汽車座椅靜態(tài)舒適性試驗設(shè)計

龔治人

摘 要 隨著人民生活水平的不斷提高，汽車逐漸成為當(dāng)今社會的主要代步工具。人們購車選擇時，已經(jīng)不僅僅考慮外觀、油耗、安全性等方面，舒適性漸漸成為人們選車的一個重要衡量指標(biāo)。

關(guān)鍵詞 靜態(tài)舒適性；操作舒適性；H點；汽車座椅；人機工程

中圖分類號 U46 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）08-0042-02

1 靜態(tài)舒適性介紹及其影響因素

靜態(tài)舒適性，從字面層次也不難理解，指在靜止的情況下，乘員的主觀舒適性感受。也正是由于在靜止的環(huán)境狀態(tài)下評測，所以座椅的靜態(tài)舒適性主要由其自身的相關(guān)特性所決定，與汽車底盤懸架、道路工況、座椅在車身環(huán)境中的周邊零部件的特性等關(guān)系不大。具體座椅自身的哪些特性與靜態(tài)舒適性相關(guān)？哪個特性又是最關(guān)鍵的影響因素呢？本文接下來運用正交試驗設(shè)計分析來尋找關(guān)鍵影響因素。

就汽車來說，影響座椅舒適性因素較多[1]。根據(jù)企業(yè)中實際工作中的經(jīng)驗得出，影響座椅靜態(tài)舒適性結(jié)果的主要因素如下。

1.1 座椅外輪廓尺寸

座椅外輪廓的頭枕高度、靠背高度、腰托位置、靠背離去點、坐墊離去點、坐墊長度、各截面的Insert寬度及Bolster高度等均影響座椅靜態(tài)舒適性。

1.2 MeatToMetal值

Meat？To？Metal值是指各舒適性截面上，假人與座椅骨架間的最小直線距離。

1.3 懸掛件/蛇形彈簧的彈性系數(shù)

在前排座椅靠背或坐墊的中部支撐區(qū)域，通常有懸掛件/蛇形彈簧設(shè)計。懸掛件/蛇形彈簧均屬于簧類零件，其彈性系數(shù)直接影響對人體的支撐效果，從而影響靜態(tài)舒適性。

1.4 面料張緊力

座椅的面套原材料都具有一定的拉伸性。面套設(shè)計時，為了避免外觀的褶皺、空浮等問題，都會將各塊裁片的面料適度拉緊。這樣，面套包覆在座椅上時，各區(qū)域的面料都有一定的張緊力。這些張緊力使得面套像吊床一樣對人體也有一定的支撐性，故也會影響靜態(tài)舒適性。

1.5 發(fā)泡壓陷硬度（客觀定義發(fā)泡軟硬程度）

發(fā)泡壓陷硬度是發(fā)泡軟硬層度的客觀體現(xiàn)值。與座椅H點的達成有關(guān)，是座椅靜態(tài)舒適性的一個重要影響因素。

2 正交試驗分析找出關(guān)鍵因素

以上5個影響靜態(tài)舒適性的主要因素中，座椅外輪廓尺寸、MeatToMetal值這兩個因素在設(shè)計初期就按企業(yè)經(jīng)驗總結(jié)的相關(guān)推薦設(shè)計值校核設(shè)定，即這兩個因素的水平在前期就已經(jīng)根據(jù)設(shè)計推薦值選定，所以接下來只對其余3個因素進行試驗分析。以座椅的坐墊部分為研究目標(biāo)（靠背的相關(guān)因素對靜態(tài)舒適性結(jié)果的影響原理一致），坐墊蛇形彈簧一般采用65Mn、60Si2Mn、SWP-B等材料，不同材料對應(yīng)的彈性系數(shù)不同，為了排除不同蛇形彈簧形狀對支撐效果的影響，只分析不同彈性系數(shù)的彈簧對舒適性的影響，使用相同形狀、不同材料的三種蛇形彈簧試驗，對應(yīng)得到三種不同的彈性系數(shù)水平：52.83N/mm，69N/mm，71.7N/mm；面套張力一般在5～15N之間，太小會造成空浮，太大容易使發(fā)泡形狀塌陷，此次試驗在5～15N的區(qū)間內(nèi)，按梯度選取了3個張力水平的面套樣品：4.9N，9.7N，12.6N；對于發(fā)泡硬度在設(shè)計定義263±10%N的范圍內(nèi)選取了接近于中值及上、下偏差值3個水平：238N，258N，288N。

