座椅加熱墊失效分析及試驗(yàn)提升方案

張程

（宜賓凱翼汽車有限公司汽車研究院）

汽車座椅加熱功能屬于整車舒適感知配置之一，是汽車一大賣點(diǎn)，受到了汽車研發(fā)企業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注。人體與座椅接觸面的感知溫度體現(xiàn)了座椅的導(dǎo)熱和散熱特性，通過熱傳遞將熱量傳遞給乘坐者，以改善冬天時(shí)乘客乘坐冰涼座椅時(shí)產(chǎn)生的不舒適感。目前，由于技術(shù)來源、技術(shù)能力的差異，產(chǎn)品質(zhì)量、性能及工藝也有所不同，主要分為電阻絲或PET等加熱產(chǎn)品。

1 加熱墊的常見市場(chǎng)問題

1.1 加熱墊組成

座椅加熱是利用座椅內(nèi)的電加熱絲對(duì)座椅內(nèi)部加熱，如圖1所示。

先生們的故事中，有對(duì)工作數(shù)十年如一日的熱情與專注，有為夢(mèng)想激流勇進(jìn)的勇氣與決心，也有新環(huán)境下從零開始的信心與魄力。每篇故事都折射出對(duì)理想的堅(jiān)持與追求，詮釋著會(huì)計(jì)人“公、信、廉、密、勤、敏”的職業(yè)精神，窮且益堅(jiān)，不墜青云之志。愿先生們點(diǎn)點(diǎn)滴滴的人生故事匯聚成賦有希望、勇氣、力量的泉源，淌過每一位逆風(fēng)前行的奮斗者與追夢(mèng)人的心田，送去清涼的慰藉。

圖1 汽車座椅加熱模式

座椅加熱系統(tǒng)由座墊加熱墊、靠背加熱墊、加熱開關(guān)、加熱控制器、線束等組成，如圖2所示。加熱墊主要由加熱絲、無紡布基材、處理器控制模塊、線束總成組成。加熱開關(guān)，用于啟動(dòng)或者關(guān)閉座椅加熱功能，布置于座椅大護(hù)板上或中控面板上。加熱控制器為加熱系統(tǒng)ECU，用于控制和檢測(cè)加熱系統(tǒng)功能[1]。接車身端線束接插件，實(shí)現(xiàn)加熱系統(tǒng)與整車通訊連接，并支持整車電路自檢和整車線路的操控。

圖2 座椅加熱框架圖

1.2 加熱墊失效分析

加熱墊電加熱單元，由1根自上而下呈波浪型的加熱絲組成。在車輛生命周期內(nèi)，如果加熱絲過熱或受其他意外機(jī)械損傷，將引起整個(gè)加熱系統(tǒng)完全失效[2]。

(2)為什么稱f(x)為密度函數(shù)呢？物理中，一根不均勻的細(xì)棒已知線密度如何求其質(zhì)量？單位長(zhǎng)度的鐵棒質(zhì)量與密度有什么關(guān)系？學(xué)生對(duì)這一問題非常熟悉，當(dāng)然是密度越大，質(zhì)量越大。那么概率密度也具有這樣的特點(diǎn)，密度越大，概率越大。因此區(qū)間長(zhǎng)度一定，f(x)取值越大，則隨機(jī)變量的取值落在該區(qū)間的概率值越大。通過引導(dǎo)學(xué)生將概率密度和物理中的密度相類比，來理解密度函數(shù)的意義。

1）加熱墊電阻絲固定不充分，導(dǎo)致加熱墊材料滑落，折疊產(chǎn)生雙層金屬絲閉路，引起加熱墊燃燒[3]。此外，由于乘客經(jīng)常上下車，引起坐墊側(cè)翼加熱墊破裂，電路短路，引發(fā)座椅加熱絲燒斷。

將加熱元件平鋪放置固定工裝上，加熱元件底層和上層分別覆蓋5層125g/m2的無紡布，接通電源15 min，再斷開15 min為1個(gè)循環(huán)。2 500個(gè)循環(huán)后，加熱元件阻值變化應(yīng)在±15%內(nèi)；加熱系統(tǒng)性能應(yīng)在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)[11-13]；端子與電線連接應(yīng)符合QC/T 29106規(guī)定。

