乘用车座椅的乘坐舒适性开发

  • 丰田纺织,设计开发1部副部长 周煜
  • 2019-03-15 10:55:24
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丰田纺织中国有限公司设计开发一部副部长“乘用车座椅的乘坐舒适性开发”演讲精彩实录。

周煜先生丰田纺织中国有限公司设计开发一部副部长;获得上海交通大学,工学学士学位。2002年开始就职于现丰田纺织(中国)有限公司,他拥有16年以上乘用车座椅和内饰行业经验,他负责TOYOTA, GM, BMW, DAIMLER, FAW等多款车型座椅/内饰系统的设计开发以及项目管理工作


说明:1、本文为现场速记,未经演讲嘉宾审核;2、禁止任何渠道转载,否则将追究相关责任。


大家好,欢迎大家来倾听,我这次报告的题目乘用车座椅的乘坐舒适性以及面向未来的创新,能在这样一个专业座椅论坛,跟很多新老朋友进行一个交流,那也是我们丰田纺织和我本人一个荣幸。

我目前是丰田纺织中国设计开发部的副部长,我今天介绍主要是聚焦在技术部分的介绍。第三部分好座椅的定义开始,我还会介绍一下我们丰田纺织座椅舒适性开发的V字型的流程。

接下来我还会介绍一下,我们为此开发的一个原创假人,以及应用这个假人进行一个舒适性的验证和设计工作。接下来我还会介绍一下我们实际,为了舒适性然后开发出来了一些先进的工艺,比如说应用在雷克萨斯座椅上的一些技术。最后我还会用一张PPT来介绍一下我们对于未来乘用车乘坐舒适性的思考。

最后我会对这次报告做一次要点总结,在我进入这些细节之前,也请允许我向一些不了解或者说不知道丰田纺织的朋友们介绍一下我们公司。

丰田纺织是在1918年,由丰田佐吉先生在日本建立的,其实去年也是我们丰田成立一个100周年,我们也成为了一个百年企业。其实我们丰田纺织也是丰田纺织集团,也是丰田发展史上第一家一个现代化的企业。

在这之后我们的创始人丰田佐吉先生他的儿子,创力了目前大名鼎鼎的一个丰田汽车。这张照片显示这三位是我们目前集团最高的一个领导人,其中中间这位老先生叫丰田周平,是我们的会长。

介绍一下丰田纺织在全球事业分布,我们在全球一共在26个国家,一共有107家企业,那么一共有41400名员工。其中我们在全球一共有地域开发的总部和研发中心,包括中国。在中国我们一共有19家公司,9000名员工,其中主要是集中在天津,广州,上海地区。主要的客户是丰田,但是也有一些其他的主机厂客户,比如说沈阳宝马,比如说北京奔驰,比如说上海通用,比如说天津一汽。

这是我们在上海的中国的研发中心和中国的地区总部。就是离这里很近,也在自贸区那里,大概10分钟左右的车程。接下来介绍一下我们的产品分类,我们的产品主要分为三大块,第一块是座椅,包括乘用车的座椅以及零部件,比如说骨架比如说发泡,比如说面套。

还有一些其他移动工具的座椅,第二块是乘用车内外饰,其实主要是内饰,如果你坐在一个驾驶座舱里面,那么你能摸到的,除了仪表盘和中央通道之外,所有的内饰件我们都研发和生产。

第三块是零部件,单元部件主要说的是滤清器,还有发动机的总成这块的零件。比如说我们在丰田一个混合动力车,电机核心部件电机的转子还有我们燃料电池一个对气管,这是用在未来氢燃料电池车上的。

在聚焦在座椅这边,乘用车座椅我们乘用车给雷克萨斯还有给丰田一个品牌,可能还有宝马都供前排座椅。我们一个平台是TNGA的座椅平台,再看一下我们后排座椅,我们后排汽车座椅我们叫乘坐的舒适系统。

