何以应对未来汽车座椅技术竞争?

文章来源:汽车与配件 发布时间:2022-02-22
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随着新技术的发展及应用,汽车开始变得更安全、更舒适、更轻量化、更智能化。座椅作为汽车的重要部件, 它的创新及技术发展也备受关注。本文着眼于对未来应用并提升汽车座椅安全性、舒适性、轻量化、智能化的技术进行探讨和研究,并基于这些研究提出对我国汽车座椅企业发展的建议。

随着新材料、新工艺、硬件及软件技术的进步与应用,汽车已不再仅仅只满足于简单的乘坐需求,开始朝着更安全、更舒适、更轻量化、更智能化的交通工具转变。为了应对未来汽车的发展,座椅作为汽车上与人体接触最为密切的部件,人们对于它的安全性、舒适性、轻量化、智能化也提出了更高的要求。



座椅安全性技术

大面积安全气囊保护

作为汽车上的被动安全装置,安全气囊在对乘员的保护中发挥了重要的作用。由于目前大部分汽车座椅都是朝向汽车前进方向的,当发生事故时,内置在中控台和转向盘中的安全气囊可为乘员提供安全保护。而在未来,汽车智能座舱将有多种驾驶模式,前排座椅可实现旋转调节,对于这种模式,现有的安全气囊将不再能为乘员提供安全保护,因此布置在座椅内部的大面积安全气囊保护将是未来座椅安全的有利选择之一。图1为某公司推出的座舱安全解决方案,它通过重新设计更大的气囊弱化线区域,增大座椅侧气囊体积和展开面积,达到更大范围保护后排乘员的功能。对于前排座椅旋转后场景,将气囊置于安全带内或使用饰板包裹在安全带上,展开后最大限度增加乘员前部接触面积以减小安全带局部压力,限制乘员X向位移。

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图1 某公司座舱安全解决方案


乘员安全监控技术

目前应用在座椅上的安全技术大部分只是在车辆发生事故时被动地去保护乘员安全,缺乏主动感知乘员状态以调整安全装置的能力,而乘员安全监控技术具备感知乘员状态,动态调整安全装置的能力,能在未来座椅拥有更多自由度的情况 下,为每一位乘员提供更安全的保护。它的工作原理是通过摄像头、座椅传感器等对乘员的乘坐姿态进行监控,通过估计不同座椅位置处的乘员的乘坐姿态,动态调整安全气囊的部署策略,避免乘员离安全气囊的部署点过近,造成碰撞事故中因安全气囊造成的乘员受伤。

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图2 乘员安全监控技术


座椅舒适性技术

就目前来说,提升座椅的舒适性主要是通过采用更柔软的材料、增加加热、通风及按摩等功能来实现。但在未来智能座舱的多模式场景下,仅仅做到这些已不能满足人们对于座椅舒适性的要求了。未来人们对于座椅舒适性的追求更多的是希望能有更多的自由度。


座椅灵活性设计

在未来智能驾驶的环境下,座椅的灵活性设计所带来的乘驾场景的增多,能更好地满足人们对于座椅舒适性越来越高的要求。未来座椅灵活性设计不仅仅是简单地去增加座椅调节的向数,更多地会去实现座椅在车内的自由调节,如可设置纵向长滑轨及横向滑轨,无论是前排座椅还是后排座椅,均可实现前后左右的自由调节。此外,在空间维度上,座椅也可进行360°旋转调节,能实现驾驶场景、家庭场景、会议场景、独享场景等四种场景模式。

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图3 某公司智能座舱灵活性调节座椅


座椅轻量化技术

在整车轻量化的行业背景下,汽车座椅作为汽车的重要内饰件,对其进行轻量化设计能大幅减小汽车质量。座椅的轻量化主要从材料轻量化及设计轻量化两个方面去进行。

材料轻量化

对于整椅来说,座椅骨架在整椅中质量占比最大,因此,减轻座椅骨架的质量,可以有效地实现整椅轻量化。座椅材料的轻量化顾名思义即在不降低座椅强度和刚度要求的前提下,通过使用轻量化的材料制造座椅骨架以达到整椅轻量化的目标。目前, 使用高强钢是现阶段量产的最为常见的方式,其减重的方法为通过使用强度更高的钢材,在钣金零部件达到相同的强度的同时, 减小零部件壁厚达到减重的目的。但其在座椅减重方面的表现依 旧比较有限,在未来座椅轻量化的要求下,可通过大规模使用更轻的碳纤维等复合材料去制造骨架来达到减重的目的。

