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造一款“移动大沙发”,并不是你想象中那么容易

来源: 雅斯顿  作者:Volador
2019-01-17 08:57:38
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  沙发的起源最早可追溯到2000年前的古埃及时代,那时的人们用木桩或石头做成供人坐的工具,后来发现在上面铺上兽皮坐起来更舒服一点,这就是沙发的雏形。但到1885年,奔驰一号使用的座椅还非常简陋,仅采用了木板+简单填充物+皮质包裹的工艺,连背部支撑都没有,汽车这个交通工具似乎没沾到半点人类智慧结晶的光。

  事实上此后很多年,汽车座椅只不过是作为“边缘”配件而才能在,相比于动力系统羸弱带来的不适感,屁股和颈椎那点疼痛感都算不上啥。但哪能说这些体验不重要呢,由屁股延伸至后背直至颈椎的欢愉感,可是我们被塞进这个狭小空间后仅剩下的一点追求。

  当然赛车手可能不这么想,毕竟F1的座椅到现在都是灾难,赛车的座椅为了轻量化可以舍弃掉一切舒适性。可放在赛车上遭罪也就罢了,即便在乘用车领域,汽车座椅发展到如今,想要造得舒服也是一件难事。

  1什么是动态舒适性?

  要说汽车座椅和沙发最大的不同,在于汽车是移动的。因为需要移动,汽车座椅不可避免地会经常会受到来自车身的各种冲击,所以它不可能像沙发那样做得足够舒软,否则人坐上去就好像坐船一样,遇到点大的风浪,就会摇晃得厉害。

  比如1911年的雪佛兰Classic Six引领的前排连通式座椅大潮,因采用了沙发的设计思维,不仅乘坐空间增大,前排座椅的静态舒适性也有了大幅提升。但很快大家发现这种座椅的支撑性不够,汽车动起来后就不是那么回事了。

  举例来说,因为没有设计防前滑鼓包,在紧急制动时,人体会相对汽车座椅接触面前移。好在美国盛产各种大直高速公路,此类问题不至于暴露得特别厉害。

  但这种老式的设计放在现代显然是不再合适,毕竟现代人变得更加挑剔了。我们知道当物体发生振动时,在特定的情况下还会出现共振。共振危害极大,比如可以使大桥、房屋以及其它的建筑物瞬间倒塌,甚至还危及到人类的心脏使血管破裂。虽然汽车座椅不会因此发生断裂,但舒适性会大打折扣,轻则容易引起疲劳、犯困等反应;重则产生头晕以及呕吐。

  为了形象表述这个问题,我们将汽车在运动状态下通过座椅骨架以及软垫将振动传递到人体的舒适特性,称为动态舒适性。研究表明,人体对4~8Hz频率的振动最为敏感,而解决问题的关键就在刚度和阻尼系数上,前者决定座椅的共振频率,后者决定座椅的振动衰减特性。二者类似于发动机动力峰值和特性曲线的关系。

  总之,为了获得最佳的动态舒适性,工程师需要在对座椅进行减振、隔振,并强化座椅的刚度,使振动传递到人体时降为最小。个中手段也比较多样,比如在汽车悬架上安装各种各样的减振弹簧、减振减压系统以及空气弹簧,控制汽车的固有频率并增加阻尼;又或者优化座椅自身的刚性,增加软垫厚度等。

  2想要造得舒适,难度很高

  然而,虽然知道解决问题的理论方向,情况却并不乐观。要知道,汽车座椅动态舒适性早就是国家强检项目了,国标QC/T55中明确规定了汽车座椅动态舒适性试验方法。但就我了解到,国内对动态舒适性的自主研究能力并不强,还需要大量借鉴海外企业的经验。

  可是在主机厂主导研发能力不强的情况下,整车系统和座椅各自处在单兵作战的状态,即便采购了外资企业的座椅产品,但始终不得其法,依然会出现各种各样的问题。

  举例来说,我们知道提升感官上的体验是设计中非常难得一件事,比如靠背和座垫一般由发泡海绵外加座椅蒙皮组成,现在的发泡海绵一般采用高回弹的聚氨酷发泡而成,但不同配方的发泡料得到的海绵的物理性能不同,在一定程度上影响座椅乘坐的舒适性,所以即便厚度相同的发泡海绵,乘坐感也是会不同的。

