汽車(chē)座椅發(fā)泡厚度對(duì)乘用舒適性影響分析

作者：趙洪衛(wèi) 王 宜

單位：廣州汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司汽車(chē)工程研究院

 

隨著汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和汽車(chē)質(zhì)量的提高，人們對(duì)汽車(chē)外觀、性能以及乘用舒適性的要求越來(lái)越高。對(duì)滿(mǎn)足乘用舒適性需求而言，汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)是一個(gè)關(guān)鍵因素。研究發(fā)現(xiàn)，汽車(chē)座椅發(fā)泡厚度對(duì)舒適性影響較大，屬于汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性指標(biāo)，該指標(biāo)與乘用舒適性聯(lián)系緊密，而每個(gè)人對(duì)汽車(chē)座椅發(fā)泡厚度的要求也不同。所以，在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，只有弄清壓陷深度以及彈性系數(shù)等與發(fā)泡厚度的關(guān)系，才有可能優(yōu)化汽車(chē)座椅的性能，提高乘客乘用的舒適性。

1  汽車(chē)座椅系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

  

汽車(chē)座椅系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，除了頭枕、靠背、坐墊之外，還包括了座椅骨架等。駕駛員駕駛汽車(chē)時(shí)，汽車(chē)座椅起重要的作用，在長(zhǎng)途駕駛期間若其舒適度不夠，會(huì)增加汽車(chē)駕駛員的疲勞感，讓駕駛員感到身體不適，甚至誘發(fā)安全問(wèn)題。所以，在設(shè)計(jì)汽車(chē)座椅時(shí)，首先要考慮座椅的安全性問(wèn)題，保障結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，提高座椅的性能和舒適性，給予駕駛者優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)。

 座椅系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要做好優(yōu)化創(chuàng)新，在兼顧其性能的基礎(chǔ)上考慮座椅設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)良好的座椅系統(tǒng)設(shè)計(jì)，營(yíng)造舒適、放松的駕駛環(huán)境。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，46%的汽車(chē)消費(fèi)者比較看重座椅舒適性，30%的消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)的外觀和耗油量比較重視，剩余23%的消費(fèi)者則會(huì)側(cè)重于性?xún)r(jià)比。由此可見(jiàn)，汽車(chē)乘用舒適性已經(jīng)成為促進(jìn)汽車(chē)銷(xiāo)量的重要指標(biāo)。而汽車(chē)座椅舒適性實(shí)際上是與座椅設(shè)計(jì)的發(fā)泡厚度息息相關(guān)的。有研究表明：在座椅設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)座墊發(fā)泡厚度，可在某種程度改善乘用舒適性。

2  座椅發(fā)泡厚度指標(biāo)對(duì)使用舒適性的影響

隨著生活質(zhì)量的提升，汽車(chē)成為了重要的出行工具，人們?cè)谫?gòu)買(mǎi)汽車(chē)時(shí)不再單一看重性?xún)r(jià)比和使用性能，汽車(chē)座椅的舒適性受到關(guān)注。為了解座椅發(fā)泡厚度指標(biāo)與汽車(chē)乘用舒適性的關(guān)系，需要選擇同一款型汽車(chē)和相同的路面進(jìn)行測(cè)試，分別選擇厚度不同的汽車(chē)座椅發(fā)泡，借此驗(yàn)證乘用舒適性與座椅發(fā)泡厚度的關(guān)系，為汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)優(yōu)化提供借鑒。需要注意的是，在試驗(yàn)環(huán)節(jié)座椅發(fā)泡厚度的選擇要結(jié)合實(shí)際，充分考慮汽車(chē)結(jié)構(gòu)和整體安全性，以免出現(xiàn)測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 壓陷深度與發(fā)泡厚度

