某SUV二排座椅手動(dòng)前后調(diào)節(jié)力優(yōu)化

任國(guó)斌，陸文斌

(上汽大眾汽車有限公司，上海 201800)

0 引言

汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，而SUV(sport utility vehicle)作為國(guó)內(nèi)消費(fèi)者最喜愛(ài)的車型之一已經(jīng)和普通轎車形成二分天下的局面。隨著二孩政策的放開(kāi)，越來(lái)越多的汽車廠商也將7座SUV作為重點(diǎn)開(kāi)發(fā)方向。因此，相較于前排，二排座椅舒適性得到越來(lái)越多的關(guān)注。

當(dāng)前，大多數(shù)座椅舒適性研究聚焦前排，主要討論座椅壓力分布和軟硬度對(duì)舒適性的影響，涉及二排座椅舒適性研究的文獻(xiàn)相對(duì)較少。其中，二排座椅前后調(diào)節(jié)便利性是二排座椅舒適性重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，值得深入研究和探討。文中以某SUV二排座椅手動(dòng)前后調(diào)節(jié)力優(yōu)化為例，通過(guò)綜合分析確定影響調(diào)節(jié)力的因素，提出綜合的優(yōu)化措施和方案，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證其有效性，最終達(dá)到優(yōu)化前后調(diào)節(jié)力的目的。

1 問(wèn)題描述

在某7座SUV座椅開(kāi)發(fā)過(guò)程中，對(duì)于二排座椅手動(dòng)前后調(diào)節(jié)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求空載前后調(diào)節(jié)力小于160 N，二排座椅示意如圖1所示。在預(yù)批量階段，經(jīng)過(guò)試車發(fā)現(xiàn)前后調(diào)節(jié)力偏大，需要進(jìn)行優(yōu)化并且結(jié)合實(shí)車工況要求載質(zhì)量為60 kg,二排座椅手動(dòng)前后調(diào)節(jié)力小于140 N。

圖1 二排座椅示意

2 潛在影響因素分析

如圖1所示,對(duì)于二排座椅手動(dòng)前后調(diào)節(jié)，由于存在解鎖手柄，力的方向和作用點(diǎn)是相對(duì)固定的。因此，影響調(diào)節(jié)力的主要來(lái)源是座椅在滑動(dòng)過(guò)程中40%和60%二排座椅產(chǎn)生的摩擦力。確認(rèn)影響二排座椅滑動(dòng)時(shí)的摩擦力的因素，是優(yōu)化前后調(diào)節(jié)力的關(guān)鍵。根據(jù)二排座椅在車身上的固定方式和自身結(jié)構(gòu)，影響滑動(dòng)摩擦力的重要因素主要有以下兩方面。

2.1 座椅車身安裝角度

通過(guò)檢查座椅與車身安裝方式發(fā)現(xiàn)此款SUV二排白車身有2°斜向上的安裝傾角，與一般安裝角度為0°的滑軌相比，調(diào)節(jié)力就會(huì)相應(yīng)增大。不考慮40%和60%二排座椅相互影響的前提下，以座椅向前滑動(dòng)受力分析如下。

(1)滑軌傾角0°，座椅向前滑動(dòng)受力為：

==·。

(1)

(2)滑軌傾角2°，座椅向前滑動(dòng)受力為：

=+·sin2°=(·cos2°+sin2°)·，

(2)

式中:為滑軌摩擦因數(shù)，取值范圍為0～1；

為座椅載質(zhì)量60 kg。

通過(guò)分析可得出：

·cos2°+sin2°>(cos2°+sin2°)>。

(3)

顯然，帶有2°安裝傾角的座椅向前調(diào)節(jié)力大于水平角度的調(diào)節(jié)力。同理，當(dāng)二排座椅向后滑動(dòng)時(shí)，帶有2°傾角的向后滑動(dòng)調(diào)節(jié)力小于水平角度向后滑動(dòng)的調(diào)節(jié)力。由負(fù)載引起的向前滑動(dòng)阻力理論值為：

=600×sin2°=20.9 N。

(4)

帶有2°安裝傾角的座椅實(shí)測(cè)向前與向后調(diào)節(jié)力(載質(zhì)量60 kg)見(jiàn)表1。

表1 帶有2°安裝傾角的座椅前后調(diào)節(jié)力

通過(guò)表1的前后調(diào)節(jié)力的實(shí)測(cè)值可以發(fā)現(xiàn)，安裝在帶有2°傾角白車身上的座椅前后調(diào)節(jié)力均值相差42.2 N。因此，載質(zhì)量為60 kg引起的向前阻力21 N，與理論值20.9 N相吻合。

