leiphone 張小明
本文作者張小明，設計師，車輛工程專業。
為了讓這篇文章足夠深度，我花了1個月的時間，從各處搜閱資料。除對日本平成21年（2009年）4月發行的《Motor Fan》雜誌內容進行詳細研究之外……還與品牌座椅工程師進行了深度交流。
設計座椅是汽車設計的第一步
沒開玩笑，在所有的汽車設計中，設計師們第一步都是先確定座椅的設計。準確點說，設計師們最先考慮的是車內成員的坐姿。對於SUV車型來說，駕駛員的坐姿會更直立一些，位置也會更高；而對於轎車來說，駕駛員的坐姿會低很多，並且微微後仰；對於一些賽車（比如各級別的方程式），駕駛員其實是「躺」在車內的。
之所以要先設計座椅，是因為確定了駕駛員的坐姿以後，才能根據人體的H點來設計座椅，包括位置、造型、薄厚、可調角度等等。也只有確定了坐姿之後，方向盤、踏板、中控台、車門等等這些位置才能夠最終確定。
要想設計一款舒適的座椅，光靠各種理念來支撐肯定不行，重要的是得知道具體的人體數據。一般來說，設計師們會利用人體百分比模板來做參考。也就是說，設計出來的座椅可以讓百分之多少的人能夠正常乘坐。這個聽起來簡單，給你們看張圖就知道座椅設計的複雜了：
人体的脊柱是有自然S型弯曲的，也因此座椅靠背要设计成上半部分凹陷、下半部分突出的造型。一般来说，要想让人坐起来比较舒适，座椅要对胸上部、后背中部和上部以及腰椎的下部有着比较强的支撑才可以。
千萬別以為座椅舒適度;指的就是長時間乘坐不會累，實際上，座椅設計時要解決的另外一個問題就是應對加速度。對汽車來說，無論是急加速還是急轉彎，其縱向或是橫向的加速度基本可以達到0.7G、0.8G左右。
因此，座椅除了要具備一定的側向支撐，從而限制住駕駛員身體的來回移動，同時還要能夠消除在合成加速度狀態下車上成員的不適感。
一般座椅由表層材質、填充物、骨架、調節裝置和車身連接件構成。雖然看似不是很複雜，但是由於座椅的使用頻度極高，又和安全息息相關，因此每一部分在設計時都必須考慮到安全性及耐用度。
所以座椅的研發週期很長，基本上跟整車是同步的。工程師告訴我，就錶鏈式座椅而言，研發週期大概在2年左右。
因此，座椅除了要具備一定的側向支撐，從而限制住駕駛員身體的來回移動，同時還要能夠消除在合成加速度狀態下車上成員的不適感。
座椅是重要的安全配件，其性能由骨架、材料、樣式等因素綜合決定。這些都是極為專業的內容，需要數據和開發經驗的積累，也需要專業的實驗驗證設施和技術。以中國的車市，設計師、工程師目前所掌握的技術和經驗來看，要想完全自主來進行座椅的研發，確實是個比較困難的過程。據說中國目前還沒有自主研發座椅的實力。
好了，上面算一個概述，下面我按照不同方向來跟大家聊聊有關座椅設計的那些事兒。
材質篇
你以為面料就是簡單地將各種材質包上去？當然不是，其實座椅的面料單獨是個專業。如何最大化地將一整塊皮子分塊？如何進行縫紉久坐後也不會破損？如何進行表面處理，使得座椅能夠耐刮擦、耐光照、並且可清洗？
在極端環境下，如何保證座椅的耐用性？這些都是座椅在研發時需要考慮到的。工程師告訴我，他們的錶鏈式座椅就是將一整塊皮子，直接用純手工縫製出錶鏈式的效果，如果將座椅進行拆解的話，依然是一整張皮子，這些都是經過精心設計的。
織物座椅雖然看上去Low，但優點也很多，很多人買車的時候非常抵觸織物座椅，認為會嚴重拉低車子的形象。但實際上，織物座椅也是有不少優點的，比如透氣性。
人坐在座椅上的時候，基本上與椅面是完全貼合的，這就造成了熱量散不出去，所以特別容易出汗。但是織物材質的座椅就基本不會出現這個問題。同時，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，在急轉彎或急剎車時不會出現危險。
座椅除了織物材質就是真皮的嗎？在車輛的配置表中，一般在座椅那欄會有兩種材質：織物和真皮。織物材質就不提了，但你知不知道，很多所謂的真皮座椅，其實並不是真皮。一般主機廠為了控製成本，會用一種叫做PVC的材質來代替真皮，這種材質透氣性不好，柔韌性差，摸上去也沒有真皮細膩的手感。
