汽车座椅靠背晃动研究

汽车座椅靠背晃动研究

胡慧琴

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摘要：汽车座椅靠背有支撑乘员背部的作用，在舒适性评价中有很高的占比，由于靠背远离固定点，且靠背与固定点之间存在多个调节机构，如高调四连杆、靠背调角器、水平调节滑轨等，导致靠背受到震动易产生晃动，对于不同座椅，产生晃动的震动波形也不同。针对靠背晃动问题综合考虑可行性、工艺性及成本等因素，选取高调四连杆作为研究对象，解决该问题，并提供一种该问题的解决思路。汽车在颠簸路上行驶，座椅受到震动，靠背会产生晃动，不同的振动波形下，座椅的晃动幅度也不同，幅度较大时，会导致异响，影响乘员乘坐舒适性，座椅长期受到大幅晃动，骨架损耗大，可能会影响调节机构使用寿命。本文主要分析汽车座椅靠背晃动研究。

关键词：汽车座椅；靠背晃动

引言

晃动产生的主要原因是座椅各零部件间的间隙，间隙最易产生的地方就是运动机构，因此靠背的晃动量与靠背和座椅地板固定点之间的机构有关，如高调四连杆、靠背调角器、水平调节滑轨，但是靠背调角器与水平调节滑轨常为精密冲裁件，因此，在正常设计条件下不会产生较大间隙，对靠背晃动的贡献量较少。而四连杆结构零部件多为普冲，精度不易保证，因此针对四连杆进行深入解析。

1、产品的选取与分析

某款车座椅靠背的现有制造工艺为钢板冲压焊接，以此工艺制备的产品为基准部件，进行镁合金座椅靠背的开发。该产品总体的开发要求如下：以原有的钢板冲焊座椅为原型，最大限度地借用原有部件，实现结构的通用化；在对原有部件进行集成化和轻量化设计的基础上，实现集成化铸件的设计与应用，并采用高压铸造工艺完成部件的设计；完成整椅的装配和相关试验。除此以外，对镁合金座椅骨架的主要开发要求如下：结构要求：要求镁合金座椅骨架的碰撞性能与基准部件相当。镁合金是实际工程应用中最轻的金属材料，其绝对强度低于钢板，但是可以充分利用铸造工艺的优势，通过结构保证碰撞性能。重量要求：要求与取代部件相比，更改材料后重量降低15%以上。镁合金的密度为1.8g/cm3，远远低于原有的钢板材料。在目前应用镁合金取代原有钢板冲焊部件的应用实例中平均可以达到35%以上的减重效果。考虑到H7座椅功能性要求，无法将前盆和侧板集成为一个铸件，减重效果会有所降低，但是靠背可以集成为一个铸件，综合上述考虑，应该能够达到15%的减重效果。耐蚀性要求：要求满足OEM的耐蚀性要求。本项目开发过程中将使用高纯镁合金，其耐蚀性能已经超过了A380铝合金，加之其为内饰部件工作环境并不苛刻，其耐蚀性能能够满足要求。安装要求：要求满足原有的安装条件，可实现直接替换。在局部结构更改过程中，将不涉及与其他部件有装配关系的部分，结构调整后，部件的装配关系不变，可实现直接替换装配。成本要求：要求在满足台架要求的同时，控制成本增加不超过15%。部件的成本控制是铸件开发的一个重要因素。镁合金材料成本远高于钢板部件，但是通过集成设计和铸造工艺的方法取消了原有制造工艺中的冲压，焊接以及相关装配的环节，其制造成本远远低于钢板冲焊部件，考虑到两种材料优势和劣势，经过初步估算，实现综合生产基本相当是完全有可能的。

2、实际使用过程中的座椅受力分析

在总部，机组人员采取多种行动，在卷宗上产生不同方向的力，例如上车、伸出手拉安全带、调整枕头高度、将物体向后或向后移动、调整仪器或中断的手套箱背面和文件夹完全对齐为0，逆时针方向为"-"，顺时针方向为"+"。我们通过实际的测试措施和对相关标准的参考，创造了各种工作条件。(1)就主导而言，座的背面角度为-45，座的力方向为0。(2)在主导例中，在安全带行走过程中，座椅靠背和档案袋的角度为-20，座椅力方向为0；调整主轴承高度和汽车加速度时，座椅靠背角度和靠背角度为0，座椅力方向为0。(3)在主导例中，当物品放在后排或从后排移开时，座椅靠背和靠背的角度为45，座椅的力方向为0。车辆转弯(例如左转)时，座椅靠背和靠背的角度为0，座椅的力方向为45。