在最佳反應(yīng)條件下：總反應(yīng)時(shí)間為1.5 h，pH為3，間隔投加時(shí)間為20 min，采取1.5%，1.2%，0.9%的加藥量進(jìn)行多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

首先，閱讀指導(dǎo)材料陳舊。一般情況下，初中英語教師往往采用英語教材和訓(xùn)練習(xí)題，完成教學(xué)過程。從某種意義上而言，這些指導(dǎo)材料已經(jīng)缺乏了新穎性，無法調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。因此，初中英語教師需要及時(shí)更新英語閱讀資料，善于借助現(xiàn)代多媒體技術(shù)來搜索電子版的英語閱讀資料。此外，英語書籍，英語讀物等也是優(yōu)質(zhì)的英語閱讀材料?？傊?，缺少了有趣的英語閱讀書籍，初中生的閱讀興趣就會(huì)變差。長(zhǎng)此以往，也不會(huì)提高，英語閱讀技巧，形成了一種惡性循環(huán)的局面。

4）座椅加熱控制模塊未包含監(jiān)控和斷電功能，用于控制座椅加熱墊的電氣線束絕緣層可能由于長(zhǎng)期正常使用而發(fā)生磨損[4]，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)開啟后，車輛會(huì)向座椅加熱墊持續(xù)供電，在特定情況下駕駛員或乘客可能無法關(guān)閉座椅加熱功能[5]，從而導(dǎo)致座椅局部區(qū)域過熱或熔融。

2 加熱墊解決方案

座椅加熱模塊安裝于汽車座椅面套的中間位置，通電情況下應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，不得出現(xiàn)危及乘員安全的情況。

本試驗(yàn)?zāi)康氖菣z查座椅加熱元件的耐水性能，不適用于加熱單元采用裸露阻抗材料[10]的產(chǎn)品。將加熱元件平鋪放置在固定工裝上，底層和上層分別覆蓋5層125 g/m2的無紡布，在中心位置以1 L/min的速度倒上200 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鹽水。加熱墊接通電源，工作24 h。試驗(yàn)后工作無異常，表面無褶皺、臟點(diǎn)、分層及明顯氣泡，加熱元件阻值變化應(yīng)在±15%內(nèi)。

圖3 座椅加熱布置位置設(shè)計(jì)

2）座椅加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)適合不同環(huán)境、地域條件。試驗(yàn)結(jié)束后，加熱單元和線束不得出現(xiàn)斷線、短路、異常發(fā)熱、漏電、脫落和其他各種失效現(xiàn)象[6-9]；

4）加裝座椅加熱監(jiān)控模塊，嚴(yán)禁竄改程序，不能通過OTA刷新座椅加熱控制程序。

3）加熱墊到座墊泡沫距離不合理，在裝配中加熱墊金屬環(huán)形隆起處損壞，破裂中造成短路，引起過熱事故，需重新布置加熱墊元素和金屬絲距離邊緣。

3）用目視法檢測(cè)加熱元件外觀，表面應(yīng)無褶皺、臟點(diǎn)、分層及明顯氣泡，邊緣應(yīng)平滑、無明顯毛邊；

5）加熱絲布置于座椅面套與座椅泡沫之間時(shí)，面套復(fù)合或縫合泡沫厚度≤12 mm。座椅加熱墊與泡沫布置設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 座椅加熱墊與泡沫布置設(shè)計(jì)

3 加熱驗(yàn)證方案

本試驗(yàn)?zāi)康氖菣z查座椅加熱元件的耐腐蝕性能。將加熱元件平鋪放置固定工裝上，底層和上層分別覆蓋5層125 g/m2的無紡布，畫出加熱元件的2條對(duì)角線，在中心位置取1個(gè)點(diǎn)及距中心80 mm處的對(duì)角線上取4個(gè)點(diǎn)，在5個(gè)點(diǎn)的中心位置以1 L/min的速度分別倒上200 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鹽水、尿素、牛奶、可樂及清潔劑。然后加載電壓，工作24 h。試驗(yàn)后工作無異常，表面無褶皺、臟點(diǎn)、分層及明顯氣泡，加熱元件阻值變化應(yīng)在±15%內(nèi)。

