汽車座椅靜態舒適性試驗設計

龔治人

摘 要 隨著人民生活水平的不斷提高，汽車逐漸成為當今社會的主要代步工具。人們購車選擇時，已經不僅僅考慮外觀、油耗、安全性等方面，舒適性漸漸成為人們選車的一個重要衡量指標。

關鍵詞 靜態舒適性；操作舒適性；H點；汽車座椅；人機工程

中圖分類號 U46 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）08-0042-02

1 靜態舒適性介紹及其影響因素

靜態舒適性，從字面層次也不難理解，指在靜止的情況下，乘員的主觀舒適性感受。也正是由于在靜止的環境狀態下評測，所以座椅的靜態舒適性主要由其自身的相關特性所決定，與汽車底盤懸架、道路工況、座椅在車身環境中的周邊零部件的特性等關系不大。具體座椅自身的哪些特性與靜態舒適性相關？哪個特性又是最關鍵的影響因素呢？本文接下來運用正交試驗設計分析來尋找關鍵影響因素。

就汽車來說，影響座椅舒適性因素較多[1]。根據企業中實際工作中的經驗得出，影響座椅靜態舒適性結果的主要因素如下。

1.1 座椅外輪廓尺寸

座椅外輪廓的頭枕高度、靠背高度、腰托位置、靠背離去點、坐墊離去點、坐墊長度、各截面的Insert寬度及Bolster高度等均影響座椅靜態舒適性。

1.2 MeatToMetal值

Meat？To？Metal值是指各舒適性截面上，假人與座椅骨架間的最小直線距離。

1.3 懸掛件/蛇形彈簧的彈性系數

在前排座椅靠背或坐墊的中部支撐區域，通常有懸掛件/蛇形彈簧設計。懸掛件/蛇形彈簧均屬于簧類零件，其彈性系數直接影響對人體的支撐效果，從而影響靜態舒適性。

1.4 面料張緊力

座椅的面套原材料都具有一定的拉伸性。面套設計時，為了避免外觀的褶皺、空浮等問題，都會將各塊裁片的面料適度拉緊。這樣，面套包覆在座椅上時，各區域的面料都有一定的張緊力。這些張緊力使得面套像吊床一樣對人體也有一定的支撐性，故也會影響靜態舒適性。

1.5 發泡壓陷硬度（客觀定義發泡軟硬程度）

發泡壓陷硬度是發泡軟硬層度的客觀體現值。與座椅H點的達成有關，是座椅靜態舒適性的一個重要影響因素。

2 正交試驗分析找出關鍵因素

以上5個影響靜態舒適性的主要因素中，座椅外輪廓尺寸、MeatToMetal值這兩個因素在設計初期就按企業經驗總結的相關推薦設計值校核設定，即這兩個因素的水平在前期就已經根據設計推薦值選定，所以接下來只對其余3個因素進行試驗分析。以座椅的坐墊部分為研究目標（靠背的相關因素對靜態舒適性結果的影響原理一致），坐墊蛇形彈簧一般采用65Mn、60Si2Mn、SWP-B等材料，不同材料對應的彈性系數不同，為了排除不同蛇形彈簧形狀對支撐效果的影響，只分析不同彈性系數的彈簧對舒適性的影響，使用相同形狀、不同材料的三種蛇形彈簧試驗，對應得到三種不同的彈性系數水平：52.83N/mm，69N/mm，71.7N/mm；面套張力一般在5～15N之間，太小會造成空浮，太大容易使發泡形狀塌陷，此次試驗在5～15N的區間內，按梯度選取了3個張力水平的面套樣品：4.9N，9.7N，12.6N；對于發泡硬度在設計定義263±10%N的范圍內選取了接近于中值及上、下偏差值3個水平：238N，258N，288N。

本次試驗分析選用正交表L9（33），將各因素的水平值代入上正交表中，得出靜態舒適性影響因素正交設計試驗方案，并按正交試驗方案制作了9種試驗座椅樣品，送交客戶端進行靜態舒適性評價，對試驗結果匯總、分析如表1。

試驗分析表直觀顯示Rmax=RE=6，說明E因素對汽車座椅靜態舒適性影響最大；其次RC=3，C因素對汽車座椅舒適性也有一定的影響，但不是最主要的因素；RD=3，D因素對靜態舒適性的影響甚小，此次試驗分析取樣中，該因素對試驗結果的影響約為0，綜上所述，分析得出E因素——發泡壓陷硬度是影響座椅靜態舒適性的最關鍵因素。

3 關鍵因素對標設定

對標是汽車工程開發過程中常用的工具之一，各主機廠在前期擬開發一款新車時，早已做過大量的市場調研，定義好對標的競爭車型；某些主機廠（尤其是日系的主機廠）會將座椅舒適性作為單獨的課題定義其對標車型，然而如何才能達到對標車型座椅的舒適性呢？本文接下來針對影響座椅靜態舒適性的關鍵因素——發泡壓陷硬度展開對標設定研究。

