科普 | 5000字長文聊座椅舒適性,這些因素可比堆配置要重要多了
網(wǎng)絡(luò)上有人問:是不是把通風(fēng)加熱按摩等功能一堆,就能叫好座椅?這兒我可以十分果斷的下一個結(jié)論:絕不是!打個不恰當(dāng)?shù)谋确,如果把通風(fēng)、加熱、按摩等等功能堆在一起就能做成好的座椅的話,那是不是意味著,只要提供合適的原材料,每個人都可以成為一個好廚師呢?顯然,社會上沒那么多的大廚,也并不是所有功能滿滿的汽車座椅,都能讓你坐上去就感覺舒服。以前在車企時,外派到海外的某車型的改款項目的更改范圍之一便是座椅,前段時間又受邀去了別克的座椅研發(fā)中心參觀學(xué)習(xí)。接下來,我就用自己的見解和以前參與的座椅設(shè)計開發(fā)的經(jīng)驗,通過3個問答來展開聊聊。所謂的好座椅,要考慮哪些東西?
座椅的設(shè)計,到底需要兼顧哪些因素?
在聊具體設(shè)計因素之前,先講一個汽車設(shè)計圈通識性的規(guī)律:所有與造型曲面設(shè)計相關(guān)的零件,都是造型視覺效果與工程技術(shù)可行性相互掰扯互相妥協(xié)后的結(jié)果,今天講的重點不是造型型面設(shè)計的要點,而是從工程實現(xiàn)的維度對汽車座椅設(shè)計而言需要考慮哪些因素。(1)結(jié)構(gòu)可行性從座椅的零件組成來看,其中包含了骨架的鈑金件、皮質(zhì)包覆件、支撐發(fā)泡件、塑料功能按鍵等等,這里面都需要考慮模具的出模角度,出模時會不會劃傷零件?包覆件底座的圓角大小,圓角太小了會不會戳破皮質(zhì)包覆?還有塑料按鍵的分型線和翻邊的位置,會不會在使用時有硌手現(xiàn)象?單個零件出來之后是不是能夠組裝到一起?這都是結(jié)構(gòu)可行性的范疇。你看,開發(fā)座椅的起點,一定不是考慮我要上按摩還是上加熱。座椅首先是一個汽車上的結(jié)構(gòu)件。
(2)人機(jī)工程座椅不是沙發(fā),它是車內(nèi)的一個部件,所以座椅和周邊零件的關(guān)系是需要妥善考量的。舉個例子,最直觀的是,前排座椅往后退,并且將椅背放倒之后,可能會嚴(yán)重入侵了后排的腿部空間導(dǎo)致二排乘客的空間非常局促,這就是人機(jī)上的問題。再比如說,在座椅前后可調(diào)節(jié)范圍內(nèi),你似乎無法很舒服地去夠到安全帶,這也是人機(jī)的問題。又比如說,二排座椅的功能設(shè)計,如果讓乘員進(jìn)入第三排特別困難,這也是人機(jī)的問題。因此,在設(shè)計階段,座椅作為一個可運動的物件,在這個運動軌跡內(nèi)需要盡可能去避免車內(nèi)其他功能按鍵的使用。
(3)碰撞安全性這個其實不難理解,一旦碰撞發(fā)生,座椅作為最貼近乘客的零件,需要起到第一層保護(hù)作用。此時你應(yīng)該可以意識到,座椅導(dǎo)軌與車身的連接十分重要。
假如座椅靠背在沖擊下發(fā)生折彎,這肯定會對腰部有重大損害;或者如果頭枕的支撐不夠,那對于頸部的沖擊可想而知。因此,座椅應(yīng)該起到合適的保護(hù)作用以便于在沖擊到來時提供強有力的支撐作用。
(4)耐用性這又和零件本身有關(guān)了。其中,涉及到骨架耐用性、發(fā)泡耐用性、面套耐用性等等。所謂的耐久性,簡單來說,就是座椅長期使用后其功能、舒適性等等還能不能和當(dāng)初一樣。就拿發(fā)泡耐久性為例,發(fā)泡的軟硬程度是在尋找座椅舒適和支撐的平衡,剛出廠無疑是最佳狀態(tài),但如果當(dāng)乘客坐了一年半載之后,發(fā)泡零件出現(xiàn)范性形變(除去外力后不能恢復(fù)的變形),或者你可以理解為把發(fā)泡坐扁了,那么舒適性和支撐性就不再了。而骨架這種涉及到強度硬度的零件就更要注意,一旦耐久性出了問題,這絕對會是影響到乘客安全的。