主要两款明星车型,一个是雷克萨斯的LS,这是最豪华的。还有保姆车,丰田的阿尔法,包括后排座椅的一些机构件。比如说腿托,比如说长滑轨,比如说高强度的调角器我们都做,除了座椅之外其实我们在其他方面也有涉列,我们还做高铁的座椅,还做航空座椅。

其实有些豪华影院豪华座椅我们也做,触类旁通。接下来我们进入技术部分一个介绍,什么叫好座椅?首先我们考虑一下好座椅的定义,我们认为好座椅应该满足一些基本的要求,比如说安全,比如说环保,比如说成本,比如说重量。除此之外它还要满足一些功能性的要求,比如说座椅各种布置,比如说在驾驶时车辆对人产生一个惯性力的支持,然后以人为导向一个开发的理念,在这点来看我们认为座椅乘坐舒适性一直是最重要的要素之一。

我们再看一下优秀乘坐舒适性一个定义是什么,设备第一个是座椅它需要确保合理的坐姿,我们提到一个是座椅的鲁棒性,也就是说一款座椅它应该适合不同乘客一个体型和坐姿。另外,它还要协调椎间关节,还要对循环系统的影响,然后要把它减到最小,减轻肌肉的负担,从而减轻一些疼痛和麻痹的感觉。

第二点是要支撑人体,一款汽车座椅在汽车行驶过程中会产生惯性力,在转向的时候它会对驾驶员产生一个作用力。我们的座椅要支撑人体来抵消这些作用力,第三点是对于震动的控制,座椅需要在过滤掉一些不必要车身道路信息之后,然后它还要保留一些必要车辆信息给到乘客。

最后一点,一个座椅要贴合人的体型。也就是说人,乘客坐在座椅上面,他会觉得这个座椅是贴合自己身体的。接下来我们介绍一下我们一个开发流程,这张图是我们丰田纺织的一个关于座椅舒适性的开发流程,它是一个英文V字型。

其中上半部分是关于整椅部分,下半部分是关于子零件部分。我们首先开发的时候,我们会对这椅坐姿设定一个目标,我们在设定关于为了实现这个坐姿我们应该实现怎么样一个支撑力的目标,对于这些整椅目标我们会把它打散到零部件上面,在V字开发的右半部分我们会对整椅和零部件来做一个验证,来确保我们的产品是符合我们的设计要求的。

最后我们会对我们的座椅安装到实车进行实际的道路测试。我们的优势是我们拥有一个自有的试车场,我们对座椅进行一个综合的评估,我会在稍后介绍试车场。

接下来看一下座椅舒适性开发整个的概念图,我们看到自上而下首先我们会定义座椅的一个目标坐姿是什么?我们为了满足这个坐姿,需要对座椅些部门进行支撑,为了实现这些支撑,我们有应该怎么样的坐压的分布。这三点是整个基础部门,不管什么车型,什么平台都应该满足这三点基本要求。

再往上,这是和具体车型车辆的要求是有关的。一个是坐垫的支撑性,包括坐垫的振动传递特性,我们根据这些要求座椅的刚性。

再往上我们根据实际车辆操纵特性,我们来决定一些座椅局部的刚性,看怎么样支撑乘客和驾驶员。

具体坐姿要素是怎么样?我们认为三个要素决定一个乘客的坐姿,首先要考虑肌肉,另外考虑到关节,还要考虑血液系统和呼吸循环系统。整个一个人的坐姿其实由六个角度来定义,我们看到这个和一般假人角度很相近,但是多了一个腰椎角。

我们人在站立的时候,不同人站立姿态不一样,人坐在座椅上的时候,他在坐姿有什么不同?我们认为主要通过三个角度来定义的。颈部角、臀部角,腰椎角。腰椎角是通过颈部角和臀部角之间的差异来决定,所以我们认为主要是要关注下面的颈部角和臀部角这两个角度。

颈部角其实由连接头部和胸部前后两块肌肉来决定,我们看左下方的图,如果一个人站着,如果为了保持视线的平直,人的脖子后面就会发生紧张,如果为了放松一些,人可以把靠背往后倾斜一些,这样的话颈部就会产生一个角度,这个角度就可以让颈部肌肉放松。关于臀部角是由大腿的拉伸,还有腹部肌肉紧张来决定的。

