汽車座椅發(fā)泡厚度對乘用舒適性影響分析

作者：趙洪衛(wèi) 王 宜

單位：廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院

 

隨著汽車市場規(guī)模的擴大和汽車質(zhì)量的提高，人們對汽車外觀、性能以及乘用舒適性的要求越來越高。對滿足乘用舒適性需求而言，汽車座椅設計是一個關鍵因素。研究發(fā)現(xiàn)，汽車座椅發(fā)泡厚度對舒適性影響較大，屬于汽車座椅設計的關鍵性指標，該指標與乘用舒適性聯(lián)系緊密，而每個人對汽車座椅發(fā)泡厚度的要求也不同。所以，在汽車座椅設計環(huán)節(jié)，只有弄清壓陷深度以及彈性系數(shù)等與發(fā)泡厚度的關系，才有可能優(yōu)化汽車座椅的性能，提高乘客乘用的舒適性。

1  汽車座椅系統(tǒng)設計要求

  

汽車座椅系統(tǒng)構成復雜，除了頭枕、靠背、坐墊之外，還包括了座椅骨架等。駕駛員駕駛汽車時，汽車座椅起重要的作用，在長途駕駛期間若其舒適度不夠，會增加汽車駕駛員的疲勞感，讓駕駛員感到身體不適，甚至誘發(fā)安全問題。所以，在設計汽車座椅時，首先要考慮座椅的安全性問題，保障結(jié)構的穩(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。

 座椅系統(tǒng)設計時，要做好優(yōu)化創(chuàng)新，在兼顧其性能的基礎上考慮座椅設計的經(jīng)濟性，通過良好的座椅系統(tǒng)設計，營造舒適、放松的駕駛環(huán)境。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，46%的汽車消費者比較看重座椅舒適性，30%的消費者對汽車的外觀和耗油量比較重視，剩余23%的消費者則會側(cè)重于性價比。由此可見，汽車乘用舒適性已經(jīng)成為促進汽車銷量的重要指標。而汽車座椅舒適性實際上是與座椅設計的發(fā)泡厚度息息相關的。有研究表明：在座椅設計環(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)泡厚度指標對使用舒適性的影響

隨著生活質(zhì)量的提升，汽車成為了重要的出行工具，人們在購買汽車時不再單一看重性價比和使用性能，汽車座椅的舒適性受到關注。為了解座椅發(fā)泡厚度指標與汽車乘用舒適性的關系，需要選擇同一款型汽車和相同的路面進行測試，分別選擇厚度不同的汽車座椅發(fā)泡，借此驗證乘用舒適性與座椅發(fā)泡厚度的關系，為汽車座椅設計優(yōu)化提供借鑒。需要注意的是，在試驗環(huán)節(jié)座椅發(fā)泡厚度的選擇要結(jié)合實際，充分考慮汽車結(jié)構和整體安全性，以免出現(xiàn)測試風險。

2.1 壓陷深度與發(fā)泡厚度

壓陷深度與發(fā)泡厚度的關系密切。研究發(fā)現(xiàn)：壓陷深度指標直接受到汽車座椅發(fā)泡厚度影響。結(jié)合測試內(nèi)容可知，在座椅頂端硬度數(shù)值恒定時，采用的發(fā)泡厚度越大，實際的壓陷深度會越深。例如：當采用20 mm的發(fā)泡厚度時，壓陷深度可以達到12%；而當汽車座椅采用40 mm的發(fā)泡厚度時，此時的壓陷深度可以達到25%，壓陷深度等級明顯提升 。由此判斷，發(fā)泡越厚，汽車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應的，發(fā)泡厚度對座椅的釋放程度影響也比較直觀。在發(fā)泡厚度設計時，為達到理想設計狀態(tài)，提高消費者滿意度，應將汽車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系，給予駕駛者舒適的乘用體驗。