2.2 二排座椅自身結(jié)構(gòu)

除了座椅車身安裝結(jié)構(gòu)會(huì)影響二排座椅前后調(diào)節(jié)力，40%和60%二排座椅滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力也是影響調(diào)節(jié)力的重要原因。通過(guò)分析二排座椅自身結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，以下5個(gè)方面是影響摩擦力的重要因素。

2.2.1 坐墊發(fā)泡

如圖1所示，40%和60%二排座椅坐墊結(jié)合處的發(fā)泡在移動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生摩擦力。原設(shè)計(jì)40%和60%二排座椅的坐墊發(fā)泡匹配如圖2所示。

圖2 原設(shè)計(jì)40%和60%二排座椅的坐墊發(fā)泡匹配

2.2.2 坐墊和靠背面套

40%和60%二排座椅的坐墊和靠背面套在前后滑動(dòng)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生摩擦力，面套復(fù)合層的厚度是直接影響摩擦力的因素之一。原設(shè)計(jì)40%和60%二排座椅的面套匹配處的復(fù)合層厚度為3 mm織物。

2.2.3 40%和60%二排座椅安裝匹配

40%和60%二排座椅的匹配間隙標(biāo)準(zhǔn)值是493 mm，如圖3所示。

圖3 40%和60%二排座椅匹配標(biāo)準(zhǔn)值

通過(guò)抽取12組樣件分別測(cè)量前后調(diào)節(jié)力和40%及60%二排座椅匹配間隙值，發(fā)現(xiàn)座椅安裝間隙對(duì)摩擦力有重要影響，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 40%和60%二排座椅匹配間隙和調(diào)節(jié)力的測(cè)量結(jié)果

2.2.4 座椅滑軌磨合

在實(shí)踐過(guò)程中發(fā)現(xiàn)座椅前后來(lái)回移動(dòng)多次之后，二排座椅前后調(diào)節(jié)力相較于最初的調(diào)節(jié)力小很多。通過(guò)對(duì)比分析40%和60%二排座椅來(lái)回磨合次數(shù)與向前調(diào)節(jié)力的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)座椅磨合次數(shù)對(duì)向前調(diào)節(jié)力有重要的影響。表3是座椅磨合次數(shù)與向前調(diào)節(jié)力的關(guān)系。

表3 座椅磨合次數(shù)與向前調(diào)節(jié)力的關(guān)系

通過(guò)表3可以發(fā)現(xiàn)，二排座椅滑軌磨合30次之后，前后調(diào)節(jié)力大幅降低，調(diào)節(jié)力小于130 N。磨合次數(shù)超過(guò)50次，座椅前后調(diào)節(jié)力沒(méi)有明顯降低。

2.2.5 滑軌結(jié)構(gòu)

深入研究滑軌結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，影響前后調(diào)節(jié)摩擦力除了上述因素之外，還有滑軌自帶的UFO零件也會(huì)增加前后調(diào)節(jié)摩擦力，座椅滑軌UFO零件如圖4所示。UFO的作用是在滑軌滑到最后位置時(shí)支撐著上軌，可以改善骨架在NVH實(shí)驗(yàn)中的頻率。

圖4 座椅滑軌UFO零件

UFO零件固定在座椅下滑軌上，座椅上滑軌在前后移動(dòng)過(guò)程中會(huì)與之接觸，增大前后調(diào)節(jié)力，座椅滑軌與UFO零件匹配如圖5所示。

圖5 座椅滑軌與UFO零件匹配

3 優(yōu)化方案與驗(yàn)證

座椅車身安裝方式和座椅自身結(jié)構(gòu)是優(yōu)化前后調(diào)節(jié)力的兩大方向。考慮到整車已經(jīng)預(yù)批量生產(chǎn)，車身沖壓模具已經(jīng)定型，無(wú)法通過(guò)更改白車身座椅安裝角度來(lái)降低前后調(diào)節(jié)力。因此，文中重點(diǎn)通過(guò)優(yōu)化二排座椅自身結(jié)構(gòu)達(dá)到降低前后調(diào)節(jié)力的目的。針對(duì)影響前后調(diào)節(jié)摩擦力的5個(gè)因素，制定如下方案優(yōu)化前后調(diào)節(jié)力。

3.1 發(fā)泡和面套優(yōu)化

根據(jù)2.2.1與2.2.2分析，40%及60%二排座椅坐墊發(fā)泡匹配和面套復(fù)合層厚度是影響滑動(dòng)摩擦力的因素之一。減小40%及60%二排座椅坐墊發(fā)泡接觸面積，降低坐墊和靠背面套復(fù)合層厚度對(duì)于降低滑動(dòng)摩擦力有幫助。在減小的同時(shí)，還需保證40%及60%二排座椅外觀匹配，經(jīng)過(guò)多輪嘗試最終按楔形減少坐墊發(fā)泡。以距離面35 mm處為起始點(diǎn)切割發(fā)泡，過(guò)渡到60%座椅底部減少3 mm發(fā)泡厚度。