其实每一个人的人体结构不一样,所以合适的角度也是不一样。我们通过颈部角臀部角的定义,我们对整个乘客坐姿进行了分类,主要分为这四种类型:

左边的图,比如说左上方的图,他是颈部角比较大,但是臀部角比较小。这种乘客体现出腰部前挺的坐姿。我们再看有右下角的Type C,这个乘客坐姿是跟Type B完全相反,呈现一个猫腰的坐姿。我们再看Type A,他的颈部角和臀部角,这个人比较小,这种情况下会形成一个比较挺直的坐姿。这种情况下,他的躯干线是笔直。

Type D的话,他的颈部角和臀部角都比较大,这样呈现出来是一个向后依靠的坐姿。这种坐姿躯干也是平直。我们再看右边这个图,红框A-D不同的坐姿,其实是可以通过座椅的靠背角的调节来满足A-D不同类型的坐姿。我们在看蓝框这块B-C,这些坐姿座椅需要考虑怎么样包容B-C乘坐坐姿的鲁棒性。

 

再补充介绍一下我们的试车厂,我们的试车厂它有一条直道大概650米长,那么这个直道可以达到最高的车速是200公里每小时,允许我们在这条直道上进行比较宽裕速度方面的测试,我们来测试在不同速度区间的时候,然后车辆一个微转向对座椅的反应。

再看一下弯道,比如说跑到左边比较大的弯道,这个弯道的弯角是半径85米,我们可以通过不同一个入弯角度然后来达到不同的加速度,我说的横向加速度。包括大的一个角度,它的一个好处是可以在一个比较长的时间,来评估横向加速度对座椅和乘客一个影响。

右边比较小的弯角,这个好处弧度比较大一种情况下,允许我们在比较低的车速来达到一个比较大的横向加速度,对座椅进行评估,当然我们的试车道还有一些特殊路面,比如说粗糙路,比如说刹车道,来帮助我们对座椅进行一个全方位实车的评估。

我们在试车道进行实车评估的时候,我们还会对驾驶员一个动态进行动态捕捉,我们采集来这些数据可以用来进行实际的汽车转向时候力传递的分析。我们回到公司一个实验室,我们有一个六轴加震机的一个测试台,这个台可以用来模拟汽车一个震动,看汽车震动对座椅的影响和对乘客的影响。

比如说在1赫兹振动频率的时候,人的乘客眼睛它可能会引起一个共振,那么在5-10赫兹的时候,可能人的腹部这块,它的共振会比较大。有可能会引起,刚才东商用车说的一个胃下垂的问题。

我们还有一些零件测试实验台,不管是零件级别的,还是整理级别的,还是我们实车的一个评估,我们把它综合起来对我们一个座椅进行评估。

我们还有一个评估小组,我们对评估小组的要求是这些成员他需要有数据测量能力,还可以量化表达一个感官评估能力,还是了解座椅的结构,并且知道这些座椅结构对座椅舒适性的影响,并对座椅舒适性提出一些改进的建议。

我们可以看到,这是我们照片里面三位有不同一个体型的评估小组成员,因为不同的体型有不同的体重,不同体重在驾驶时产生的惯性力是不一样的。包括不同体型人座椅的坐压也是不一样的,我通过不同体型成员来综合考虑这个座椅,对不同体型乘客的影响。

接下来介绍一下我们丰田纺织开发的坐姿假人,我们开发的理念就是用最少的一些要素,然后来定义乘客一个坐姿,我们把假人作为CAE的分析,还有一些实物的分析。我们来看一下这个假人具体是有一些重要部位的,它会有自由度,然后在颈部颈椎还有腰椎这里是一个弹性来表示的,还有胯部和膝部的环节,包括和座椅贴合的地方它是用刚性的表面。用坐姿假人举个例子,刚才两种坐姿我们用CAE坐姿假人来进行分析,看出来一个坐压分布他们是不一样的。