本次試驗分析選用正交表L9（33），將各因素的水平值代入上正交表中，得出靜態(tài)舒適性影響因素正交設(shè)計試驗方案，并按正交試驗方案制作了9種試驗座椅樣品，送交客戶端進行靜態(tài)舒適性評價，對試驗結(jié)果匯總、分析如表1。

試驗分析表直觀顯示Rmax=RE=6，說明E因素對汽車座椅靜態(tài)舒適性影響最大；其次RC=3，C因素對汽車座椅舒適性也有一定的影響，但不是最主要的因素；RD=3，D因素對靜態(tài)舒適性的影響甚小，此次試驗分析取樣中，該因素對試驗結(jié)果的影響約為0，綜上所述，分析得出E因素——發(fā)泡壓陷硬度是影響座椅靜態(tài)舒適性的最關(guān)鍵因素。

3 關(guān)鍵因素對標(biāo)設(shè)定

對標(biāo)是汽車工程開發(fā)過程中常用的工具之一，各主機廠在前期擬開發(fā)一款新車時，早已做過大量的市場調(diào)研，定義好對標(biāo)的競爭車型；某些主機廠（尤其是日系的主機廠）會將座椅舒適性作為單獨的課題定義其對標(biāo)車型，然而如何才能達到對標(biāo)車型座椅的舒適性呢？本文接下來針對影響座椅靜態(tài)舒適性的關(guān)鍵因素——發(fā)泡壓陷硬度展開對標(biāo)設(shè)定研究。

由于本人工作中主要負責(zé)日產(chǎn)項目的座椅開發(fā)，所有的相關(guān)測試數(shù)據(jù)以日產(chǎn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)展開，日產(chǎn)關(guān)于發(fā)泡壓陷硬度的測試標(biāo)準(zhǔn)NES0086的相關(guān)定義如下。

1）將發(fā)泡樣品放在托架上，將壓盤對準(zhǔn)硬度測試區(qū)域，對發(fā)泡樣品預(yù)壓4.9N力，記錄樣品高度h1。

2）升起壓盤，移去發(fā)泡樣品，？對托架預(yù)壓4.9N力，記錄托架高度h2。

3）樣品厚度h=h1-h2。

4）再將發(fā)泡樣品放在托架上，壓頭下壓加載至樣品厚度h的75%（h1高度為初始點），立即卸載。

5）卸載后立即加載至樣品厚度h的25%（h1高度為初始點），并停留20秒，此時的加載值為硬度值。

6）加載速度：10mm/sec。

7）壓盤需要萬向節(jié)接頭連接。

發(fā)泡壓陷硬度主要由發(fā)泡配方所決定，理論上相同配方原料制作的產(chǎn)品，其發(fā)泡壓陷硬度性能一致，但上述測試方法測試的發(fā)泡壓陷硬度值是基于厚度的百分比壓陷得出的客觀輸出值。不難看出，相同配方原料、相同厚度的發(fā)泡產(chǎn)品，測出的發(fā)泡壓陷硬度值也一致，但實際座椅舒適性開發(fā)對標(biāo)工作中，開發(fā)產(chǎn)品與對標(biāo)產(chǎn)品的發(fā)泡厚度一般不同。發(fā)泡壓陷硬度對標(biāo)無非就是要求開發(fā)產(chǎn)品與對標(biāo)產(chǎn)品的壓陷硬度性能一致，那么對標(biāo)問題也就轉(zhuǎn)化為相同配方原料、不同厚度的發(fā)泡產(chǎn)品，發(fā)泡壓陷硬度客觀測試值與發(fā)泡厚度的關(guān)系。

