關(guān)于汽車座椅設(shè)計(jì)我們需要知道什么
瀏覽次數(shù)：1492發(fā)布日期：2022-06-23
設(shè)計(jì)座椅是汽車設(shè)計(jì)的第一步
沒(méi)開玩笑，在所有的汽車設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師們第一步都是先確定座椅的設(shè)計(jì)。準(zhǔn)確點(diǎn)說(shuō)，設(shè)計(jì)師們最先考慮的是車內(nèi)成員的坐姿。對(duì)于SUV車型來(lái)說(shuō)，駕駛員的坐姿會(huì)更直立一些，位置也會(huì)更高；而對(duì)于轎車來(lái)說(shuō)，駕駛員的坐姿會(huì)低很多，并且微微后仰；對(duì)于一些sai車（比如各級(jí)別的方程式），駕駛員其實(shí)是“躺”在車內(nèi)的。之所以要先設(shè)計(jì)座椅，是因?yàn)榇_定了駕駛員的坐姿以后，才能根據(jù)人體的H點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)座椅，包括位置、造型、薄厚、可調(diào)角度等等。也只有確定了坐姿之后，方向盤、踏板、中控臺(tái)、車門等等這些位置才能夠最終確定。要想設(shè)計(jì)一款舒適的座椅，光靠各種理念來(lái)支撐肯定不行，重要的是得知道具體的人體數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)師們會(huì)利用人體百分比模板來(lái)做參考。也就是說(shuō)，設(shè)計(jì)出來(lái)的座椅可以讓百分之多少的人能夠正常乘坐。這個(gè)聽起來(lái)簡(jiǎn)單，給你們看張圖就知道座椅設(shè)計(jì)的復(fù)雜了：人體的脊柱是有自然S型彎曲的，也因此座椅靠背要設(shè)計(jì)成上半部分凹陷、下半部分突出的造型。一般來(lái)說(shuō)，要想讓人坐起來(lái)比較舒適，座椅要對(duì)胸上部、后背中部和上部以及腰椎的下部有著比較強(qiáng)的支撐才可以。千萬(wàn)別以為座椅舒適度指的就是長(zhǎng)時(shí)間乘坐不會(huì)累，實(shí)際上，座椅設(shè)計(jì)時(shí)要解決的另外一個(gè)問(wèn)題就是應(yīng)對(duì)加速度。對(duì)汽車來(lái)說(shuō)，無(wú)論是急加速還是急轉(zhuǎn)彎，其縱向或是橫向的加速度基本可以達(dá)到0.7G、0.8G左右。因此，座椅除了要具備一定的側(cè)向支撐，從而限制住駕駛員身體的來(lái)回移動(dòng)，同時(shí)還要能夠消除在合成加速度狀態(tài)下車上成員的不適感。一般座椅由表層材質(zhì)、填充物、骨架、調(diào)節(jié)裝置和車身連接件構(gòu)成。雖然看似不是很復(fù)雜，但是由于座椅的使用頻度*，又和安全息息相關(guān)，因此每一部分在設(shè)計(jì)時(shí)都必須考慮到安全性及耐用度。所以座椅的研發(fā)周期很長(zhǎng)，基本上跟整車是同步的。工程師告訴我，就表鏈?zhǔn)阶味?，研發(fā)周期大概在2年左右。座椅是重要的安全部件，其性能由骨架、材料、樣式等因素綜合決定。這些都是極為專業(yè)的內(nèi)容，需要數(shù)據(jù)和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的積累，也需要專業(yè)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)施和技術(shù)。以中國(guó)設(shè)計(jì)師、工程師目前所掌握的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，要想*自主來(lái)進(jìn)行座椅的研發(fā)，確實(shí)是個(gè)比較困難的過(guò)程。據(jù)說(shuō)中國(guó)目前還沒(méi)有自主研發(fā)座椅的實(shí)力。好了，上面算一個(gè)概述，下面我按照不同方向來(lái)跟大家聊聊有關(guān)座椅設(shè)計(jì)的那些事兒。
材質(zhì)篇