壓陷深度與發(fā)泡厚度的關(guān)系密切。研究發(fā)現(xiàn)：壓陷深度指標(biāo)直接受到汽車(chē)座椅發(fā)泡厚度影響。結(jié)合測(cè)試內(nèi)容可知，在座椅頂端硬度數(shù)值恒定時(shí)，采用的發(fā)泡厚度越大，實(shí)際的壓陷深度會(huì)越深。例如：當(dāng)采用20 mm的發(fā)泡厚度時(shí)，壓陷深度可以達(dá)到12%；而當(dāng)汽車(chē)座椅采用40 mm的發(fā)泡厚度時(shí)，此時(shí)的壓陷深度可以達(dá)到25%，壓陷深度等級(jí)明顯提升 。由此判斷，發(fā)泡越厚，汽車(chē)在行駛期間的座椅壓陷深度越深，隨著壓陷深度的提高，乘用舒適性獲得明顯的改善。需要注意壓陷深度和釋放程度是相對(duì)應(yīng)的，發(fā)泡厚度對(duì)座椅的釋放程度影響也比較直觀。在發(fā)泡厚度設(shè)計(jì)時(shí)，為達(dá)到理想設(shè)計(jì)狀態(tài)，提高消費(fèi)者滿(mǎn)意度，應(yīng)將汽車(chē)座椅壓陷深度作為重要的參考要素，充分考慮其與舒適性的關(guān)系，給予駕駛者舒適的乘用體驗(yàn)。

2.2 滯后損失率與發(fā)泡厚度

在座椅發(fā)泡厚度選擇時(shí)，滯后損失率不容忽視。該指標(biāo)是指受外力拉伸后試片會(huì)出現(xiàn)收縮，收縮時(shí)所損失的功占據(jù)的比例。在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)中，滯后損失率是一項(xiàng)科學(xué)、有效評(píng)價(jià)汽車(chē)座椅舒適性的指標(biāo)，該指標(biāo)的變化受發(fā)泡厚度影響較大。例如：在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)采用 20 mm 的發(fā)泡厚度時(shí)，該指標(biāo)可達(dá)27.5% ；當(dāng)發(fā)泡厚度增加到40 mm時(shí)，該指標(biāo)有所下降，維持在25%以下。隨著測(cè)試發(fā)泡厚度的增加，滯后損失率指標(biāo)不斷下滑，當(dāng)測(cè)試發(fā)泡厚度達(dá)到80 mm時(shí)，滯后損失率指標(biāo)僅有19.7%左右，變化趨勢(shì)逐漸平緩。綜上分析，隨著發(fā)泡厚度的增加，滯后損失率會(huì)逐步降低，當(dāng)發(fā)泡厚度大于80 mm時(shí)，滯后損失率下降趨勢(shì)會(huì)趨于穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生太大變化 。

2.3 阻尼系數(shù)與發(fā)泡厚度

汽車(chē)座椅的頂端硬度會(huì)隨著座椅阻尼系數(shù)的增大而減小，兩者之間成反比關(guān)系。進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)時(shí)，需要考慮到頂端硬度的影響，試驗(yàn)可以分兩部分進(jìn)行。一是在相同發(fā)泡厚度的前提下開(kāi)展試驗(yàn)，隨著頂端硬度提高，汽車(chē)座椅的阻尼系數(shù)也將變大；二是確保相同頂端硬度，調(diào)節(jié)不同的發(fā)泡厚度。通過(guò)試驗(yàn)可知，當(dāng)頂端硬度相同的狀態(tài)下，隨著發(fā)泡厚度的不斷提升，阻尼系數(shù)也呈現(xiàn)出了不斷上升的趨勢(shì)。例如：采用40mm的發(fā)泡厚度對(duì)阻尼系數(shù)測(cè)試時(shí)，阻尼系數(shù)可以達(dá)到1.1左右；可在同一環(huán)境中當(dāng)發(fā)泡厚度變?yōu)?0 mm時(shí)，阻尼系數(shù)可以直接超過(guò)3.5。通過(guò)研究阻尼系數(shù)的變化規(guī)律，得出以下結(jié)論：隨著實(shí)際應(yīng)用發(fā)泡厚度的增加（相同頂端硬度條件下），阻尼系數(shù)指標(biāo)也將不斷提升，兩者的協(xié)同關(guān)系明顯  。而阻尼系數(shù)的增大，意味著汽車(chē)乘用舒適性也獲得了明顯的改善與提升，由此可以推斷通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)泡厚度，可達(dá)到實(shí)現(xiàn)汽車(chē)乘用舒適性最優(yōu)化的目的。