不過比真皮容易打理，成本嘛，自然是低了不少。很多消費者又不懂，於是就被這種所謂的真皮蒙騙了。像寶馬、奧迪這樣的高端品牌中的低端車型，有可能採用的就是PVC材質的座椅。
除了PVC，還有一種「高仿真皮」，使用人造材質，叫做超細纖維。這種材質雖然不是真皮，但是可以做到跟真皮一樣的特性，並且容易打理。雖然這種材質的成本不算低，但跟真皮比起來還是能便宜一些的，很多主機廠會將這種材質，運用到其中端或是中高端車型中。下圖的錶鏈式座椅中，90%是NAPPA皮，10%是超細纖維。
不過比真皮容易打理，成本嘛，自然是低了不少。很多消費者又不懂，於是就被這種所謂的真皮蒙騙了。像寶馬、奧迪這樣的高端品牌中的低端車型，有可能採用的就是PVC材質的座椅。
很多座椅品牌，會在配置表中強調自己配備的是NAPPA真皮座椅。但實際上，並沒有這種叫做NAPPA的真皮，上圖錶鏈式座椅採用的是德國巴伐利亞的小牛皮，只不過運用了一種特殊的鞣制技術，既保證了真皮的呼吸，也使得皮質的呈現更細膩更柔軟，當然了也更耐磨。這種經過特殊的二次加工出來的皮子才叫做NAPPA真皮。
結構篇
除了舒適性和支撐，更重要的是安全。人給座椅一個壓力，座椅就會給人一個反作用的支持力，這是我們在中學時學到的知識。因此，在正常駕駛狀態時，座椅要能保證給駕駛者很好的支撐，同時靠合理的設計將支持力分散到身體的各處，保證長途駕駛的舒適性。而在特殊情況時，例如發生碰撞，座椅要通過結構設計保證車內成員的人身安全，這才是座椅結構設計的一大難點。
座椅構造的變化
在1960年以前，主流的座椅內部支撐構造為卷線式彈簧，主要考慮到舒適性。但是，這種卷線式的彈簧的重量較大，並且很佔空間，因此，設計師們研發出了S型彈簧，作為卷線式彈簧的替代。後來設計師們經過多次的試驗後發現，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，同時重量上也沒增加太多，因此這種並用的設計開始出現在一些高檔車型中。
座椅也需要考慮輕量化
座椅的體量比較大，也因此在設計時一定要考慮到輕量化，當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的運用，比如採用較薄較輕的材質，或是依靠打孔來減重，不過這需要進行大量的模擬分析計算，以確保座椅的安全性。
座椅內部的佈置是項不小的挑戰
在座椅的內部，除了基本的結構件以外，還佈置有複雜的電機甚至空調管路，設計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，是個不小的挑戰。工程師告訴我，在座椅的佈置中比較難以設計的就是按摩功能，因為模塊會佔用不小的空間，同時還要保證功能的耐久度和安全性，需要一點一點去調整。
設計篇
正常坐姿可以夠到中控台上的所有按鍵
在確定駕駛員的坐姿時，其中有一項要求是：駕駛員在正常坐姿時，要能操控中控台上的所有按鍵。這在汽車設計中也有個專有名詞，叫做「手伸介面」。這不僅是為了方便駕駛員操作，更能保證行車時的安全。
要能適合不同身高的駕駛員
對於不同的駕駛員，坐墊長短、靠墊長短、靠墊寬度、頭枕位置等等，這些都會帶來不同的駕駛感受。也因此，設計師們在設計座椅時需要考慮到駕駛員的不同身高，設計合理的調節範圍，盡量滿足多數人的需求。
易於控制油門、剎車踏板
說實話，很少有人會注意到這一點，但是對於設計師們來說，又是設計座椅時不得不考慮的因素。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係，也是需要綜合考慮的。
避免手臂和身體周圍部件「打架」
開車時有可能會遇到各種突發情況，需要快速打方向。這就要求手臂移動範圍內不能有任何其他部件干擾到駕駛員的操作，否則非常容易出現危險。
座椅舒適性在於將重力分散
