【干货】汽车座椅简介


为了舒适这件事,汽车座椅一直在不断激发更大潜能。
【干货】汽车座椅设计规范
静态舒适性:比沙发更人体工程学
在人们最早的观念里面,汽车座椅是一把椅子,和布置在客厅里的沙发无异。
最早的、可以被称为舒适的汽车座椅就是一张大沙发,拥有超大的海绵和柔软舒适的弹簧,一屁股下去贼柔软。

你可能会问,这并不是汽车座椅的最早形态。说的对。但更早前的座椅就是一个板凳垫块软垫,和舒服完全沾不上边
由于缺少支撑,这种座椅久坐会腰酸背痛。在那个时代这么做无可厚非,因为过高的故障率和高油耗,最早的汽车本来就不适合连续长途驾驶。
但随着汽车工业发展,我们越来越需要汽车扩展生活边界。这时柔软的沙发式座椅彻底暴露了弊端。
雪佛兰Impala算是这类座椅最后的荣光,它有着美式肌肉车骚气的外观,5.3升V8发动机。这款车一经推出就成爆款,1960款总产量接近51.2万辆,1965年更是单年销量突破百万辆。

1969年美国《国家交通和机动车安全法》发布法规,强制要求新车必须装配座椅头枕才能在北美市场上市。随着汽车座椅法规的不断推出和加强,逐步发展下来,现代汽车座椅找到了思路——提升人体跟座垫和靠背之间的接触面积,并避免最大压力分布在腿部区域。
为什么这么说呢?
因为从人体工程学角度出发,尽量让靠背和屁股受力,人不容易累,如果压力主要集中在腿部,腿一直紧绷着,就像是扎马步一样,谁用谁难受。
下面是汽车座椅的剖面结构,它的内部有很多组成。将以上需求转换成工程语言,就是要把座椅的造型、骨架、发泡进行优化。
   
整椅系统命名,图片举例前排座椅,中后排类似。
   

座椅靠背(Seat Back):支持乘客的背部。
具有角度调整功能,且使用频率较高。
拓展具有腰托调节和侧翼调节功能,最新还有肩部调节需求等。
座椅座垫(Seat Cushion):支持乘客的坐骨和大腿。
坐骨是骨盆里三大骨头最低的。
具有前后调节、高度调节、坐盆倾角调节等功能。
侧背垫(Wing/Bolster):位于靠背外侧部分,预防乘员上半身左右晃动。
靠背两侧均有,且分为内外侧。
有的侧背垫会有侧翼调节的功能,以满足不同体型乘客。
侧翼(Bolster):位于座垫外侧部分,预防乘员下半身左右晃动。
座垫两侧均有,且分为内外侧。
与侧背垫相似。
座垫/靠背正面(Insert):位于座垫/靠背中间。
可以与侧背垫和侧叶使用不一样的面套材料。
通风加热的主要面,一般装饰线也较多。
    主要组成座椅的部件:

座椅骨架(Seat Frame):座椅框架结构及安全性能的基础。
必须符合所有静态和动态的负荷要求。
为座椅提供机械结构。
为发泡和悬挂结构提供支持(安装、支撑等)。
为装载面套、配件等提供结构支持。


座椅安全CAE分析,主要考察骨架
悬挂结构(Suspension):座椅框架结构及安全性能的基础。
为乘客提供支撑
提供舒适的压力分布
吸收震动和冲击
提供功能模块,电气零部件的安装接口(通常是座垫悬挂)

头枕(Head Restraint):在事故中预防头部和颈部的伤害(Whiplash挥鞭伤)。
可多向调节(上下,前后,睡眠...)也可以固定不动。
可提供多种拓展功能(音乐头枕、头枕显示屏...)。
市场现在对后排头枕提出了更多性能要求,满足多变车内空间(一键解锁,一键折叠等...)