你以為面料就是簡(jiǎn)單地將各種材質(zhì)包上去？當(dāng)然不是，其實(shí)座椅的面料單獨(dú)是個(gè)專業(yè)。如何zui大化地將一整塊皮子分塊？如何進(jìn)行縫紉久坐后也不會(huì)破損？如何進(jìn)行表面處理，使得座椅能夠耐刮擦、耐光照、并且可清洗？在ji端環(huán)境下，如何保證座椅的耐用性？這些都是座椅在研發(fā)時(shí)需要考慮到的。工程師告訴我，他們的表鏈?zhǔn)阶尉褪菍⒁徽麎K皮子直接用純手工縫制出表鏈?zhǔn)降男Ч绻麑⒆芜M(jìn)行拆解的話，依然是一整張皮子，這些都是經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)的。織物座椅雖然看上去Low，但優(yōu)點(diǎn)也很多，很多人買車的時(shí)候非常抵觸織物座椅，認(rèn)為會(huì)嚴(yán)重拉低車子的形象。但實(shí)際上，織物座椅也是有不少優(yōu)點(diǎn)的，比如透氣性。人坐在座椅上的時(shí)候，基本上與椅面是*貼合的，這就造成了熱量散不出去，所以特別容易出汗。但是織物材質(zhì)的座椅就基本不會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題。同時(shí)，織物座椅的摩擦力非常大，可以很好地限制人在座椅上的滑動(dòng)，在急轉(zhuǎn)彎或急剎車時(shí)不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)。座椅除了織物材質(zhì)就是真皮的嗎？在車輛的配置表中，一般在座椅那欄會(huì)有兩種材質(zhì)：織物和真皮。織物材質(zhì)就不提了，但你知不知道，很多所謂的真皮座椅，其實(shí)并不是真皮。一般主機(jī)廠為了控制成本，會(huì)用一種叫做PVC的材質(zhì)來(lái)代替真皮，這種材質(zhì)透氣性不好，柔韌性差，摸上去也沒(méi)有真皮細(xì)膩的手感。不過(guò)比真皮容易打理，成本嘛，自然是低了不少。很多消費(fèi)者又不懂，于是就被這種所謂的真皮蒙騙了。像寶馬、奧迪這樣的gao端品牌中的低端車型，有可能采用的就是PVC材質(zhì)的座椅。除了PVC，還有一種“高仿真皮”，使用人造材質(zhì)，叫做超細(xì)纖維。這種材質(zhì)雖然不是真皮，但是可以做到跟真皮一樣的特性，并且容易打理。雖然這種材質(zhì)的成本不算低，但跟真皮比起來(lái)還是能便宜一些的，很多主機(jī)廠會(huì)將這種材質(zhì)運(yùn)用到其中端或是中g(shù)ao端車型中。下圖的表鏈?zhǔn)阶沃校?0%是NAPPA皮，10%是超細(xì)纖維。很多座椅品牌，會(huì)在配置表中強(qiáng)調(diào)自己配備的是NAPPA真皮座椅。但實(shí)際上，并沒(méi)有這種叫做NAPPA的真皮，上圖表鏈?zhǔn)阶尾捎玫氖堑聡?guó)巴伐利亞的小牛皮，只不過(guò)運(yùn)用了一種特殊的鞣制技術(shù)，既保證了真皮的呼吸，也使得皮質(zhì)的呈現(xiàn)更細(xì)膩更柔軟，當(dāng)然了也更耐磨。這種經(jīng)過(guò)特殊的二次加工出來(lái)的皮子才叫做NAPPA真皮。
結(jié)構(gòu)篇
除了舒適性和支撐，更重要的是安全。人給座椅一個(gè)壓力，座椅就會(huì)給人一個(gè)反作用的支持力，這是我們?cè)谥袑W(xué)時(shí)學(xué)到的知識(shí)。因此，在正常駕駛狀態(tài)時(shí)，座椅要能保證給駕駛者很好的支撐，同時(shí)靠合理的設(shè)計(jì)將支持力分散到身體的各處，保證長(zhǎng)途駕駛的舒適性。而在特殊情況時(shí)，例如發(fā)生碰撞，座椅要通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證車內(nèi)成員的人身安全，這才是座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一大難點(diǎn)。
座椅構(gòu)造的變化
在1960年以前，主流的座椅內(nèi)部支撐構(gòu)造為卷線式彈簧，主要考慮到舒適性。但是，這種卷線式的彈簧的重量較大，并且很占空間，因此，設(shè)計(jì)師們研發(fā)出了S型彈簧，作為卷線式彈簧的替代。后來(lái)設(shè)計(jì)師們經(jīng)過(guò)多次的試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，如果將卷線式和S型彈簧一起使用，既能提高舒適性，又能保證足夠的支撐，同時(shí)重量上也沒(méi)增加太多，因此這種并用的設(shè)計(jì)開始出現(xiàn)在一些高檔車型中。
