駕駛員座椅早期失效分析及改進

夏 攀，張鑫杰，陳維維

（陜西重型汽車有限公司汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

引言

隨著近年來商用車市場銷量的迅速增加及汽車設計技術的快速發展，良好的安全性、舒適性及可靠性已成為商用車具有競爭力的重要優勢[1]。在競爭激烈的商用車市場上，不同品牌商用車的使用性能和安全性能的差別已經很小，相比之下，可靠性就成為區分商用車品牌好壞的重要因素之一。座椅作為與人體直接接觸的部件，其可靠性對整車而言至關重要，早期失效會導致座椅使用功能的下降，影響車輛的正常運行，部分性能失效甚至會影響車輛安全。

1 座椅主要構件及功能

汽車座椅主要組成構件為：座椅骨架、頭枕、座椅發泡、座椅面套以及附屬的調節裝置（圖1 為某手動式座椅結構解構示意）。

圖1 手動式調節座椅結構解構示意圖

（1）座椅骨架：主要給座椅提供支撐作用，它們就像人體骨架，骨架中的骨骼給肌肉提供連接點，座椅骨架給整椅上的零件提供連接點，例如：座椅的發泡和面套都是安裝在骨架上。

（2）頭枕：頭枕有兩大功能，一是給乘客頭部提供舒適的支撐；二是作為安全件，在碰撞時吸收能量，頭枕主要由導套、插桿、骨架、發泡和面套等組成。

（3）座椅發泡：座椅發泡是座椅的關鍵部件，發泡提供了座椅的形狀和輪廓，發泡的特性直接影響座椅舒適性。

（4）座椅面套：面套主要功能是為座椅提供持久、美觀和令人愉悅的包覆，按材質可分為布面套、革面套和皮面套。

（5）調節裝置：包括座椅的高度調節、前后調節、坐墊傾角調節、坐墊深度調節、通風加熱調節、座椅靠背調節、腰托調節以及阻尼調節等[2]。若為商用車的話，還包括座椅底座，座椅底座囊括整個座椅減震懸浮系統，此套系統影響座椅整體舒適性。

2 座椅早期失效分析

通過售后市場反饋的座椅早期失效模式，根據質量管理“二八原則”，需對座椅向右傾斜、損壞且無法維修做進一步分析改進。座椅損壞可通過拆解直觀的確定損壞原因，本文不做詳細描述。針對座椅向右傾斜，采用魚骨圖識別可能導致的原因，如圖2 所示。

圖2 座椅向右傾斜原因分析

通過分析得出，造成座椅向右傾斜的可能原因有：（1）座椅與換擋桿、方向盤相對位置不合理；（2）坐墊性能不達標；（3）車身偏斜或強度不夠；（4）駕駛員主觀感受或者不良的使用習慣。下文對可能原因做進一步分析。

2.1 座椅與換擋桿位置

通過分析確認，座椅與換擋桿的相對位置符合設計推薦值（表1 所示）。同時也分析了換擋操作力，得知換擋操作力與市場同類車型基本處于同一水平，相對某些車型有較大優勢。從而可知，座椅布置滿足換擋使用要求，不會造成座椅向右傾斜。

表1 座椅與換擋桿位置

2.2 座椅與方向盤位置

從圖3 可以看出，座椅R 點與方向盤中心處于同一平面，抽取3 輛份白車身對座椅安裝孔（圖4）及方向盤安裝孔（圖5）進行三坐標測量得出：方向盤安裝孔相對于座椅安裝孔左偏約1 mm～2 mm，司機駕駛時，處于座椅偏左位置（偏移量1 mm～2 mm）。從而可知，座椅與方向盤位置不會造成座椅向右傾斜。

圖4 座椅安裝孔

圖5 方向盤安裝孔

2.3 坐墊性能

對失效座椅的坐墊海綿做材料性能試驗（表2 所示），并與坐墊海綿要求性能進行對比分析，通過統計、數據分析，得出坐墊海綿壓陷硬度、回彈率與設計要求偏差較大，部分失效件斷裂伸長率和壓縮永久變形與設計要求存在偏差，從而可知：海綿性能不達標會引起海綿塌陷，對座椅向右傾斜問題有直接影響。

表2 坐墊海綿性能

2.4 駕駛室性能分析

對白車身的強度做CAE 分析，得出數據如表3、表4 所示。

表3 駕駛室強度

表4 CAE 分析結果

通過分析可以得出，駕駛室在四種工況下強度滿足要求，未出現殘余變形，不會造成座椅傾斜。

3 座椅早期失效改進

通過理論分析得出，造成座椅向右傾斜的主要原因是坐墊海綿性能不達標，通過對失效件的拆解分析得出，造成座椅失效的原因還有：（1）座椅支架斷裂；（2）升降螺栓脫落；（3）坐墊海綿開裂等。

針對失效原因制定對應的解決措施：（1）提升坐墊海綿的性能參數，提高坐墊面料的縫合強度；（2）優化坐墊造型（圖6）；（3）坐墊骨架增加兩翼支持，增加兩翼塑料護殼，提升支撐性，防止坐墊塌陷（圖7）；（4）升降螺栓安裝過程中增加螺紋膠，防止螺栓脫落（圖8）。

圖6 優化坐墊造型

圖7 提升坐墊支撐性

圖8 升降螺栓涂螺紋膠

通過以上優化解決措施，大幅度降低了座椅的失效率，極大地提高了座椅的可靠性及舒適性。

4 結語

本文主要采用魚骨圖分析法、8D 分析方法等分析工具，系統分析了座椅早期失效的主要原因，并針對主要原因給出有效的解決方案。通過解決方案的實施，不僅大幅度降低了座椅的失效率，而且提升了座椅整體的舒適性，對以后座椅的設計及質量問題改進具有一定的指導意義。