碳纤维复合材料(CFRP)主要由碳纤维丝束和树脂材料构成,融合了碳元素的化学稳定性,抗腐蚀性和耐久性较好。图4所示为某公司碳纤维座椅骨架,它的靠背为一体成型,零部件数量少,有效减重35%,减少工装投入,缩短研发周期,并具有优秀的材料性能。

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图4 某公司轻量化、高性能座椅骨架


结构轻量化

就现有的技术而言,座椅的结构轻量化主要是通过座椅骨架的尺寸优化和拓扑优化的方式进行的。尺寸优化主要是在不改变座椅骨架强度及刚度等安全性要求的前提下,通过对座椅骨架局部位置的尺寸、壁厚等进行优化,以达到减重的目的。拓扑优化是指在设计空间内设置适当的孔、间隙和肋板的位置,以达到材料的合理分配。

除了以上两种优化方案之外,未来在不改变座椅功能的情况下通过优化功能件或者附件也可成为座椅结构轻量化的一种思路。图5为某公司研发的单电机电动座椅,它通过设计一套独特的微电机传动系统,实现了使用1个电机即可完成电机的6向调节,在降低成本的同时,也能在一定程度上实现降低座椅重量的目的。

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图5 某公司单电机电动座椅



未来,随着汽车技术的发展,座椅安全性、 舒适性、轻量化、智能化技术的提升将是大势所趋。未来的座椅也将是一个智能化软硬件的集合体,它与传统座椅的区别在于它具有自主感知、识别、调节及学习能力,能更好地适应并满足乘员需求。




座椅智能化技术

未来的座椅也将是一个智能化软硬件的集合体,它与传统座椅的区别在于它具有自主感知、识别、调节及学习能力,能更好地适应并满足乘员需求。

智能调节技术

智能调节技术的原理是通过视觉摄像头和压力传感器感知乘员重量、身高、关节尺寸等信息,在乘员进入车内后,根据感知的这些乘员信息,座椅可智能调节至合适的位置状态。此外,在未来多场景座舱环境下,座椅也可根据乘员的场景需求命令,快速响应至相应的场景下。不仅如此,座椅还能记住每位乘员的体态特征信息和场景需求,能对每位乘员提供定制化服务。

健康感知技术

座椅健康感知技术的原理是通过集成在座椅及车内的传感器,实时去感知并收集乘员心率、呼吸速率、人体温度、头部状态等生理和行为数据,通过分析这些数据判断乘员是否处于晕车、疲倦或者压力状态,并开始进行空调、座椅位置、加热、通风、座椅按摩、车内灯光环境等调节,使乘员恢复健康状态。此外,这些健康生理数据也会不断地传输至云端的健康管理系统, 让乘员实时了解自身的健康状态。


总结

未来,随着汽车技术的发展,座椅安全性、舒适性、轻量化、智能化技术的提升将是大势所趋。笔者作为一名座椅行业从业者,对未来座椅新技术发展进行粗浅研究,希望基于这些研究能给中国座椅相关企业提出一些建议:

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图6 某公司智能座椅

  1. 多收集客户及消费者的需求。未来汽车座椅技术的开发需要适应未来的智能座舱,因此,了解客户和消费者对于未来汽车及座椅的功能需求,能给座椅企业的技术开发提供方向。

  2. 对头部座椅企业进行技术对标。目前有些头部的座椅企业已经开始了适用于未来汽车座椅的开发,我国座椅企业应该紧盯这些企业的发展,加强对他们的技术对标与分析,为自身未来座椅技术的发展提供参考。 

  3. 加大对座椅新技术的研发与储备。现有的座椅设计、 材料、工艺等已经不能够支撑未来座椅技术的发展需要了,因此,我国座椅企业应当加大在座椅的结构设计、材料、生产工艺、软硬件等领域新技术的研发力度,寻求在这些领域的技术突破,做好新技术的储备工作,以应对未来座椅技术的竞争。


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