汽车座椅发泡厚度对乘用舒适性的影响分析

来源 | AUTO内饰行家

摘要：随着社会的不断发展及人们生活水平的不断提高,汽车成为人们生活中的重要交通工具｡人们在购买汽车时比较看重汽车的乘用舒适性和综合性能,而汽车座椅的发泡厚度是影响汽车乘用舒适性的重要因素之一｡该文对汽车座椅系统､坐姿下人体躯干力学机理进行分析,阐述汽车座椅发泡厚度对压陷深度､滞后损失率､阻尼系数､弹性系数等方面的影响,并对汽车座椅发泡厚度与乘用舒适性之间的关系进行具体的研究｡

关键词：汽车座椅;发泡厚度;乘用舒适性

随着汽车市场规模的逐渐扩大,人们对汽车的质量要求越来越高,对汽车的外观､乘用舒适性等也有了更高的要求[1]｡汽车座椅发泡厚度作为影响汽车乘用舒适性的重要因素,也越来越受到汽车企业的重视｡在汽车行驶过程中,经过的路面不同,乘客的乘坐感受也不同｡本文研究汽车座椅发泡厚度与乘用舒适性之间的关系,提出要不断优化汽车座椅的结构､发泡厚度等措施,以有效提升汽车整体乘用舒适性,从而达到满足汽车驾驶人员与乘坐人员乘车舒适需求的目的,推动汽车行业快速发展｡

汽车座椅系统概述

汽车座椅系统主要由头枕､靠背､坐垫和座椅骨架等组成,其中座椅骨架由坐盆骨架､靠背骨架等组成｡座椅在驾驶人员驾驶汽车时起重要的作用,若其舒适度不够,那么驾驶人员在长期的驾驶环境中可能会感到身体不适,甚至造成严重后果[2]｡因此,在进行汽车座椅设计时,既要保证结构的安全性和稳定性,又要保证座椅的舒适性｡汽车企业在进行汽车结构设计时,一方面要对汽车的结构进行优化创新,不断提高汽车的综合性能,致力于为驾驶人员提供性价比更高的汽车类型;另一方面,要创新汽车座椅系统,不断提高汽车座椅的使用舒适度,使得驾驶人员在驾驶汽车时能够更加舒适､放松｡

坐姿下人体躯干力学机理分析

驾乘人员在坐到汽车座椅上时,头部和躯干的负荷通过骶髂关节传递至骨盆,座椅坐垫承担了约75%的人体的质量｡因此,合理的体压分布对座椅舒适性的影响非常大｡

图1为驾乘人员坐在汽车座椅上时躯干的受力分析｡驾乘人员坐在座椅上的受力可以分为靠背力､上身重力及坐垫合力｡在静态平衡状态下,座椅对坐骨结节施加力的作用线､重力作用线和靠背力作用线相交于b点,座椅的靠背力和坐垫合力为作用在驾乘人员背部和臀部区域皮肤上的局部压力和剪切力,该作用力转化为对驾乘人员背部和臀部的支撑力｡同时,靠背力增加了坐骨结节部位的水平力分量,进而加大了皮肤及皮下组织的剪切力[3]｡

根据有关研究可知,作用在驾乘人员身体上的局部载荷会使肌肉软组织受压和变形,而且驾乘人员全身的质量都堆积于腰部､臀部｡汽车座椅的腰靠能够为驾乘人员的腰部提供一定的支撑,减小其承受的压力,从而达到缓解驾乘人员腰部酸痛的目的｡汽车座椅的座面则主要通过发泡等组件的厚实性来为驾乘人员提供舒适的乘坐环境｡此外,颈靠､肩靠也能起到缓解驾乘人员不适的作用[4]｡汽车的乘用舒适性差会对驾乘人员造成一定的影响和危害｡驾乘人员在驾驶车辆的过程中会处于较为劳累的状态,尤其是驾驶人员,若开车时间过长,精神上会较为疲惫,身体也会遭到一定的损伤,久而久之会对身体健康造成影响｡因此,提高汽车座椅的乘坐舒适性对于驾驶人员来说尤为重要｡汽车座椅发泡厚度是影响座椅乘坐舒适性的一个重要因素,汽车企业在进行汽车座椅设计时,要充分考虑发泡厚度的影响,通过对其进行测试选择最合适的厚度,有效提升汽车座椅的舒适性,使得驾乘人员在驾驶与乘坐汽车的过程中能够更加舒适[5]｡