由于本人工作中主要負責日產項目的座椅開發，所有的相關測試數據以日產的相關標準展開，日產關于發泡壓陷硬度的測試標準NES0086的相關定義如下。

1）將發泡樣品放在托架上，將壓盤對準硬度測試區域，對發泡樣品預壓4.9N力，記錄樣品高度h1。

2）升起壓盤，移去發泡樣品，？對托架預壓4.9N力，記錄托架高度h2。

3）樣品厚度h=h1-h2。

4）再將發泡樣品放在托架上，壓頭下壓加載至樣品厚度h的75%（h1高度為初始點），立即卸載。

5）卸載后立即加載至樣品厚度h的25%（h1高度為初始點），并停留20秒，此時的加載值為硬度值。

6）加載速度：10mm/sec。

7）壓盤需要萬向節接頭連接。

發泡壓陷硬度主要由發泡配方所決定，理論上相同配方原料制作的產品，其發泡壓陷硬度性能一致，但上述測試方法測試的發泡壓陷硬度值是基于厚度的百分比壓陷得出的客觀輸出值。不難看出，相同配方原料、相同厚度的發泡產品，測出的發泡壓陷硬度值也一致，但實際座椅舒適性開發對標工作中，開發產品與對標產品的發泡厚度一般不同。發泡壓陷硬度對標無非就是要求開發產品與對標產品的壓陷硬度性能一致，那么對標問題也就轉化為相同配方原料、不同厚度的發泡產品，發泡壓陷硬度客觀測試值與發泡厚度的關系。

為此，實驗室和發泡工廠聯合制作了相同配方的300mm（W）*300mm（L）*25mm（t）、50mm（t）、75mm（t）、100mm（t）4種不同厚度的發泡樣塊各10塊，按NES0086標準測試發泡壓陷硬度值，并將100mm厚度發泡樣塊的平均壓陷硬度因子設為1，其余3種厚度發泡樣塊的平均壓陷硬度與之的比值所得比例修正因子為：25mm→0.68，50mm→0.78，75mm→0.88，100mm→1.00。

實際產品開發對標時，根據實際的發泡厚度比例插值計算相應的硬度修正因子，最終得出響應的新產品發泡壓陷硬度值設計。

以下以某項目的扶手產品為例，計算發泡壓陷硬度值對標：

1）對標車型A的扶手發泡壓陷區域厚度 a=138.7mm。

2）新開發車型B的扶手發泡壓陷區域厚度b=88.2mm。

3）采用NES0086標準測試對標車型產品硬度，硬度值為392N。

4）車型A與車型B扶手硬度測試區域厚度比：b/ a=88.2/138.7=63.4%。

5）用插值法確定泡沫ILD值修正因子x

（75-63.4）/（75-50）=（0.88-x）/（0.88-0.78）

=>x=0.83。

6）根據ILD值修正因子x確定新扶手硬度值h=392/xN=392/0.83N=472N。

實際工作中后續按以上發泡壓陷硬度對標計算方法，將座椅中其它發泡（靠背發泡、坐墊發泡）都計算對標設定了相應的硬度值，并按此硬度值制作了舒適性樣件以遞交客戶端做舒適性評估。

4 靜態舒適性主管評價準則建立

以往新車型開發過程中，舒適性樣件直接送往主機廠客戶端進行評估，由于沒有內部自我評價，需經過多次評估調整才能最終滿足客戶的舒適性要求。為了更有效達成舒適性要求，與主機廠舒適性評價專家討論，學習了靜態舒適性主要從以下幾方面評估：落座感、柔和性、包覆感、彈性、胸部支撐性、要不支撐性、臀部支撐性、大腿支撐性等。基于以上舒適性評估項，此新車型舒適性樣件送往主機廠客戶端評價前，公司內部進行了自我評價與調整，通過每位評測者的打分對座椅總體舒適性進行主觀評價[2]，確保調整后自評總分得分為6.5分（客戶的舒適性目標）。

5 舒適性樣件評價跟蹤

此次舒適性樣件的關鍵影響因數設計參照對標車型對標設定，為舒適性對標提供了理論基礎；且舒適性樣件按照與客戶專家討論制定的評價項進行了3輪自我評價與微調，確保自我評價的舒適性結果滿足客戶定義的舒適性要求（>6.5分）后，再遞交客戶端進行評價。功夫不負有心人，這些充分的前期工作使得該車型開發首輪舒適性樣件一次性達標通過客戶的舒適性審核。

參考文獻

[1]曹良良，董富娟.探討汽車座椅舒適性開發[J].中小企業管理與科技，2016（3）：285.

[2]王正華，喻凡，莊德軍.汽車座椅舒適性的主觀和客觀評價研究[J].汽車工程，2006，28（9）：817-819.