(5)舒適性或許在坐車過程中你已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了,有些車坐2個小時后還腰酸背痛,有些車坐再長的時間身體還是比較松弛的,除了面料之外,更重要的是座椅發(fā)泡的形狀是不是更貼合人體,比如在腰部區(qū)域一直處于懸空的狀態(tài),那么這塊肌肉需要緊繃,那一段時間后乳酸就開始分泌了。在設(shè)計中,更直觀的方案是測試座椅的壓力分布,壓力越大的區(qū)域意味著肌肉更需要發(fā)力的地方,壓力越小的地方則意味著輕微接觸甚至是懸空的狀態(tài),那么工程師需要做的是,將身上的壓力平均化,減小壓力大的區(qū)域,增加壓力小的區(qū)域,讓整個身體處于有一定壓力支撐,但都不需要太大的區(qū)間,這樣最能保證身體的松弛感。在這個背后,發(fā)泡的形狀、用料、身體的姿態(tài)等都與其相關(guān),有些有底蘊的主機(jī)廠會有意設(shè)計出座椅DNA去控制座椅曲面的形狀和位置,從而間接去確保身體的姿態(tài),讓其保持在壓力支撐分散的區(qū)域,以讓乘客的身體獲得松弛感。
(6)靜謐性換而言之,就是噪音的控制。這兒可能有人要納悶了,座椅還有靜謐性?沒錯,不僅有,還十分重要!要知道,座椅總成零件很多,頭枕、靠背、扶手、腿腿等等,每一個零件都是可以運動件,自然也就有間隙,一旦控制不好零件之間的安裝工差,就會導(dǎo)致行駛過程中有零件和零件互相摩擦的現(xiàn)象,也就是所謂的異響。此外,每個零件也有固有頻率,和運動頻率接近時,座椅更是會產(chǎn)生共振抖動,這無疑影響到了乘坐的體驗。因此,在設(shè)計時,工程師都會對公差和頻率進(jìn)行仔細(xì)的定義,并用大量的實驗來進(jìn)行驗證。
相比較而言,消費者對于座椅的結(jié)構(gòu)可行性、碰撞安全性、耐用性等方面的認(rèn)知會稍微深刻一些,知乎上我也看到一些比較詳盡的回答。但座椅的靜謐性,大家可能還頭一回聽說,我可以適當(dāng)展開介紹下:
當(dāng)我們聊座椅靜謐性時,我們需要關(guān)注些什么?
剛剛講過,座椅的靜謐性指的是車輛在行駛過程中車內(nèi)乘客所感受到的來自座椅的噪聲、震動的綜合表現(xiàn)。通常來講,汽車座椅的靜謐性會受到多個因素的影響,為了便于理解,接下來我便以中國MPV市場一哥別克GL8為例聊一聊。(1)座椅運動校核這一點,是最基礎(chǔ)的。就拿前排座椅和中央扶手的關(guān)系而言,一定要考慮前后移動時不能與中央通道干涉(大概是下圖所示的位置),這其中還包含了移動過程中椅背角度調(diào)節(jié)的過程中不能有和周圍例如門板、B柱的干涉。
而如果一旦卡住,就會出現(xiàn)摩擦的噪音。并且,座椅側(cè)面安全帶鎖扣在隨著座椅移動時是否會撞到中央扶手或者是劃傷中央扶手等等,都需要考慮進(jìn)去。那有人會說,這不是很簡單嘛,把座椅做窄一些不好就好?你要真這么干了,那就距離被車主投訴不遠(yuǎn)了。減少坐墊/靠背的寬度,進(jìn)而就需要削弱坐墊/靠背對身體的支撐,舒適度降低的同時,骨架本身所框出的被動安全空間也隨之縮小。因此,包括我去參觀過的GL8工廠在內(nèi),真正懂行的MPV會在每個座椅做到盡可能寬敞的同時,又確保了在操作過程中和周邊零件的安全間隙,沒有了摩擦,自然就有了安靜的基礎(chǔ)了。
(2)座椅材質(zhì)面料如果你比較過普通的PVC皮質(zhì)包裹和GL8的Nappa真皮的話,你就會發(fā)現(xiàn),在聽覺上這二者有明顯的區(qū)別。
前者在被按壓時有較為明顯的身體與皮質(zhì)接觸的摩擦聲,但GL8就要輕盈很多,那背后的原因在哪兒呢?在GL8的工廠里,我見到過一把被拆成零件的展覽椅,得以近距離去觀察了一下它的面套——GL8是將頭層皮的真皮層、纖維層、絨毛層之間緊密相連,真皮層提供出色的觸感,且透氣;纖維層則能夠增加強度、彈性和柔韌性;而絨毛層則具有減震隔音的效果,三者相結(jié)合,為別克GL8座椅靜謐性提供了多一分的保障。