汽车座椅发泡厚度对乘用舒适性的影响

汽车座椅发泡厚度对乘用舒适性的影响较大｡在汽车乘用舒适性的判断上,应主要借助压陷硬度､滞后损失率､阻尼系数及弹性系数等方面的数据,并且汽车座椅的发泡厚度与这些因素之间存在较为紧密的联系｡在相同测试条件下,对发泡厚度不同的汽车座椅情况进行检测,根据数据的变化判断其乘用舒适性｡

测试条件

在进行汽车座椅发泡厚度对乘用舒适性影响的测试中,需要统一测试条件,选择同一款型汽车进行试验,并分别在平路､较为坎坷的水泥路､砂石路等路况上驾驶,分析不同环境影响下汽车行驶过程中不同发泡厚度座椅对乘用舒适性造成的影响｡一般情况下,选择厚度分别为20､40､60和80mm的汽车座椅发泡,并对座椅各个方面性能进行模拟,通过模拟数据判断汽车座椅发泡厚度与乘用舒适性之间的关系,最终确定效果最佳的发泡厚度[6]｡在进行汽车座椅发泡厚度试验时,还要注意座椅的外观形状,不能过分追求发泡厚度而导致其脱离了实际设计结构,这样才能更好地保证汽车的整体安全性能,从而为驾驶人员提供更加舒适的驾驶环境｡

发泡厚度对压陷深度的影响

汽车座椅发泡厚度会对压陷深度造成较大的影响｡在试验过程中发现,座椅顶端硬度数值固定的状态下,座椅发泡厚度越大,压陷深度便越深,反之压陷深度越浅｡20mm汽车座椅发泡厚度压入变形约为原厚度的12%,40mm发泡厚度的汽车座椅压入变形约为原厚度的25%,60mm发泡厚度的汽车座椅压入变形约为原厚度的35%,80mm发泡厚度的汽车座椅压入变形约为原厚度的40%｡因此,根据试验结果可知,当汽车座椅发泡厚度达到40mm以上时,压陷深度受到发泡厚度的影响较大｡发泡越厚,汽车座椅压陷深度越深,所带来的乘用舒适性也越高｡发泡厚度除了能够对压陷深度造成影响之外,还会对其释放变形造成影响,20mm发泡厚度的汽车座椅释放变形约为原厚度的12.5%,40mm发泡厚度的汽车座椅释放变形约为原厚度的26%,60mm发泡厚度的汽车座椅释放变形约为原厚度的37%,80mm发泡厚度的汽车座椅释放变形约为原厚度的45%｡压陷深度越深,释放变形恢复便越慢,所以在进行汽车座椅发泡厚度设计时,既要考虑压陷深度因素,也要尽可能考虑到释放变形恢复等相关因素,这样才能进一步提升汽车的乘用舒适性[7]｡

发泡厚度对滞后损失率的影响

滞后损失率指的是试片受外力拉伸后,收缩时所损失的功与原伸长时所需的功的比值｡滞后损失率也是影响汽车乘用舒适性的重要因素,而汽车座椅发泡厚度能对滞后损失率造成一定的影响[8]｡通过汽车座椅发泡厚度与滞后损失率的试验研究发现,20mm发泡厚度的汽车座椅滞后损失率为27.5%左右,40mm发泡厚度的汽车座椅滞后损失率为25%左右,60mm发泡厚度的汽车座椅滞后损失率为20%左右,80mm发泡厚度的汽车座椅滞后损失率为19.7%左右｡由此可知,在汽车行业内,若座椅发泡厚度小于60mm,其滞后损失率会随着发泡厚度的不断增加而出现逐渐下降的趋势,而当汽车座椅发泡厚度大于60mm时,汽车的滞后损失率受到座椅发泡厚度的影响便较小,趋于稳定状态｡

发泡厚度对阻尼系数的影响

汽车座椅的顶端硬度和阻尼系数之间成反比关系,在进行汽车座椅发泡厚度对阻尼系数影响试验时,需充分考虑顶端硬度造成的影响｡一方面,要在相同汽车座椅发泡厚度的基础上对其进行试验｡根据试验可知,在相同汽车座椅发泡厚度的基础上,其顶端硬度越高,阻尼系数也越高｡另一方面,要在相同顶端硬度的基础上对不同发泡厚度的汽车座椅进行试验｡例如在汽车座椅顶端硬度为5.5kPa固定值时对其进行试验,发现20mm发泡厚度的汽车座椅阻尼系数为0.3左右,40mm发泡厚度的汽车座椅阻尼系数为1.1左右,60mm发泡厚度的汽车座椅阻尼系数为2.4左右,80mm发泡厚度的汽车座椅阻尼系数为3.5左右｡根据阻尼系数的数据变化可知,相同顶端硬度条件下,汽车座椅的发泡厚度越大,所产生的阻尼系数便会越大,二者处于协同增长的状态｡而阻尼系数的增大有利于提升汽车座椅舒适性,因此可以说汽车座椅发泡厚度在一定程度上也会对汽车乘用舒适性产生影响｡

