨架增加补强板，另一方面对坐垫的旋转结构的连接板进行增强从而达到了增强骨架强度的目的。

2.4公差优化模型

公差优化模型本质上是提供一种算法，以公差数值为输入量，以产品几何质量和公差成本模型为输出量。通过这种算法，确定一组（或多组）输入量公差值，使得输出量产品几何质量和公差成本均达到最优的状态——以最小的成本达到最高的质量要求。目前常见的算法有许多，如遗传算法，粒子群算法等。因此，优化模型也有很多种。但是现在广泛应用于工程领域和科研领域的优化模型大多数为单目标优化，一部分虽然说是多目标优化，但实际上只是给予各目标函数单纯地添加加权系数来进行优化，其实质还是单目标优化。单目标优化不能很好的同时兼顾多个优化目标，因此本文采用了博弈论的方法，建立更为合理的多目标优化模型。存在孔销浮动的汽车座椅与车身装配为例，具体说明基于合作博弈的多目标公差优化方法。

3未来展望

（1）在长时间驾驶试验中研究的是在选取合适的腰托参数后人们的舒适度随时间的变化，对于在初始腰托参数不合适情况下人们舒适度随时间的变化还需要进行对比试验研究。（2）本文说明了只是通过比较压力指标大小进行评估人体是否疲劳是不正确的，为了可以在人体疲劳的情况下调整腰托，通过监视人体压力指标一小段时间的变化来推断人体疲劳是一个需要研究的点。（3）本文研究了人们在调节腰托时规律，但是数据统计并不明显，后续要通过对比试验进一步确认结论的正确性和准确度。同时通过试验对象的反馈，发现或许调节的过程（腰托参数不断地变化）是导致舒适度上升的主要因素，这一点还需要试验验证。（4）本次试验使用的试验对象年龄较集中，后续选取更加宽泛的年龄梯度进行研究。（5）本文所设计的腰托，是为了满足频繁使用的需求设计出来的，但是产品还没有投放市场进行改进和反馈更新，因此该结构的实用性，还需要进行试制和改进才能体现。

结语

综上所述，当前汽车座椅与车身的制造装配过程中，公差的设计大多数时候还是依靠以往的生产数据和工程师的经验来完成的，并没有一套系统的设计方法。这样的设计过程并不是十分科学可靠，大部分情况下会将公差值给定的过小，虽然可以保证产品质量，但是会大大提高生产成本，而当给定的公差值比较宽泛时又会导致产品质量的下降。特别是遇到比较复杂的问题时，例如孔销浮动问题，单纯凭借设计经验和生产数据进行公差设计很难满足质量要求和成本要求

参考文献

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