座椅工程師們做過研究，普通座椅的坐墊在乘坐時壓力主要集中在臀部和大腿根部，靠背在乘坐時壓力主要集中在腰部，這樣坐起來就會特別累。而特殊設計過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，相對較厚的靠背，乘坐舒適感要更強。但是，為了保證車內的乘坐空間，設計師們要確保滿足舒適性的要求下，盡可能減小靠背的厚度。而對於那些為了空間玩了命縮減靠背厚度不考慮舒適性的，試問你們是在耍流氓嗎？
如果躺，請平躺
一些車型的後排座椅像飛機的頭等艙，可以讓乘客「躺」著坐車。這類座椅往往都會配備腿托，將小腿托起來，這樣有助於改善腳步的血液循環。對於這樣的座椅，如果頭枕也可進行角度或是前後的調節會更好，這樣可以對脖頸起到足夠的支撐。
功能篇
座椅電機——器小也要活兒好
後排靠背角度可調是良心設計
工程師告訴我，最適合東方人體型的後排靠背角度是25-29度。這樣看來，如果後排座椅靠背可以調節角度的話，那真是良心設計了，既能又舒適的坐姿，又可以進行車內空間的拓展。
後排靠背角度可調是良心設計
工程師告訴我，最適合東方人體型的後排靠背角度是25-29度。這樣看來，如果後排座椅靠背可以調節角度的話，那真是良心設計了，既能又舒適的坐姿，又可以進行車內空間的拓展。
座椅加热——半路夫妻不如原配好
很多低配車型是沒有座椅加熱功能的，但是很多車主會這樣想：我可以後期從某寶上面買啊，功能也有了，還省了不少錢。但是，我前面說過了座椅是非常重要的安全部件，後裝的座椅加熱，可能在加熱效果甚至耐久性上，不如標配的座椅加熱，達不到主機廠指定的標準，因此我個人還是不建議亂改的。
後排最舒適的莫過於蝴蝶式頭枕
如果你體驗過蝴蝶式頭枕的話，你一定會認同我的觀點。在我看來，後排頭枕絕對應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了，因為可以限制頭部的側向移動，會不會有種枕在「雙峰」上的感覺？
屁股是最敏感的信息接收器？
如今一些車型上會有各種主被動安全配置，如果車輛在沒開啓轉向燈的時候偏離車道，座椅會震動提示駕駛員注意。工程師告訴我，相對於儀錶盤上的指示燈或是聲音提示來說，利用座椅的震動將警示信息傳遞給駕駛者，是更加安全的設計，只不過成本會相對較高。
安全篇
座椅、安全帶和氣囊通常是一個系統
由於座椅是重要的安全部件，因此設計師們在設計時往往要將座椅、安全帶和氣囊作為一個系統綜合考慮，這個系統叫做成員約束系統。聽上去雖然簡單，但實際上有N多試驗要做，否則不能通過政府的法規及碰撞測試要求。
防止在碰撞中身體受到的壓力過大
後排最舒適的莫過於蝴蝶式頭枕
防止在碰撞中身體受到的壓力過大
當出現來自後方的衝擊時，人體會給座椅靠背一個向後的作用力，作用力的分布呈倒「T」字型，此時最大的壓力點在於腰椎附近。因此，座椅工程師們對靠背內部的彈簧形式和分布做了改進，從而減輕在碰撞中座椅對身體的壓力。
如果你體驗過蝴蝶式頭枕的話，你一定會認同我的觀點。在我看來，後排頭枕絕對應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了，因為可以限制頭部的側向移動，會不會有種枕在「雙峰」上的感覺？
追撞時控制下體的前移
很多車型的坐墊會有一定的角度，滿足舒適性的同時，也可以限制車內成員在追撞時不至於下體過度前移。目前有一種裝置可以在發生追撞時將膝部的坐墊再度頂起，從而對下肢起到更強的限制滑動的作用。
頭枕主要是為了防止追尾時受傷
在日本有研究人員做過交通事故方面的調查，其中有30%的事故來自於追撞，而在追撞事故中，90%的人都會頸部受傷。這種傷害雖然不至於致死，可一旦頸部受傷，就需要比較長期的治療，並可能會有一系列的併發症。而頭枕的設計，就是為了防止頸部在追尾時受到傷害。
測試篇
頭枕設計中最重要的測試——鞭打試驗
在頭枕的設計過程中要進行鞭打試驗，實際上就是模擬現實生活中的低速後碰情況。之所以叫做鞭打，是因為在巨大的衝擊力下，由於慣性，頭部會向後甩動，就像揮鞭子一樣。如果沒有對頭部的合理支撐，就會導致頸椎受力過大而折斷。
沒有留言:
張貼留言