  不得不说日产的座椅设计能力很厉害,比如SLAB结构、高衰减发泡以及弹簧骨架结构,就能起到很好的提升刚度和阻尼系数的效果。像天籁座椅的坐盆布置有整体式弹簧,相比于无弹簧的钣金式结构,当驾驶人员落座时,弹簧骨架可以起到良好的缓冲作用,提升驾乘体验。

  3汽车座椅早就过了唯舒适性论了

  虽然汽车座椅的舒适性处在非常重要的位置,但大约是上世界60年代开始,人们开始意识到座椅安全性的重要性。比如汽车座椅头枕就是从这个时期开始走向大众视野,早前的汽车座椅因为没有头枕,在受到剧烈冲击时,对颈部的伤害会非常大。

  注:鞭打测试动图

  作为汽车强国,美国在1966年就率先强制规定了汽车座椅的构造与固定的相关要求,还在1969年进一步强制汽车企业所生产的新车必须配备头枕以保障驾乘人员的安全。国内起步较晚,直达2012年我国才在碰撞测试中增加鞭打测试项目。

  除此外。随着时代变化,也有新的问题出现。比如防下潜性能对正面碰撞伤害有着很大影响,现在女性驾乘人员的比例逐渐增多,早前车辆匹配的前排乘员约束系统多数以第五十百分位男性乘员为基础设计,兼顾身材较小的前排第五百分位女性乘员伤害研究较少。

  就此而言,全世界范围内都做得不够好,事实上,直到2015年后,Euro-NCAP才开始在驾驶员、前排乘员和后排乘员均使用第五百分位女性假人。

  总之,现代的汽车座椅需要兼顾静态舒适性、动态舒适性和安全性,因此它会被设计得相当复杂,大致由头枕、靠背、座垫、座椅骨架、座椅连接件和调节机构等组成。

  比如座椅骨架,它支撑着整个座椅,是座椅的基础结构。细化来说,它又可以细分为头枕骨架、靠背骨架和座垫骨架。座椅骨架的强度是座椅安全性的保障,它一般用轧制型材(钢管、型钢)制成或用钢板冲压件焊接而成,靠背骨架和座垫骨架通过座椅连接件组装起来。

  我们拿后排靠背骨架来说,有些厂家为了轻量化考虑,后排座椅并没有设计钢板,这是非常不可取的,因为一些后排和后备厢打通的车型,在碰撞事故及急减速的过程中,后备厢中的行李由于受到惯性力的作用会对后排座椅产生巨大的冲击。

  如果后排座椅靠背及安装点强度不够,行李移动的冲击力会直接作用到后排乘员上,给后排乘员带来严重伤害,所以后排座椅的强度在一定程度上决定了后排乘员的生命安全。

  因此包括中国、欧洲、日本等国家都制定了相应的法规和标准来防止移动行李对后排乘员产生伤害。以国标GB 15083为例,要求刚性撞击试验块的质量为18kg,撞击速度为50~52km/h,需放置两个试验快进行测试。

  雅斯顿小结

  以上,我们从汽车座椅的动态舒适性和安全性角度出发,聊到了汽车座椅的设计难点。其实我们还需要考虑人机工程的因素,关于什么是人机工程,有这么一个故事:

  2010年的一天,戴勒姆首席执行官Dieter Zetsche在试乘奔驰S级轿车的样车,当他坐在后排座位后靠时,意识到座椅放倒的幅度不够大。他认为作为一款豪华级车,这是丝毫不能忍受的,不能第一排豪华第二排就掉价。因此奔驰设计师们设计出了一款可以后仰43.5度角的后排座椅,作为长轴距版S级轿车改进车型的选配。

  总之,汽车座椅不是沙发,优秀的座椅必须要在以下三个方面齐头并进才行:

  1)良好的支撑和约束使得驾驶员能够拥有更广阔的视野及对汽车更好的操控;

  2)能够为乘客提供安全舒适的乘坐环境;

  3)紧急情况下,座椅可以保障保全。

  这三者之间某些时候是存在对立关系的,比如为匹配浓烈的运动气息,前排座椅采用桶形设计,虽然对乘客身体的整体包覆性相当全面,但不可否认的是,以运动为诉求的坐垫跟靠背相对较硬,必然会以牺牲一定的舒适性为代价。

  这么看来,想要造一款舒适又安全得体的座椅,真的是一件难事呐。

  本文由长城网汽车频道内容合作方“雅斯顿”授权转载。

关键词:“移动大沙发”,汽车座椅责任编辑:康义涵