汽車座椅舒適性改進的方法分析

鄒志軍

（東風柳州汽車有限公司 545005)

0 引言

汽車誕生之初，其制造難度高，采用的材料較貴重，象征著貴族身份。到了20世紀之初，汽車工業(yè)有了突飛猛進的發(fā)展，逐漸成為了現(xiàn)代人類日常交通工具。隨著工業(yè)發(fā)展，汽車內(nèi)飾成為了一門嶄新的科學，作為汽車內(nèi)飾的重點元素，現(xiàn)代座椅設計是集人機工程學、控制工程、機械振動、統(tǒng)計學及生理學等為一體的跨學科綜合性產(chǎn)物。

1 汽車座椅結(jié)構(gòu)和功能概述

一般汽車座椅主要是由骨架、面套、發(fā)泡、頭枕以及調(diào)節(jié)裝置5部分組成[1]。作為汽車的核心部分，座椅的作用首先是為其他附件提供連接面，其次是對旅客的靜態(tài)或動態(tài)負荷提供支撐。面套采用不同的風格、顏色或紋理是座椅體現(xiàn)出獨特的外觀和觸感的一種附件設備。發(fā)泡主要作用是支撐、減震和緩沖作用，通過良好的靜彈性和動彈性作用使得乘客具有良好的舒適性。頭枕的設計主要目的是防止或者減輕乘客與車體的沖擊。調(diào)節(jié)裝置是按照不同的乘客而針對性的設計，一般車輛的調(diào)節(jié)裝置具有調(diào)角器、升高器等。

座椅的一般功能總結(jié)起來有以下3點。

（1）良好的支撐和約束使得駕駛員能夠擁有更廣闊的視野及對汽車更好的操控。

（2）能夠為乘客提供安全舒適的乘坐環(huán)境。

（3）當出現(xiàn)意外事故時，通過座椅的特殊功能可以為乘客或者駕駛員盡可能的提供安全保障。

所以，座椅對于汽車的作用是顯而易見的，關乎汽車行駛的平順性、駕乘人員的安全和舒適性。

2 汽車座椅開發(fā)的一般步驟

通常來說整車的開發(fā)與設計是一個漫長而復雜的過程，而座椅的開發(fā)與設計是整車開發(fā)的一個階段，一般是在整車開發(fā)的OEM發(fā)布A面造型數(shù)據(jù)及風格階段后開始進行，可以從以下4個階段設計。

（1）項目預研階段，該階段需要對整車進行預研，對當前車型所處于的目標市場進行解析，然后采用Benchmark對座椅進行分析，配置對標車型的座椅，考慮座椅在整車中的布置、所滿足的功能、需要使用材料和座椅結(jié)構(gòu)等統(tǒng)計和整合資料，從而初步得到座椅的構(gòu)型。

（2）設計開發(fā)階段。在步驟(1)的基礎上，對座椅的構(gòu)型效果圖及可行性方案進行分析研究，然后完成座椅骨架及其附件設計。該階段任務繁重，需要做出大量分析，獲取可行性數(shù)據(jù)。

（3）設計驗證階段。對步驟(2)中獲取的原始數(shù)據(jù)進行根據(jù)市場及國家標準規(guī)格的要求，然后進行座椅強度分析并根據(jù)結(jié)果進行改進優(yōu)化，然后做出手工樣件進行實驗驗證，在驗證過程中出現(xiàn)的問題做出相應的修改，然后再重復進行實驗驗證直至符合設計要求，最后將數(shù)據(jù)凍結(jié)。

（4）產(chǎn)品導入階段。根據(jù)步驟(3)中得到的凍結(jié)數(shù)據(jù)對模具進行開發(fā)。

3 汽車舒適性改進方法分析

舒適性是汽車開發(fā)階段必須考慮的一個重要因素，旅客的舒適性感受主要包括靜態(tài)舒適性、動態(tài)舒適性及操作舒適性3種，在相關國家標準規(guī)范中要求座椅的A面曲率半徑及表面突出部分高度需要達到理想的體分壓模式，其目的是用來約束座椅，詳細規(guī)定如下所示。