我们再看CAE分析和实物分析的结果,其实显示的也是一个相近的结果和相同的一个趋势。接下来我们介绍一下为了实现我们要求的座椅舒适性,我们开发一些先进的工艺,这是FIP的工艺,它是一个真皮座椅面套一体发泡的工艺,这个工艺的优点是可以达到一个更好对人体的支撑和对人体的贴合。

另外它还可以实现造型方面的高度自由化,我们看一下工艺的过程,过程其实很容易理解,先把缝制好的面套然后放在发泡磨的行腔里面,然后和磨发泡,最后取件,取出来的一体发泡安装在靠背总成长。但是这里面有很多的Know How,比如说面套,我们对面套的要求是要有一个非常高的精度,我们要求面套放在行腔之后,只通过一个发泡压力就可以完全贴合发泡磨的行腔。那么这需要我们面套是经过一个高水平的造型设计,并且我们面套裁片的先期设计也是要介入进来,包括我们还要仰仗后期高水平的缝制技术。

我们看一下横断面然后看一下具体细节,可以看到它实现一个凹面的造型,另外就是它在面套软背泡层这里没有一个溃缩,我们看右边的图,上面是FIP,下面是传统工艺,我们传统工艺在掉紧的地方其实是有软背泡一个溃缩的,我们看蓝颜色坐压分布,传统工艺这里有很多空白的地方,这说明了这个地方和人体没有贴合,它对人体支撑也是不够的。

所以我们的FIP工艺通过这两点满足了高效能和高造型的质量要求,我再谈一下我们对未来乘用车实时性的思考,我们认为接下来未来乘用车座椅这边主要关注两点,一点是能量管理,有调查显示,一个空调系统效率只有10%是传递到了人的身上,那么怎么样改善这种效率呢?一点是改善传热质量,这是零部件材料级别的。另外一点,我们要开发出一个更有效个人空调系统,我们在考虑座椅其实是离人最近的,如果空调系统离人最近那肯定是效果最好的。

那么我们认为如果有一个比较更高效热交换系统,并且把它集成在座椅上,我认为热效率这块是可以解决的。另外一块是自动驾驶方面,自动驾驶的级别一个提高会对我们的座椅产生很大一个影响,比如说,各种座椅的功能,我们有各种各样的功能装备,比如说调角,比如说腿拖什么的,各种功能目前来说是相互独立的。

接下来,下一步我们会把它有机的结合起来。比如说我们可以根据人体的一个体型尺寸,个人情报我们来调整座椅的一个姿态。在更一步我们会加强人机沟通,然后来更加的促进人和座椅之间的一个协调。

我们看舒适性方面,自动驾驶它的一个级别提高,它会导致人从驾驶的座位上解放出来,会衍生出不同的坐姿。那么接下来我们要思考的是,怎么样能够解决不同坐姿时产生的晕车问题。还有就是对人的支持方面,比如说在汽车转向的时候,怎么样让座椅对人进行一个提示。

在疲劳方面,我们知道现在一些疲劳可能主要是一个被动比如说乘客困了,检测出来,座椅振一下,这种情况乘客很快又会累,我们想是不是可以加强一下人和座椅之间的沟通,然后来提高人的一个主动消除困意的效果。

不管怎么样,所有的开发都是应该基于提高人和车之间一个交流,这样一个思维方式来进行的。最后我进行一下要点总结,这次报告的。首先我们产品线提供一个座椅到座椅零部件一个丰富的选择,我们通过整椅和零部件V字的开发,开发出了一个优秀的乘坐舒适性的座椅产品。

我们熟练结合了实车的测试和实验台的测试,然后来对我们的座椅进行一个平行的评估。我们开发出了我们原创一个坐姿假人进行舒适性的设计和验证,我们丰田纺织为了实现超出预期一个舒适性,我们致力于持续人体研究,以及以人为导向开发。

最后以我们的承诺来结束我这次报告,我们为世界各地的客户提供安全舒适,并且符合超越品质期待的座椅,谢谢大家。

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