這兒插個題外話,好的真皮座椅設(shè)計,真的挺燒錢的,就譬如圖示的這個靠背上的曲線單縫線,需要人工縫紉才可以完成,而且,還得是5年以上工齡的專業(yè)縫紉工才可以,因為只有足夠的經(jīng)驗才能確保曲線的流暢性;再看那些近似菱形的設(shè)計,里面有許多的細(xì)密的打孔設(shè)計,這也使得這塊皮的模具費達(dá)到了千萬級別。在此之前我只知道座椅用料越高級就會越貴,卻不知道有這么多的門道。(3)座椅總成裝配作為曾經(jīng)的造型曲面設(shè)計師,對于這一點,感觸還是很深刻的。經(jīng)常遇到的一個問題是:在座椅的理論設(shè)計狀態(tài)時,所有的縫道面差都是均勻的;然而在實際零件的裝配中,我們不得不考慮制造誤差、安裝誤差等,何況座椅總成的零件非常多,公差、偏差自然也會越加越大,這最后產(chǎn)生的結(jié)果便是零件和零件之間存在干涉,也就意味著摩擦所帶來的噪音。GL8的解決方案是,不光嚴(yán)格控制每個零件的制造誤差,還需要在所有的零件安裝方面都精益求精,將公差都控制在設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)之中,也就是盡可能貼近設(shè)計狀態(tài)。并且,座椅的焊接工藝要確保盡可能將零件和零件緊緊連結(jié)在一起,如此一來可以減少了兩者之間的摩擦和振動,同時也能增強座椅的強度,骨架也同樣如此。我們可以看座椅骨架的一個設(shè)計細(xì)節(jié):焊接的時候沖孔有沒有毛刺,銳邊有沒有進(jìn)行卷邊設(shè)計。
要做到這個倒不是說它有多難,但指定是要增加大量的成本的,因為制造工藝上會變得更加復(fù)雜,但GL8的每一個沖孔都干凈利落(上圖中間那個是GL8),而且在有銳邊的地方都有圓角邊設(shè)計。以前在德國工作,見過德國工廠制作的嚴(yán)絲合縫。回來這次再看到GL8的座椅,絕對是絲毫不比德國人差。
如何確保整個汽車生命周期中的座椅靜謐性?
把車輛的座椅做到交付時滿足靜謐性就夠了嗎?顯然,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠!假設(shè)一輛車按每天上下車5次,使用8年的話,那就意味著這個座椅在使用周期內(nèi)會被使用14600次,現(xiàn)在的問題是:如何確保使用了14600次之后,座椅的部件之間不會松動、摩擦呢?在GL8的座椅工廠里,他們給出了靜態(tài)強度、動態(tài)安全、疲勞存放、測量誤用、振動疲勞、NVH舒適性以及材料,七個類別總共101項測試來進(jìn)行考核,在這兒我挑選其中幾項測試手法來給大家展示下。(1)導(dǎo)入導(dǎo)出實驗簡而言之,就是讓機(jī)器人重復(fù)模擬上下車的動作,來驗證座椅的耐磨表現(xiàn)。
我前面假設(shè)的那個8年一萬五千次,其實是比較保守的估計。GL8的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)是最高整車65000次指標(biāo),而且還是在開著座椅加熱功能的情況下進(jìn)行驗證。單次的導(dǎo)入力(就是模擬入座的人的體重)最高1000N,折合約100kg。整個周期內(nèi)的反復(fù)“摩擦”,基本可以保證十年的用車壽命里,GL8的座椅始終不會出現(xiàn)塌陷、形變和零件噪音。(2)扶手耐久實驗跟隨座椅整體耐久驗證的,還有測試扶手耐久力的對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。
座椅扶手的使用頻率相對較高,而且也更易損。對于這個零件,GL8的標(biāo)準(zhǔn)是使用5000次后還能正常翻折。
特別是,在經(jīng)歷過5000次翻折之后,扶手是不是還能像剛剛出廠那樣回到原來的位置,扶手皮是否可能會和座椅皮之間摩擦而產(chǎn)生異響噪聲,都是需要考察的點,而實際上,別克GL8的每一個座椅都需要按照這種“魔鬼訓(xùn)練”去開發(fā)。(3)座椅異響實驗這個實驗是在振動噪聲試驗室內(nèi)完成的,這是一個半消音室,下圖中的金屬桿子的末端是麥克風(fēng),一共有9個。