座椅也需要考慮輕量化
座椅的體量比較大，也因此在設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮到輕量化，當(dāng)然前提是不能喪失安全性。比較直觀的方法是減少金屬材質(zhì)的運(yùn)用，比如采用較薄較輕的材質(zhì)，或是依靠打孔來(lái)減重，不過(guò)這需要進(jìn)行大量的模擬分析計(jì)算，以確保座椅的安全性。
座椅內(nèi)部的布置是項(xiàng)不小的挑戰(zhàn)
在座椅的內(nèi)部，除了基本的結(jié)構(gòu)件以外，還布置有復(fù)雜的電機(jī)甚至空調(diào)管路，設(shè)計(jì)師們既要保證各部件的可靠性及耐用性，又要盡可能地控制體積和重量，是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。工程師告訴我，在座椅的布置中比較難以設(shè)計(jì)的就是按摩功能，因?yàn)槟K會(huì)占用不小的空間，同時(shí)還要保證功能的耐久度和安全性，需要一點(diǎn)一點(diǎn)去調(diào)整。
設(shè)計(jì)篇
正常坐姿可以夠到中控臺(tái)上的所有按鍵
在確定駕駛員的坐姿時(shí)，其中有一項(xiàng)要求是：駕駛員在正常坐姿時(shí)，要能操控中控臺(tái)上的所有按鍵。這在汽車設(shè)計(jì)中也有個(gè)專有名詞，叫做「手伸界面」。這不僅是為了方便駕駛員操作，更能保證行車時(shí)的安全。
要能適合不同身高的駕駛員
對(duì)于不同的駕駛員，坐墊長(zhǎng)短、靠墊長(zhǎng)短、靠墊寬度、頭枕位置等等這些都會(huì)帶來(lái)不同的駕駛感受。也因此，設(shè)計(jì)師們?cè)谠O(shè)計(jì)座椅時(shí)需要考慮到駕駛員的不同身高，設(shè)計(jì)合理的調(diào)節(jié)范圍，盡量滿足多數(shù)人的需求。
易于控制油門、剎車踏板
說(shuō)實(shí)話，很少有人會(huì)注意到這一點(diǎn)，但是對(duì)于設(shè)計(jì)師們來(lái)說(shuō)，又是設(shè)計(jì)座椅時(shí)不得不考慮的因素。為了保證車上成員的安全，駕駛員在正常坐姿下必須保證能夠全力踩下剎車。這跟坐墊的高度、角度、踏板的角度等等都有關(guān)系，也是需要綜合考慮的。
避免手臂和身體周圍部件“打架”
開車時(shí)有可能會(huì)遇到各種突發(fā)情況，需要快速打方向。這就要求手臂移動(dòng)范圍內(nèi)不能有任何其他部件干擾到駕駛員的操作，否則非常容易出現(xiàn)危險(xiǎn)。
座椅舒適性在于將重力分散
座椅工程師們做過(guò)研究，普通座椅的坐墊在乘坐時(shí)壓力主要集中在臀部和大腿根部，靠背在乘坐時(shí)壓力主要集中在腰部，這樣坐起來(lái)就會(huì)特別累。而特殊設(shè)計(jì)過(guò)的座椅可以將臀部和大腿根部的壓力分散到大腿靠近膝蓋的位置，而腰部的壓力也會(huì)分散到背部上方甚至肩部。
滿足舒適性的要求下，盡量減小靠背厚度
我們都知道，相對(duì)較厚的靠背，乘坐舒適感要更強(qiáng)。但是，為了保證車內(nèi)的乘坐空間，設(shè)計(jì)師們要確保滿足舒適性的要求下，盡可能減小靠背的厚度。而對(duì)于那些為了空間玩了命縮減靠背厚度不考慮舒適性的，試問(wèn)你們是在耍liumang嗎？
如果躺，請(qǐng)平躺
一些車型的后排座椅像飛機(jī)的頭等艙，可以讓乘客“躺”著坐車。這類座椅往往都會(huì)配備腿托，將小腿托起來(lái)，這樣有助于改善腳步的血液循環(huán)。對(duì)于這樣的座椅，如果頭枕也可進(jìn)行角度或是前后的調(diào)節(jié)會(huì)更好，這樣可以對(duì)脖頸起到足夠的支撐。
功能篇
座椅電機(jī)——器小也要活兒好
座椅的電動(dòng)調(diào)節(jié)都是靠安裝在座椅里面的電機(jī)，無(wú)論是位置還是附加的加熱、按摩、通風(fēng)等功能都是要求電機(jī)的體積極小、力量很大、耐久性很好，一般的電機(jī)還真是達(dá)不到高的要求。