泡沫总成(Foam Assy):提供人体支撑最主要的部件。
泡沫里面还会预埋钢丝提供面套固定,或者开口避让。
可以用不同硬度的泡沫来分区域给人体提供更好的支撑。
针对座椅骨架或者头枕有嵌入式发泡和装配发泡不同形式。

面套(Trim):与人体接触最多的座椅部件,有功能性和美观的作用。
有整体式面套和剪裁面套(Cut&Sew)。
表面材料:真皮、泡沫垫、PVC、织物面料、地毯布 & 无纺布、其它。

塑料件(Plastic):满足座椅功能性需求和外观需求。
为座椅提供面套更难实现的造型。
为座椅提供面套无法进行的遮蔽。
满足座椅功能需求,提供一定强度机构零件,例如解锁手柄、塑料滑槽等。

扶手(Arm Rest):为乘客提供放松手臂的地方。
有固定式扶手、单臂扶手、后排中央扶手等不同类型。
扶手内还集成杯托、储物盒等功能性部件。
豪华扶手还会有大量车辆操作按键甚至显示屏等功能性部件。
随着技术发展,扶手还可能会继承Type-C快充,无线充电等要求。

调角器(Recliner):通常是满足座椅靠背调节需求,也有用于腿托和座椅其他结构上的,例如零重力座椅,前后翻转座椅等。
区分为电动和手动功能,无级调节和有级调节等。
锁止时为座椅提供足够的强度,大部分500Nm~5000Nm。
通常成对使用,也可以单个使用(较老座椅使用单个调角器可以降低成本)。

滑轨(Track):通常时满足座椅前后调节需求,也用于座椅横向调节或其他。
滑轨有电动手动之分,无级调节和有级调节之分,由于现在MPV和多功能第二排座椅的流行,还有大量长滑轨的应用等等区别。
滑轨锁止时也为座椅提供足够的强度,分为剥离强度和锁止强度,有时强度不够时,座椅还会提供抱箍结构为滑轨加强。
通过滑轨截面不同,还会分为M型轨和高低轨等等。

高调机构(Height Adjuster):通常是满足主驾座椅整体高度调节,满足不同体型司机的驾驶姿势需求。
区分为电动和手动功能,一般只有主驾才有,行程大约都60mm左右。
有多种调高形式,齿轮齿板、齿轮齿条、电动丝杆等等。
一般为单侧高调,特殊应用情况下可能需要双侧。

大/小腿托(Cushion Length Adjuster/Leg support):满足乘员大腿支撑调节或者小腿支撑调节。
大腿托也就是座垫长度调节,主要也是提供足够的大腿支撑。
小腿托也分为两向腿托和四向腿托,也分为无缝腿托和有缝腿托。
电动小腿托驱动方式也有丝杆电机和调角器电机不同形式。

除以上提到的种种组成部件外,座椅还有丰富的其他功能配置,例如座垫旋转(Tilt)、肩部调节(Shoulder Adjust)、腰托(Lumber Support)、脚托(Foot Support)等等。
其中座椅最重要的还是舒适性。
发泡对于座椅舒适性影响的指标主要是硬度、静刚度、回弹性以及体压分布等。拿回弹率来说,评价它好坏有一个常用方法。
就像运动员测试乒乓球会反复测试它的弹跳一样,我们可以将一定重量的小钢球从特定高度自由释放,测试钢球反弹的高度。一般要求回弹率大于60%,高级的座椅回弹率甚至可以超过90%。

工程师还研发出了“体压分布垫”的黑科技产品,用来研究屁股的感受。他们会在体压分布垫上集成密密麻麻的压力传感器,人坐上后设备将实时采集臀部和背部的压力数据。
以往人只能凭感觉说出来的东西,现在也能用数据直观体现。压力分布云图上哪个部位的体压过大、哪个部位的支撑性不足一目了然。

这东西就像人体热成像,身体哪里发热高,以前只能凭感觉,现在一目了然
怎么读懂这些图是有诀窍的。优等座椅要求压力分布中是以坐骨关节点为中心,向外与体位相适应地由大变小。质量差的座椅则会呈现出腰椎部的支持压力很低,甚至没有压力,在关节点之外出现了使人有异物感的峰值压力,呈现出左右不对称、不协调的压力分布。所以一款高级的汽车座椅,绝对不是凭感觉而来,它有严密的设计逻辑和验证方法。
汽车座椅作为汽车内饰中与人交流极多的产品,不可能一成不变。新能力加入不是借口,汽车座椅必须持续保持舒适。
目前行业最火热的害死零重力座椅,关于零重力座椅,可以参考下面的几篇文章:
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