3、汽车座椅靠背晃动的优化

3.1腰部支撑适中

被试者坐在座椅上调节座椅前后上下和视野等位置到驾驶所需要的舒适姿态，重点是腰托调节支撑腰部强度到主观感知适中即舒适状态。试验座椅靠背造型有两条装饰线和一条拉紧线。无论是拉紧线还是装饰线均能产生压力集中，一般情况下，在人体肌肉群起始和小肌肉群位置座椅设计中，需要规避或减少类似此种压力集中的产生。排除两条装饰线干扰，对被试者腰部形成“面”支撑状态，沿着肩高方向腰部平缓过渡区约60mm，且支撑压力大于肩部支撑压力，同时根据人体工学背部支撑平衡分析，此种压力分布曲线是腰部和肩部支撑达到较好平衡的典型分布之一。

3.2从结构分析

从结构分析，对靠背摇晃贡献量最大的位置就是坐垫前管处的间隙。从质量检测来看，该处包含零部件为侧板、衬套、前管，分别对侧板孔尺寸位置度、衬套内外径、前管管径进行多点位测量并记录数据，结果显示均满足图纸要求。从设计校核来看，对前管处设计公差进行计算，得到该处理论最大、最小间隙。前管处的最大间隙为0.43mm。从对策及验证试验来看，设计校核结果显示，由于衬套与前管的配合间隙较小，改善不明显，因此对侧板孔尺寸进行梯度样件设计。用慢走丝制造孔径极限下偏差样件，并在产线进行组装验证。结果显示：方案一部分样件衬套装配不到位，不利于生产；方案二所有样件均可正常装配。采用方案二，制造上偏差样件进行晃动量改善效果验证，同时采用如下方法进行量化测量对比靠背晃动量：把角度仪摆放在靠背骨架上将读数归零，在靠背上横梁处施加150N及90N的力，方向垂直靠背，同时读取角度仪示数。

3.3采用广泛应用的压力分布客观评价方法结合主观感知

利用调节腰托前后位置来实现腰部支撑强度变化，模拟驾乘者坐在不同靠背特别是腰部不带腰托的座椅上，座椅背部不舒适使驾乘者坐姿铰链结构产生的变化规律。主要结论如下：（1）得到具有代表性的1名被试者腰部支撑强度适中、不足和过大3种形式的压力分布特征图。其中，腰部支撑强度适中时，腰部约60mm区域内压力变化平缓成“面”支撑，腰部压力大于肩部压力。腰部支撑强度不足时，腰部约60mm区域内腰椎上方压力集中，腰部压力小于肩部压力。腰部支撑强度过大时，腰部约60mm区域内腰椎下方压力集中，有“点”支撑的变化趋势。（2）腰部支撑强度不足时驾乘者铰链结构变化规律：驾乘开始阶段腰部肌肉维持坐姿，随着驾乘时间增加，为缓解肌肉疲劳，骨盆会前移使腰椎脱离脊柱“S”形的健康生理弯曲状态。（3）腰部支撑强度过大时驾乘者铰链结构变化规律：驾乘开始阶段背部肌肉维持坐姿，随着驾乘时间增加，胸廓后仰后调整驾驶所需的眼睛位置，颈部和肩部肌肉处于活跃做功状态产生疲劳。（4）无论是腰部支撑不足还是支撑过大，开始驾驶阶段，腰部支撑不足导致腰椎附近区域的肌肉最先产生疲劳，腰部支撑过大导致肩部和颈部肌肉最先产生疲劳。

结束语

通过对座椅骨架结构的解析和思考，得出座椅骨架中的基本零部件对靠背晃动量的影响大小，明确后续的验证方向，然后综合考量验证成本，并对达成效果进行预估，最后锁定改善方案，再进行实物验证，可以快速且有效地改善靠背晃动量大的问题，同时对今后的设计有一定的指导意义。经过这次解析，可以得到如下几个经验：首先，产品质量需要严格把控，即便只是略微超出设计公差的范围，也可能导致产品不合格。需要实时掌握生产情况，主动采集在产产品的各项指标，避免不合格产品流出。其次，在设计过程中需要对产品进行详细校核，预估可能产生的风险，无法准确把握风险时，可以制作先期样件进行验证。最后，量化分析十分重要，不能只通过主观判断来分析问题点，需要将客户的问题点进行量化，用量化的试验结果对问题的改善效果进行阐明。

参考文献：

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