（1）需要將駕乘人員的體重以大面積和小壓強需要在座椅的坐墊和靠背進行合理的分布。

（2）需平滑的分布壓力，不允許出現(xiàn)突變情況。

（3）座椅的坐墊要是人體的坐骨部位承受最高的壓力，然后再逐漸的向四周減小。

（4）靠背上的體分壓要以腰部部分壓力最高，從而實現(xiàn)對腰部良好支撐。

影響乘客舒適性因素主要包含：一是乘客的主管感知，即生理和心理感知；二是壓力分布，包含坐墊和靠背的壓力分布；三是振動與噪聲，即在汽車設計中稱為NVH，這是非常關鍵的問題。

針對以上問題，將后排座椅進行改進優(yōu)化，提出可調(diào)式后排座椅，根據(jù)新式背鎖的設計結(jié)構(gòu)，在靠背鎖位置處增加鎖止檔位，構(gòu)建可調(diào)式后排座椅靠背骨架，從而實現(xiàn)后排座椅的可調(diào)性。

后排座椅骨架中，主要的框架結(jié)構(gòu)一般是由圓管和冷軋?zhí)妓乇“褰M成，當汽車發(fā)生意外事故，它們是碰撞能力的主要承擔著。通過對座椅靠背骨架傳力分析，得到整個結(jié)構(gòu)中的部件在受到外來碰撞時，整個結(jié)構(gòu)各元件的力傳遞過程，這是座椅設計的必不可少部分。在對材料的選擇方面，需要注意到材料的屬性，包括強度屬性、變形屬性以及質(zhì)量屬性，從而選擇初可行的、經(jīng)濟的材料。在對座椅的改進需要租到合理選擇骨架的尺寸，合理對座椅骨架上的附屬零件進行部署以及必須保證座椅骨架與車身連接部位可靠。

3.1 具體改進方法

（1）可調(diào)式汽車后排座椅結(jié)構(gòu)型式。文中選擇目前應用最為廣泛的分體式靠背結(jié)構(gòu)。按照骨架形式一般分為線性結(jié)構(gòu)、管式結(jié)構(gòu)、板管結(jié)構(gòu)以及板板結(jié)構(gòu)4種，文中選擇強度較高的板管式結(jié)構(gòu)，其原因在于生產(chǎn)工藝簡單、成本可控性較高、整體強度較大以及與座椅發(fā)泡的設計配合較好。

（2）可調(diào)式后排座椅骨架外形約束。外形約束是指座椅背靠骨架Y向間距限制和Z向間距限制，如下圖1所示。

圖1 框架尺寸

（3）材料選擇上。后排座椅骨架采用鋼管和鋼板焊接而成，鋼管的選材將會直接影響汽車后排座椅的重量、強度、剛度，所以要盡量選擇強度、剛度較高的材料，并且需要考慮重量、成本等因素，因為后排座椅的骨架所使用的材料主要是由鋼管和管板焊接而成，選材將會直接對汽車后排座椅的重量、強度和剛度進行影響。本文主要考慮選擇以下表一所示材料。

圖2 各種材料比較

4 結(jié)束語

汽車的設計與開發(fā)是一項漫長而繁瑣的項目，汽車座椅是汽車的重要組成部分，座椅的舒適性將會直接影響到乘客、駕駛員的體驗。目前，汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車的用途不僅僅是作為交通工具如此簡單，而更多的是作為一種藝術品來對待，所以汽車座椅舒適性就至關重要，也是將在強大的汽車市場競爭的主要點。因此，汽車座椅舒適性的改進具有重要的意義。

[1]李光耀.汽車內(nèi)飾件設計與制造工藝[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.8.