2.4 彈性系數(shù)與發(fā)泡厚度

 在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)中，彈性系數(shù)也是重要的指標(biāo)，其表現(xiàn)和阻尼系數(shù)比較類(lèi)似。研究發(fā)現(xiàn)，彈性系數(shù)與發(fā)泡厚度的關(guān)系同樣密切。在驗(yàn)證相關(guān)說(shuō)法時(shí)，要確保頂端硬度恒定這一重要的前提條件，并且記錄下測(cè)試數(shù)值，以便加以分析，掌握不同發(fā)泡厚度下的彈性系數(shù)的變化規(guī)律。測(cè)試結(jié)果如下：當(dāng)頂端硬度為5.5kPa時(shí)，采用不同的發(fā)泡厚度，所得到的彈性系數(shù)存在明顯差異。例如：采用20 mm的發(fā)泡厚度測(cè)試時(shí)，此時(shí)最大的彈性系數(shù)值為0.5；而當(dāng)測(cè)試發(fā)泡厚度增加到40 mm時(shí)，可以看到彈性系數(shù)已經(jīng)突破了2.5；當(dāng)采用80 mm的發(fā)泡厚度進(jìn)行測(cè)試時(shí)，實(shí)際彈性系數(shù)可以直接超過(guò)4。結(jié)合測(cè)試結(jié)果可看出，彈性系數(shù)與阻尼系數(shù)表現(xiàn)總體一致，都會(huì)受到發(fā)泡厚度的影響，并且彈性系數(shù)也成為評(píng)價(jià)座椅舒適性的重要指標(biāo) 。因此，在進(jìn)行座椅設(shè)計(jì)時(shí)需考慮到彈性系數(shù)與發(fā)泡厚度關(guān)系，將發(fā)泡厚度調(diào)整到最合理的區(qū)間，以滿(mǎn)足座椅舒適性的要求。

  

駕乘者坐到座椅上時(shí)，身體的75%重量都會(huì)由座椅來(lái)承擔(dān)?；诖?，合理的體壓分布是保障乘用舒適性的關(guān)鍵。在駕駛過(guò)程中，人體局部載荷會(huì)發(fā)生變形，將主要力量集中到腰部、臀部等部位?？茖W(xué)的座椅腰靠設(shè)計(jì)可以提供腰部支撐力，緩解駕駛員在使用時(shí)出現(xiàn)的腰部不適，營(yíng)造舒適乘駕環(huán)境。結(jié)合上述研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行有效的汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)時(shí)，為達(dá)到理想的要求，確保座面可以提供舒適性體驗(yàn)，在優(yōu)化座椅形態(tài)和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，還需要針對(duì)性調(diào)節(jié)發(fā)泡等組件厚度。實(shí)踐證明：設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中通過(guò)組件厚實(shí)性的改變，可改善座椅的硬度和支撐力，從而營(yíng)造舒適的乘坐環(huán)境  。為此，研究座椅發(fā)泡厚度指標(biāo)對(duì)使用舒適性的影響顯得至關(guān)重要。

3  未來(lái)汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)的優(yōu)化建議

3.1 智能化座椅設(shè)計(jì)

隨著人工智能技術(shù)的不斷滲透，在人工智能等先進(jìn)技術(shù)的加持下，未來(lái)的汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)要合理突出智能化的特點(diǎn)，借此滿(mǎn)足駕乘人員的多元化需求。例如：在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)搭載傳感器對(duì)駕駛員和乘客的姿態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而實(shí)現(xiàn)座椅硬度和支撐力的自動(dòng)化調(diào)節(jié)，以提供更加舒適的服務(wù)，給予駕駛員和乘客個(gè)性化的舒適性體驗(yàn)。

3.2 輕量化材料應(yīng)用

在未來(lái)汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)中，除了要考慮智能化元素外，還要多使用輕量化材料，并提高設(shè)計(jì)者環(huán)保意識(shí)。目前環(huán)境壓力空前，能源需求與日俱增，在此背景下，為保障汽車(chē)使用的經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)科學(xué)減少碳排放，可在座椅設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)多使用輕量化材料。輕量化材料主要是指碳纖維材料和新型高強(qiáng)度材料等，可以降低座椅的重量，以減少能源消耗，提高汽車(chē)的整體性能。實(shí)踐證明，輕量化材料的應(yīng)用并不會(huì)降低座椅的舒適性，反而可以確保良好的彈性和支撐性，為駕駛員提供舒適體驗(yàn)的同時(shí)，提升汽車(chē)駕駛的穩(wěn)定性。