心脈通膠囊對(duì)麻醉Beagle犬血流動(dòng)力學(xué)的影響 … ……………………………… 李 謙，等(4):406

3.1 耐鹽水試驗(yàn)

1）座椅加熱系統(tǒng)的加熱單元安裝后不易被乘用者感觸到；座椅加熱系統(tǒng)應(yīng)無污染、破損、開裂及皺褶等質(zhì)量缺陷。座椅加熱布置位置設(shè)計(jì)如圖3所示。

3.2 耐混合溶液試驗(yàn)

在整車開發(fā)中，需通過大量試驗(yàn)來驗(yàn)證座椅產(chǎn)品的加熱性能可靠性，規(guī)避車輛售后風(fēng)險(xiǎn)。

現(xiàn)有的工作重塑研究在解答如何激發(fā)員工創(chuàng)造力、提高個(gè)人和組織創(chuàng)新績(jī)效方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。一方面，現(xiàn)有研究雖然對(duì)工作重塑的前因變量和結(jié)果變量進(jìn)行了大量探索和驗(yàn)證，研究結(jié)論卻并不一致。如工作投入既被驗(yàn)證為工作重塑的結(jié)果，也被看做下一階段工作重塑的前因;組織實(shí)施的工作重塑干預(yù)，有時(shí)被證明對(duì)工作重塑行為有正向影響作用，有時(shí)也被證明對(duì)不同維度的工作重塑行為有相反作用。另一方面，現(xiàn)有研究針對(duì)組織環(huán)境對(duì)個(gè)人工作重塑的影響、個(gè)人工作重塑對(duì)周圍其他人的影響的研究還較欠缺?，對(duì)團(tuán)隊(duì)工作重塑、合作工作重塑等行為也研究不足。

3.3 加熱系統(tǒng)耐老化試驗(yàn)

3.3.1 溫控器耐老化性試驗(yàn)

對(duì)加熱墊溫控器施加13.5 V、8 A的功率，溫控器斷開再閉合為1個(gè)循環(huán)，50 000個(gè)循環(huán)后，記錄溫控器的斷開溫度和閉合溫度。試驗(yàn)后溫控器斷開溫度和閉合溫度的誤差應(yīng)在±3℃內(nèi)。

3.3.2 傳感器耐老化試驗(yàn)

將傳感器置于油槽中，經(jīng)過高低溫循環(huán)后，傳感器的阻值誤差應(yīng)在±3%內(nèi)。

3.3.3 加熱元件耐老化性試驗(yàn)

2）加熱墊線路管不耐溫度變化，車輛使用一段時(shí)候后塑料管脆且斷裂，產(chǎn)生了座墊線路斷路、短路，無法實(shí)現(xiàn)加熱。

3.3.4 啟動(dòng)壽命循環(huán)試驗(yàn)

對(duì)座椅加熱系統(tǒng)施加16 V電壓，激活加熱持續(xù)1 min，然后停止加熱1 min，再次激活加熱，完成1個(gè)測(cè)試循環(huán)。試驗(yàn)過程共完成5 000次循環(huán)。試驗(yàn)后，加熱墊控制單元不得出現(xiàn)斷線、短路、功能退化、異常發(fā)熱、漏電、脫落及覆蓋層損傷等失效，產(chǎn)品性能符合設(shè)計(jì)要求。

圖10為純水飽和條件下?lián)缴奥?0%混合物試樣的精度為100μm的掃描電鏡圖.由圖可知,膨潤(rùn)土顆粒黏附在砂顆粒表面,砂顆粒懸浮在膨潤(rùn)土顆粒之間,這驗(yàn)證了圖5中的砂顆粒與膨潤(rùn)土顆粒在混合物中的分布情況,也再一次說明本試驗(yàn)中的混合物試樣強(qiáng)度是由膨潤(rùn)土起主要作用.