2.2 滯后損失率與發(fā)泡厚度

在座椅發(fā)泡厚度選擇時，滯后損失率不容忽視。該指標是指受外力拉伸后試片會出現(xiàn)收縮，收縮時所損失的功占據(jù)的比例。在汽車座椅設計中，滯后損失率是一項科學、有效評價汽車座椅舒適性的指標，該指標的變化受發(fā)泡厚度影響較大。例如：在汽車座椅設計環(huán)節(jié)采用 20 mm 的發(fā)泡厚度時，該指標可達27.5% ；當發(fā)泡厚度增加到40 mm時，該指標有所下降，維持在25%以下。隨著測試發(fā)泡厚度的增加，滯后損失率指標不斷下滑，當測試發(fā)泡厚度達到80 mm時，滯后損失率指標僅有19.7%左右，變化趨勢逐漸平緩。綜上分析，隨著發(fā)泡厚度的增加，滯后損失率會逐步降低，當發(fā)泡厚度大于80 mm時，滯后損失率下降趨勢會趨于穩(wěn)定，不會產(chǎn)生太大變化 。

2.3 阻尼系數(shù)與發(fā)泡厚度

汽車座椅的頂端硬度會隨著座椅阻尼系數(shù)的增大而減小，兩者之間成反比關系。進行相關試驗時，需要考慮到頂端硬度的影響，試驗可以分兩部分進行。一是在相同發(fā)泡厚度的前提下開展試驗，隨著頂端硬度提高，汽車座椅的阻尼系數(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。通過試驗可知，當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。例如：采用40mm的發(fā)泡厚度對阻尼系數(shù)測試時，阻尼系數(shù)可以達到1.1左右；可在同一環(huán)境中當發(fā)泡厚度變?yōu)?0 mm時，阻尼系數(shù)可以直接超過3.5。通過研究阻尼系數(shù)的變化規(guī)律，得出以下結(jié)論：隨著實際應用發(fā)泡厚度的增加（相同頂端硬度條件下），阻尼系數(shù)指標也將不斷提升，兩者的協(xié)同關系明顯  。而阻尼系數(shù)的增大，意味著汽車乘用舒適性也獲得了明顯的改善與提升，由此可以推斷通過調(diào)節(jié)發(fā)泡厚度，可達到實現(xiàn)汽車乘用舒適性最優(yōu)化的目的。

2.4 彈性系數(shù)與發(fā)泡厚度

 在汽車座椅設計中，彈性系數(shù)也是重要的指標，其表現(xiàn)和阻尼系數(shù)比較類似。研究發(fā)現(xiàn)，彈性系數(shù)與發(fā)泡厚度的關系同樣密切。在驗證相關說法時，要確保頂端硬度恒定這一重要的前提條件，并且記錄下測試數(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。測試結(jié)果如下：當頂端硬度為5.5kPa時，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)泡厚度測試時，此時最大的彈性系數(shù)值為0.5；而當測試發(fā)泡厚度增加到40 mm時，可以看到彈性系數(shù)已經(jīng)突破了2.5；當采用80 mm的發(fā)泡厚度進行測試時，實際彈性系數(shù)可以直接超過4。結(jié)合測試結(jié)果可看出，彈性系數(shù)與阻尼系數(shù)表現(xiàn)總體一致，都會受到發(fā)泡厚度的影響，并且彈性系數(shù)也成為評價座椅舒適性的重要指標 。因此，在進行座椅設計時需考慮到彈性系數(shù)與發(fā)泡厚度關系，將發(fā)泡厚度調(diào)整到最合理的區(qū)間，以滿足座椅舒適性的要求。

  

駕乘者坐到座椅上時，身體的75%重量都會由座椅來承擔?；诖?，合理的體壓分布是保障乘用舒適性的關鍵。在駕駛過程中，人體局部載荷會發(fā)生變形，將主要力量集中到腰部、臀部等部位。科學的座椅腰靠設計可以提供腰部支撐力，緩解駕駛員在使用時出現(xiàn)的腰部不適，營造舒適乘駕環(huán)境。結(jié)合上述研究發(fā)現(xiàn)，在進行有效的汽車座椅設計時，為達到理想的要求，確保座面可以提供舒適性體驗，在優(yōu)化座椅形態(tài)和結(jié)構的基礎上，還需要針對性調(diào)節(jié)發(fā)泡等組件厚度。實踐證明：設計環(huán)節(jié)中通過組件厚實性的改變，可改善座椅的硬度和支撐力，從而營造舒適的乘坐環(huán)境  。為此，研究座椅發(fā)泡厚度指標對使用舒適性的影響顯得至關重要。