同理，減少面套復(fù)合層也會(huì)對(duì)降低前后調(diào)節(jié)力有幫助。在保證座椅外觀的前提下，將40%和60%的二排座椅坐墊匹配處的面套由3 mm織物改為1 mm織物。

3.2 座椅匹配和優(yōu)化

根據(jù)40%和60%的二排座椅安裝匹配可以發(fā)現(xiàn)，40%和60%的二排座椅匹配間隙大于492 mm時(shí)前后調(diào)節(jié)力會(huì)大幅減少。因此，在安裝40%和60%的二排座椅時(shí)要求批量裝配按照493～498 mm控制，保證40%和60%的二排座椅間隙大于492 mm。

通過(guò)比較座椅滑軌磨合次數(shù)與前后調(diào)節(jié)力的關(guān)系，在來(lái)回磨合30次之后前后調(diào)節(jié)力大幅降低并且趨于穩(wěn)定。因此，制定二排座椅出廠前前后磨合30次的技術(shù)要求。

同時(shí)，考慮到上滑軌在前后移動(dòng)過(guò)程中會(huì)與UFO零件(圖6)發(fā)生干涉，為了進(jìn)一步降低前后調(diào)節(jié)力，在UFO零件表面涂抹潤(rùn)滑油(圖7)。

圖6 UFO零件位置

圖7 UFO零件涂抹潤(rùn)滑油位置

為了驗(yàn)證潤(rùn)滑油脂效果，分別對(duì)5組涂油前和涂油后的座椅前后調(diào)節(jié)力進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 涂油前后滑動(dòng)調(diào)節(jié)力對(duì)比結(jié)果

通過(guò)對(duì)比表4涂油前后的滑動(dòng)調(diào)節(jié)力，在UFO零件上涂抹潤(rùn)滑脂可以減少上滑軌與其的摩擦，可降低18 N左右的前后調(diào)節(jié)力。

3.3 方案驗(yàn)證

結(jié)合第3.1節(jié)和第3.2節(jié)的優(yōu)化方案，將發(fā)泡、面套、座椅匹配以及座椅優(yōu)化等措施通過(guò)技術(shù)變更投入預(yù)批量零件生產(chǎn)和質(zhì)量控制中，驗(yàn)證優(yōu)化樣件在載質(zhì)量為60 kg的前后調(diào)節(jié)力，結(jié)果如圖8和圖9所示。

圖8 40%座椅前后調(diào)節(jié)力

圖9 60%座椅前后調(diào)節(jié)力

由圖8和圖9可知，優(yōu)化后的40%和60%二排座椅在載質(zhì)量60 kg時(shí)，全行程前后調(diào)節(jié)力基本均小于140 N。只有在60%座椅向前移動(dòng)瞬時(shí)，調(diào)節(jié)力為141.13 N略微大于標(biāo)準(zhǔn)值。另外，向前和向后的最大調(diào)節(jié)力都發(fā)生在座椅后端0～50 mm處，此處恰好是下滑軌安裝UFO零件的位置，也從側(cè)面印證UFO零件是影響前后調(diào)節(jié)力的重要因素。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)某SUV二排座椅手動(dòng)前后調(diào)節(jié)力偏大的原因進(jìn)行深入分析，得到影響前后調(diào)節(jié)摩擦力的重要因素,以此制定綜合的優(yōu)化方案，并對(duì)優(yōu)化后的樣件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明優(yōu)化措施有效,能夠滿足載質(zhì)量為60 kg、前后調(diào)節(jié)力小于140 N的設(shè)計(jì)要求。

與此同時(shí)，通過(guò)對(duì)二排座椅前后調(diào)節(jié)力優(yōu)化的研究，逐一分析和討論座椅車身安裝形式和座椅內(nèi)在結(jié)構(gòu)對(duì)前后調(diào)節(jié)力的影響，也為后續(xù)帶有二排前后調(diào)節(jié)功能的SUV調(diào)節(jié)力優(yōu)化提供借鑒和參考。另外，通過(guò)優(yōu)化驗(yàn)證可以看到UFO零件對(duì)前后調(diào)節(jié)力仍有較大影響，之后可以通過(guò)取消UFO零件進(jìn)一步降低調(diào)節(jié)力以及取消之后對(duì)座椅NVH的影響值得進(jìn)一步探索和研究。