3.4 顛簸蠕動(dòng)試驗(yàn)

座椅的模擬人體進(jìn)出耐久測(cè)試是一種比較符合實(shí)際使用情況的座椅舒適性和可靠性測(cè)試方法，能夠?qū)ψ蔚男阅苓M(jìn)行全面的測(cè)試和評(píng)價(jià)[3]。

將座椅總成安裝于顛簸蠕動(dòng)機(jī)上，振動(dòng)頻率為每分鐘（90±9）個(gè)循環(huán)，共20萬次循環(huán)；1個(gè)周期包括以下操作：將50分位假人試驗(yàn)儀器臀部放在座椅的H點(diǎn)上，并加載900 N。

試驗(yàn)開始前，檢查座椅加熱系統(tǒng)工作電流、加熱系統(tǒng)的電阻值并記錄。試驗(yàn)過程中，記錄設(shè)備檢測(cè)到的電阻值和工作電流，每5 000次循環(huán)記錄1次。當(dāng)超出設(shè)計(jì)值時(shí)，記錄對(duì)應(yīng)電阻值、工作電流及循環(huán)次數(shù)[14]。試驗(yàn)結(jié)束后，檢查工作電流及電阻并記錄。試驗(yàn)結(jié)束半小時(shí)后，檢查工作電流、靜態(tài)電流及電阻并記錄。電阻值誤差需在設(shè)計(jì)值的±10%以內(nèi)。加熱器組成部分不得出現(xiàn)斷線、短路、異常發(fā)熱、漏電、脫落及覆蓋層損傷等失效。

在時(shí)間為150 s及γ=30噪聲水平下,對(duì)機(jī)器人傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)位置信息進(jìn)行了測(cè)量,如圖2所示.通過顯示與原始節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際位置、估計(jì)位置,對(duì)MDS結(jié)合KL定位方法進(jìn)行了定性評(píng)價(jià).由于噪聲的影響,估計(jì)的位置與節(jié)點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)間存在較大的距離誤差.采用MDS和KL聯(lián)合定位方法,誤差的波動(dòng)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的MDS定位方法.

3.5 重物沖擊試驗(yàn)

在測(cè)試設(shè)備上對(duì)座椅加熱器座墊、靠背部分，分別進(jìn)行10次重物沖擊試驗(yàn)，每次檢測(cè)間隔1 min，檢驗(yàn)并記錄通斷結(jié)果。采用6 kg鉛球作為沖擊重物，座椅加熱器坐墊和靠背加熱單元按照設(shè)計(jì)狀態(tài)放在試驗(yàn)臺(tái)上，保證加熱墊與座墊和靠背粘貼固定。如圖8所示，進(jìn)行座椅加熱器座墊沖擊試驗(yàn)時(shí)，鉛球距座墊表面垂直高度1 m，在座椅H點(diǎn)水平正前方150 mm處正上方，自由落體落下，擊中座墊加熱單元的核心加熱區(qū)域。進(jìn)行座椅加熱器靠背沖擊試驗(yàn)時(shí)，座椅靠背與座墊呈正常垂直角度，鉛球擺錘圓心在位于座椅H點(diǎn)正上方，擺錘臂長(zhǎng)1 m，垂直擺角60°，以自由方式落下，擊中靠背與H點(diǎn)正上方150 mm處的加熱單元的主加熱區(qū)。試驗(yàn)結(jié)束后，加熱墊不得出現(xiàn)斷線、短路、功能單元異常發(fā)熱、漏電、脫落及覆蓋層損傷等失效[15]。

圖8 座椅加熱重物沖擊試驗(yàn)

4 結(jié)論

座椅加熱功能是汽車的一項(xiàng)重要功能，汽車座椅使用的頻繁性和使用環(huán)境復(fù)雜性，時(shí)常引發(fā)座椅加熱墊故障。只有在汽車研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮座墊和加熱墊關(guān)系、合理布置加熱絲，才能有效解決加熱墊失效問題。加熱系統(tǒng)需通過耐腐蝕試驗(yàn)、耐老化試驗(yàn)、疲勞耐久試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)的試驗(yàn)手段來驗(yàn)證是否滿足設(shè)計(jì)要求。