3  未來汽車座椅設計的優(yōu)化建議

3.1 智能化座椅設計

隨著人工智能技術的不斷滲透，在人工智能等先進技術的加持下，未來的汽車座椅設計要合理突出智能化的特點，借此滿足駕乘人員的多元化需求。例如：在汽車座椅設計中，可以通過搭載傳感器對駕駛員和乘客的姿態(tài)進行數(shù)據(jù)采集，從而實現(xiàn)座椅硬度和支撐力的自動化調(diào)節(jié)，以提供更加舒適的服務，給予駕駛員和乘客個性化的舒適性體驗。

3.2 輕量化材料應用

在未來汽車座椅的設計中，除了要考慮智能化元素外，還要多使用輕量化材料，并提高設計者環(huán)保意識。目前環(huán)境壓力空前，能源需求與日俱增，在此背景下，為保障汽車使用的經(jīng)濟性，同時科學減少碳排放，可在座椅設計環(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度材料等，可以降低座椅的重量，以減少能源消耗，提高汽車的整體性能。實踐證明，輕量化材料的應用并不會降低座椅的舒適性，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的同時，提升汽車駕駛的穩(wěn)定性。

3.3 個性化座椅定制

個性化座椅定制會成為未來的主流趨勢?，F(xiàn)如今，社會大眾的消費能力顯著提升，在購買汽車產(chǎn)品時，除了重視汽車產(chǎn)品的外觀和性能外，對汽車使用的舒適性也極為重視。隨著汽車乘用舒適性標準的提升，汽車座椅的個性化設計將成為大眾的首選。個性化定制可以根據(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，滿足個性化需求。消費者可以根據(jù)自身的開車習慣、偏好等定制座椅，對座椅形狀等參數(shù)提出具體的要求，以實現(xiàn)最佳的支撐性和座椅乘坐舒適性，提高消費者滿意度。

3.4 環(huán)?？沙掷m(xù)性設計

未來的汽車座椅設計想要滿足大眾需求，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。汽車座椅環(huán)?？沙掷m(xù)性設計是指采用可再生材料替代傳統(tǒng)的汽車座椅制作材料，并采用新型的環(huán)保制造工藝完成座椅的設計，減少廢棄物；同時，控制資源的使用量，借此實現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的環(huán)保可持續(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，該材料無毒且環(huán)保，相比于傳統(tǒng)材料具有抗壓縮形變的優(yōu)勢。該材料的絕緣性和阻燃性比較理想，即使在極端的環(huán)境中該材料的耐機械疲勞性能也十分優(yōu)異，可滿足汽車座椅設計在減震、緩沖、隔音和防火等多方面的性能要求。此外，在汽車座椅設計時，為提升環(huán)?？沙掷m(xù)性，還要重視廢舊座椅的回收，盡可能實現(xiàn)閑置資源的轉(zhuǎn)化和利用，科學控制資源消耗，減輕環(huán)境壓力。

3.5 全方位乘坐舒適性考慮

汽車座椅設計需進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，為增強乘用舒適性體驗，還需要考慮通風性、加熱功能等。所以，可以考慮添加按摩功能等特色設計，給予駕乘人員健康乘坐體驗的同時，營造舒適的乘用環(huán)境。全方位乘坐舒適性考慮需要站在消費者角度，不斷優(yōu)化汽車座椅性能，保障消費者駕車的舒適和愉悅。

4  結(jié) 論

在汽車座椅設計中，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。通過合理調(diào)整座椅發(fā)泡厚度，可提高乘用舒適性，營造安全的駕乘環(huán)境。此外，需要不斷創(chuàng)新汽車座椅設計思路，通過輕量化、智能化等設計，推動汽車座椅設計不斷創(chuàng)新與發(fā)展。