為此，實驗室和發(fā)泡工廠聯(lián)合制作了相同配方的300mm（W）*300mm（L）*25mm（t）、50mm（t）、75mm（t）、100mm（t）4種不同厚度的發(fā)泡樣塊各10塊，按NES0086標(biāo)準(zhǔn)測試發(fā)泡壓陷硬度值，并將100mm厚度發(fā)泡樣塊的平均壓陷硬度因子設(shè)為1，其余3種厚度發(fā)泡樣塊的平均壓陷硬度與之的比值所得比例修正因子為：25mm→0.68，50mm→0.78，75mm→0.88，100mm→1.00。

實際產(chǎn)品開發(fā)對標(biāo)時，根據(jù)實際的發(fā)泡厚度比例插值計算相應(yīng)的硬度修正因子，最終得出響應(yīng)的新產(chǎn)品發(fā)泡壓陷硬度值設(shè)計。

以下以某項目的扶手產(chǎn)品為例，計算發(fā)泡壓陷硬度值對標(biāo)：

1）對標(biāo)車型A的扶手發(fā)泡壓陷區(qū)域厚度 a=138.7mm。

2）新開發(fā)車型B的扶手發(fā)泡壓陷區(qū)域厚度b=88.2mm。

3）采用NES0086標(biāo)準(zhǔn)測試對標(biāo)車型產(chǎn)品硬度，硬度值為392N。

4）車型A與車型B扶手硬度測試區(qū)域厚度比：b/ a=88.2/138.7=63.4%。

5）用插值法確定泡沫ILD值修正因子x

（75-63.4）/（75-50）=（0.88-x）/（0.88-0.78）

=>x=0.83。

6）根據(jù)ILD值修正因子x確定新扶手硬度值h=392/xN=392/0.83N=472N。

實際工作中后續(xù)按以上發(fā)泡壓陷硬度對標(biāo)計算方法，將座椅中其它發(fā)泡（靠背發(fā)泡、坐墊發(fā)泡）都計算對標(biāo)設(shè)定了相應(yīng)的硬度值，并按此硬度值制作了舒適性樣件以遞交客戶端做舒適性評估。

4 靜態(tài)舒適性主管評價準(zhǔn)則建立

以往新車型開發(fā)過程中，舒適性樣件直接送往主機廠客戶端進行評估，由于沒有內(nèi)部自我評價，需經(jīng)過多次評估調(diào)整才能最終滿足客戶的舒適性要求。為了更有效達成舒適性要求，與主機廠舒適性評價專家討論，學(xué)習(xí)了靜態(tài)舒適性主要從以下幾方面評估：落座感、柔和性、包覆感、彈性、胸部支撐性、要不支撐性、臀部支撐性、大腿支撐性等?；谝陨鲜孢m性評估項，此新車型舒適性樣件送往主機廠客戶端評價前，公司內(nèi)部進行了自我評價與調(diào)整，通過每位評測者的打分對座椅總體舒適性進行主觀評價[2]，確保調(diào)整后自評總分得分為6.5分（客戶的舒適性目標(biāo)）。

5 舒適性樣件評價跟蹤

此次舒適性樣件的關(guān)鍵影響因數(shù)設(shè)計參照對標(biāo)車型對標(biāo)設(shè)定，為舒適性對標(biāo)提供了理論基礎(chǔ)；且舒適性樣件按照與客戶專家討論制定的評價項進行了3輪自我評價與微調(diào)，確保自我評價的舒適性結(jié)果滿足客戶定義的舒適性要求（>6.5分）后，再遞交客戶端進行評價。功夫不負有心人，這些充分的前期工作使得該車型開發(fā)首輪舒適性樣件一次性達標(biāo)通過客戶的舒適性審核。

參考文獻

[1]曹良良，董富娟.探討汽車座椅舒適性開發(fā)[J].中小企業(yè)管理與科技，2016（3）：285.

[2]王正華，喻凡，莊德軍.汽車座椅舒適性的主觀和客觀評價研究[J].汽車工程，2006，28（9）：817-819.