3.3 個(gè)性化座椅定制

個(gè)性化座椅定制會(huì)成為未來(lái)的主流趨勢(shì)?，F(xiàn)如今，社會(huì)大眾的消費(fèi)能力顯著提升，在購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)產(chǎn)品時(shí)，除了重視汽車(chē)產(chǎn)品的外觀和性能外，對(duì)汽車(chē)使用的舒適性也極為重視。隨著汽車(chē)乘用舒適性標(biāo)準(zhǔn)的提升，汽車(chē)座椅的個(gè)性化設(shè)計(jì)將成為大眾的首選。個(gè)性化定制可以根據(jù)使用者自身的需求和身體條件，調(diào)整相應(yīng)的發(fā)泡厚度、硬度等，確保座椅可以和身體最大程度貼合，滿(mǎn)足個(gè)性化需求。消費(fèi)者可以根據(jù)自身的開(kāi)車(chē)習(xí)慣、偏好等定制座椅，對(duì)座椅形狀等參數(shù)提出具體的要求，以實(shí)現(xiàn)最佳的支撐性和座椅乘坐舒適性，提高消費(fèi)者滿(mǎn)意度。

3.4 環(huán)?？沙掷m(xù)性設(shè)計(jì)

未來(lái)的汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)想要滿(mǎn)足大眾需求，除了看重舒適性之外，注重環(huán)保和可持續(xù)性也是重要的發(fā)展方向。汽車(chē)座椅環(huán)保可持續(xù)性設(shè)計(jì)是指采用可再生材料替代傳統(tǒng)的汽車(chē)座椅制作材料，并采用新型的環(huán)保制造工藝完成座椅的設(shè)計(jì)，減少?gòu)U棄物；同時(shí)，控制資源的使用量，借此實(shí)現(xiàn)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展。

例如：SBR（丁苯橡膠）泡綿是一種新研發(fā)的環(huán)保發(fā)泡材料，該材料無(wú)毒且環(huán)保，相比于傳統(tǒng)材料具有抗壓縮形變的優(yōu)勢(shì)。該材料的絕緣性和阻燃性比較理想，即使在極端的環(huán)境中該材料的耐機(jī)械疲勞性能也十分優(yōu)異，可滿(mǎn)足汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)在減震、緩沖、隔音和防火等多方面的性能要求。此外，在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)時(shí)，為提升環(huán)?？沙掷m(xù)性，還要重視廢舊座椅的回收，盡可能實(shí)現(xiàn)閑置資源的轉(zhuǎn)化和利用，科學(xué)控制資源消耗，減輕環(huán)境壓力。

3.5 全方位乘坐舒適性考慮

汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)需進(jìn)行全方位乘坐舒適性考慮。在具體工作中，除了要考慮傳統(tǒng)的硬度、發(fā)泡厚度、彈性系數(shù)、阻尼系數(shù)等參數(shù)外，為增強(qiáng)乘用舒適性體驗(yàn)，還需要考慮通風(fēng)性、加熱功能等。所以，可以考慮添加按摩功能等特色設(shè)計(jì)，給予駕乘人員健康乘坐體驗(yàn)的同時(shí)，營(yíng)造舒適的乘用環(huán)境。全方位乘坐舒適性考慮需要站在消費(fèi)者角度，不斷優(yōu)化汽車(chē)座椅性能，保障消費(fèi)者駕車(chē)的舒適和愉悅。

4  結(jié) 論

在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)中，為保障乘用舒適性，座椅發(fā)泡厚度不容忽視。隨著發(fā)泡厚度的改變，壓陷深度、阻尼系數(shù)等都將發(fā)生明顯的變化。通過(guò)合理調(diào)整座椅發(fā)泡厚度，可提高乘用舒適性，營(yíng)造安全的駕乘環(huán)境。此外，需要不斷創(chuàng)新汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)思路，通過(guò)輕量化、智能化等設(shè)計(jì)，推動(dòng)汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)不斷創(chuàng)新與發(fā)展。