发泡厚度对弹性系数的影响

汽车座椅的弹性系数与阻尼系数之间的关系较为紧密,而且体现出来的各方面特性也较为相似｡在进行汽车座椅发泡厚度与弹性系数测试时,要考虑到顶端硬度｡一方面,在相同汽车座椅发泡厚度的基础上对其进行试验,根据试验可知,在相同汽车座椅发泡厚度的基础上,其顶端硬度越高,弹性系数就越大｡另一方面,在相同顶端硬度的基础上对不同发泡厚度的汽车座椅进行试验｡例如,在汽车座椅顶端硬度为5.5kPa固定值时对其进行试验,发现20mm发泡厚度的汽车座椅弹性系数为0.5左右,40mm发泡厚度的汽车座椅弹性系数为1.5左右,60mm发泡厚度的汽车座椅弹性系数为2.5左右,80mm发泡厚度的汽车座椅弹性系数为4.2左右｡根据弹性系数的数据变化可知,相同顶端硬度条件下,汽车座椅发泡厚度越大,其所产生的弹性系数便会越大｡弹性系数与阻尼系数一样都是影响汽车乘用舒适性的重要因素,这两种系数的数值变化与座椅发泡厚度的关系表明汽车座椅发泡厚度会直接影响汽车的整体乘用舒适性｡

汽车座椅体系舒适性评价

在进行汽车座椅体系舒适性评价时,要对座椅发泡厚度与压陷深度､滞后损失率､阻尼系数及弹性系数等因素之间的关系进行具体的分析｡汽车座椅体系舒适性评价要求汽车座椅发泡厚度在80mm时,其阻尼系数与弹性系数数值加起来必须﹥10,并且弹性系数减去阻尼系数之后的绝对值﹤2｡在此条件下,对汽车座椅发泡厚度与压陷深度､滞后损失率､阻尼系数及弹性系数之间的影响数据进行分析可知,汽车座椅的发泡厚度越大,汽车座椅压陷深度越大､滞后损失率越小､阻尼系数和弹性系数越大;汽车座椅的发泡厚度越小,汽车座椅压陷深度越小､滞后损失率越大､阻尼系数和弹性系数越小｡当汽车座椅发泡厚度在60mm以上时,其滞后损失率便会趋向稳定｡由此可见,汽车座椅发泡厚度是能够影响汽车乘用舒适性的｡因此,汽车企业在进行汽车结构设计时要充分考虑驾驶人员的需求,对乘用舒适性进行调整,既保证汽车基本功能的实现,又尽可能提高其乘用舒适性,以更好地为消费者提供更加舒适的用车体验｡

结束语

汽车座椅发泡厚度变化会引发汽车座椅压陷深度､滞后损失率､阻尼系数及弹性系数等的变化,从而影响汽车的乘用舒适性｡因此,汽车企业在进行汽车座椅结构设计时,要充分考虑其发泡厚度,既要保证汽车座椅的原始功能不受破坏,又要尽可能通过增加发泡厚度提高其乘用舒适性,为驾乘人员提供更加舒适的驾乘环境｡同时,在未来的不断发展过程中,汽车企业也要加强对相关技术的研究,通过技术创新提高汽车的乘用舒适性,推动整个汽车行业快速发展｡

【参考文献】

[1]张敬伟.汽车座椅舒适性开发分析[J].汽车工程师,2020(3):25-28.

[2]马振方.汽车座椅舒适性开发[J].南方农机,2018(10):81.

[3]高振海,李明月,高菲,等.车用座椅发泡密度对乘坐舒适性的影响分析[J].湖南大学学报(自然科学版),2019(10):19-25.

[4]陈桂均,白红,杨情操,等.汽车座椅乘坐舒适性设计探讨[J].轻型汽车技术,2019(3):17-21.

[5]陈国雨.汽车座椅静态舒适度的评价分析[J].现代工业经济和信息化,2019(9):136-137.

[6]路晓辉.基于主客观评价的汽车座椅泡沫坐垫舒适性研究[D].重庆:重庆大学,2021.

[7]吴超.汽车座椅舒适性的技术研究[J].现代制造技术与装备,2019(4):115-116.

[8]童薇,赵文龙,吕平,等.汽车座椅舒适性仿真方法[J].上海汽车,2022(4):29-34.

作者：张素霞 严谦

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