后排靠背角度可調(diào)是良心設(shè)計(jì)
工程師告訴我，適合中國(guó)人體型的后排靠背角度是25-29度。這樣看來(lái)，如果后排座椅靠背可以調(diào)節(jié)角度的話，那真是良心設(shè)計(jì)了，既能又舒適的坐姿，又可以進(jìn)行車內(nèi)空間的拓展。
座椅加熱——半路夫妻不如原配好
很多低配車型是沒(méi)有座椅加熱功能的，但是很多車主會(huì)這樣想：我可以后期從某寶上面買啊，功能也有了，還省了不少錢。但是，我前面說(shuō)過(guò)了座椅是非常重要的安全部件，后裝的座椅加熱可能在加熱效果甚至耐久性上不如標(biāo)配的座椅加熱，達(dá)不到主機(jī)廠zhi定的標(biāo)準(zhǔn)，因此我個(gè)人還是不建議亂改的。
后排zui舒適的莫過(guò)于蝴蝶式頭枕
如果你體驗(yàn)過(guò)蝴蝶式頭枕的話，你一定會(huì)認(rèn)同我的觀點(diǎn)。在我看來(lái)，后排頭枕絕對(duì)應(yīng)該在保證安全的前提下，盡可能的軟。而如果是蝴蝶式頭枕就再好不過(guò)了，因?yàn)榭梢韵拗祁^部的側(cè)向移動(dòng)，會(huì)不會(huì)有種枕在“雙峰”上的感覺？
屁股是最敏感的xinxi接收器？
如今一些車型上會(huì)有各種主被動(dòng)安全配置，如果車輛在沒(méi)開啟轉(zhuǎn)向燈的時(shí)候偏離車道，座椅會(huì)震動(dòng)提示駕駛員注意。工程師告訴我，相對(duì)于儀表盤上的指示燈或是聲音提示來(lái)說(shuō)，利用座椅的震動(dòng)將警示信息傳遞給駕駛者，是更加安全的設(shè)計(jì)，只不過(guò)成本會(huì)相對(duì)較高。
安全篇
座椅、安全帶和氣囊通常是一個(gè)系統(tǒng)
由于座椅是重要的安全部件，因此設(shè)計(jì)師們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)往往要將座椅、安全帶和氣囊作為一個(gè)系統(tǒng)綜合考慮，這個(gè)系統(tǒng)叫做成員約束系統(tǒng)。聽上去雖然簡(jiǎn)單，但實(shí)際上有N多試驗(yàn)要做，否則不能通過(guò)國(guó)家的法規(guī)及碰撞測(cè)試要求。
防止在碰撞中身體受到的壓力過(guò)大
當(dāng)出現(xiàn)來(lái)自后方的沖擊時(shí)，人體會(huì)給座椅靠背一個(gè)向后的作用力，作用力的分布呈倒“T”字型，此時(shí)最大的壓力點(diǎn)在于腰椎附近。因此，座椅工程師們對(duì)靠背內(nèi)部的彈簧形式和分布做了改進(jìn)，從而減輕在碰撞中座椅對(duì)身體的壓力。
追尾時(shí)控制下體的前移
很多車型的坐墊會(huì)有一定的角度，滿足舒適性的同時(shí)，也可以限制車內(nèi)成員在追尾時(shí)不至于下體過(guò)度前移。目前有一種裝置可以在發(fā)生追尾時(shí)將膝部的坐墊再度頂起，從而對(duì)下肢起到更強(qiáng)的限制滑動(dòng)的作用。
頭枕主要是為了防止追尾時(shí)受傷
在日本有研究人員做過(guò)交通事故方面的調(diào)查，其中有30%的事故來(lái)自于追尾，而在追尾事故中，90%的人都會(huì)頸部受傷。這種傷害雖然不至于致死，可一旦頸部受傷，就需要比較長(zhǎng)期的治療，并可能會(huì)有一系列的并發(fā)癥。而頭枕的設(shè)計(jì)，就是為了防止頸部在追尾時(shí)受到傷害。
測(cè)試篇
頭枕設(shè)計(jì)中最重要的測(cè)試——鞭打試驗(yàn)
在頭枕的設(shè)計(jì)過(guò)程中要進(jìn)行鞭打試驗(yàn)，實(shí)際上就是模擬現(xiàn)實(shí)生活中的低速后碰情況。之所以叫做鞭打，是因?yàn)樵诰薮蟮臎_擊力下，由于慣性，頭部會(huì)向后甩動(dòng)，就像揮鞭子一樣。如果沒(méi)有對(duì)頭部的合理支撐，就會(huì)導(dǎo)致頸椎受力過(guò)大而折斷。
30萬(wàn)次上下車耐久測(cè)試
工程師告訴我，他們的**座椅會(huì)進(jìn)行30萬(wàn)次的模擬人體上下車測(cè)試，必須保證在這樣的耐久性測(cè)試下，座椅不發(fā)生變形、破損，并且功能正常。
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