這兒需要引入一個新概念了:Sone(宋)值,原本意義上Sone值是衡量音符強弱程度的一個最直觀的量,也是心理學(xué)上的一種主觀標(biāo)度,1 Sone等于頻率為1000赫茲、聲壓級為40分貝的純音的響度。在別克座椅開發(fā)設(shè)計時,Sone值用于衡量人們對于聲音的敏感度,目的是為了更好的評估靜音效果。那它和分貝有什么區(qū)別呢?簡單來講的話,Sone值比分貝更苛刻更精細(xì),相同的分貝值,可能會有不同的Sone值,此時,Sone值越大,聲音越刺耳越不舒服;Sone值越小,聲音越舒適。據(jù)現(xiàn)場工程師做的實驗,在兩種聲音都是90DB的前提下,輕輕敲杯子實驗的聲音是25 Sone,而另一種碎音則可以達(dá)到35 Sone。座椅異響實驗便是要完成包括座椅總成異響情況的測試判定等一系列任務(wù)的,目的只有一個:盡可能降低Sone值,確保整個座椅在動態(tài)過程中所發(fā)出的聲音,控制在7Sone以內(nèi)。以實驗室里的現(xiàn)場體感來說,除非屏息凝神地仔細(xì)聽,否則很難感知到GL8座椅在車輛震動過程中發(fā)出的響聲。但還是之前提到的問題,讓新座椅安靜之后,長期使用的座椅還能有這種表現(xiàn)嗎?
對應(yīng)的驗證手段,是GL8的六軸共振測試。就是上圖這個設(shè)備。六軸意味著有XYZ三個方向六個自由度進(jìn)行多維度的振動質(zhì)感,通過模擬可以應(yīng)對各種道路狀況。開發(fā)工程師可以在上面模擬所有國內(nèi)用車會遇到的極端路況,還原長時間用車后的座椅工況。
結(jié)合顯示屏的路線風(fēng)景,整個設(shè)備的還原度很高,坐上去真的感覺像是在開車。
經(jīng)過長時間的綜合振動測試后,GL8的座椅會再回到前一個實驗室進(jìn)行噪音測試。確保長時間的座椅使用后,7Sone的噪音標(biāo)準(zhǔn)依然能夠被維持。至此,GL8的座椅才算是具備了合格的水平。
結(jié)束語
發(fā)現(xiàn)了嗎?說到這里為止,我們甚至都沒有提到加熱通風(fēng)按摩這些“功能”,而是依然在講最基礎(chǔ)的“乘坐”——僅僅是讓人坐得舒服安靜穩(wěn)定,一把優(yōu)秀的汽車座椅就需要考慮以上如此多的背景。題主所說的那些把功能堆滿的汽車座椅,如果首先經(jīng)歷過如此嚴(yán)格的開發(fā)驗證,在此基礎(chǔ)上還把功能拉滿、且保證久坐不壞,那顯然稱得上優(yōu)秀。反之,沒有在基礎(chǔ)的舒適性上下過苦工,僅僅是強調(diào)自己功能豐富的汽車座椅,那我只能給出否定的答案。
在歐洲做項目時,我的mentor掛在嘴邊的一句話:Der liebe Gott steckt im detail(細(xì)節(jié)決定成敗)。回到開篇的問題,為什么我如此堅持,否認(rèn)那些通風(fēng)加熱按摩等功能一堆的,絕不叫好座椅?我不希望大家在選車時陷入這樣的認(rèn)知誤區(qū),尤其是在智能化快速發(fā)展的放下,建議大家千萬不要忽略了一輛車最基礎(chǔ)應(yīng)該被關(guān)注的素質(zhì)。像座椅,通風(fēng)加熱按摩這些“添頭”是重要的加分項,但卻不是讓你你坐得舒服安穩(wěn)的必選項。通用這樣的“老店”和GL8這樣經(jīng)久不衰的成熟車型,擁有多年市場頭牌打拼下來積累的造車經(jīng)驗,卻始終沒有把這些“功能”作為主打,反而更愿意不厭其煩卻自豪地向我們展示他們在耐用、安靜和工藝上的深層次考量。其實背后還是那句話:無論是買車還是造車,都不該舍本逐末,為了那些錦上添花的東西,放棄堅實的基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)。
原文標(biāo)題 : 科普 | 5000字長文聊座椅舒適性,這些因素可比堆配置要重要多了
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