某SUV二排座椅手動前后調(diào)節(jié)力優(yōu)化

任國斌，陸文斌

(上汽大眾汽車有限公司，上海 201800)

0 引言

汽車市場競爭日趨激烈，而SUV(sport utility vehicle)作為國內(nèi)消費者最喜愛的車型之一已經(jīng)和普通轎車形成二分天下的局面。隨著二孩政策的放開，越來越多的汽車廠商也將7座SUV作為重點開發(fā)方向。因此，相較于前排，二排座椅舒適性得到越來越多的關注。

當前，大多數(shù)座椅舒適性研究聚焦前排，主要討論座椅壓力分布和軟硬度對舒適性的影響，涉及二排座椅舒適性研究的文獻相對較少。其中，二排座椅前后調(diào)節(jié)便利性是二排座椅舒適性重要的評價指標之一，值得深入研究和探討。文中以某SUV二排座椅手動前后調(diào)節(jié)力優(yōu)化為例，通過綜合分析確定影響調(diào)節(jié)力的因素，提出綜合的優(yōu)化措施和方案，通過試驗結果驗證其有效性，最終達到優(yōu)化前后調(diào)節(jié)力的目的。

1 問題描述

在某7座SUV座椅開發(fā)過程中，對于二排座椅手動前后調(diào)節(jié)技術標準要求空載前后調(diào)節(jié)力小于160 N，二排座椅示意如圖1所示。在預批量階段，經(jīng)過試車發(fā)現(xiàn)前后調(diào)節(jié)力偏大，需要進行優(yōu)化并且結合實車工況要求載質量為60 kg,二排座椅手動前后調(diào)節(jié)力小于140 N。

圖1 二排座椅示意

2 潛在影響因素分析

如圖1所示,對于二排座椅手動前后調(diào)節(jié)，由于存在解鎖手柄，力的方向和作用點是相對固定的。因此，影響調(diào)節(jié)力的主要來源是座椅在滑動過程中40%和60%二排座椅產(chǎn)生的摩擦力。確認影響二排座椅滑動時的摩擦力的因素，是優(yōu)化前后調(diào)節(jié)力的關鍵。根據(jù)二排座椅在車身上的固定方式和自身結構，影響滑動摩擦力的重要因素主要有以下兩方面。

2.1 座椅車身安裝角度

通過檢查座椅與車身安裝方式發(fā)現(xiàn)此款SUV二排白車身有2°斜向上的安裝傾角，與一般安裝角度為0°的滑軌相比，調(diào)節(jié)力就會相應增大。不考慮40%和60%二排座椅相互影響的前提下，以座椅向前滑動受力分析如下。

(1)滑軌傾角0°，座椅向前滑動受力為：

==·。

(1)

(2)滑軌傾角2°，座椅向前滑動受力為：

=+·sin2°=(·cos2°+sin2°)·，

(2)

式中:為滑軌摩擦因數(shù)，取值范圍為0～1；

為座椅載質量60 kg。

通過分析可得出：

·cos2°+sin2°>(cos2°+sin2°)>。

(3)

顯然，帶有2°安裝傾角的座椅向前調(diào)節(jié)力大于水平角度的調(diào)節(jié)力。同理，當二排座椅向后滑動時，帶有2°傾角的向后滑動調(diào)節(jié)力小于水平角度向后滑動的調(diào)節(jié)力。由負載引起的向前滑動阻力理論值為：

=600×sin2°=20.9 N。

(4)

帶有2°安裝傾角的座椅實測向前與向后調(diào)節(jié)力(載質量60 kg)見表1。

表1 帶有2°安裝傾角的座椅前后調(diào)節(jié)力

通過表1的前后調(diào)節(jié)力的實測值可以發(fā)現(xiàn)，安裝在帶有2°傾角白車身上的座椅前后調(diào)節(jié)力均值相差42.2 N。因此，載質量為60 kg引起的向前阻力21 N，與理論值20.9 N相吻合。

2.2 二排座椅自身結構

除了座椅車身安裝結構會影響二排座椅前后調(diào)節(jié)力，40%和60%二排座椅滑動時產(chǎn)生的摩擦力也是影響調(diào)節(jié)力的重要原因。通過分析二排座椅自身結構發(fā)現(xiàn)，以下5個方面是影響摩擦力的重要因素。

2.2.1 坐墊發(fā)泡

如圖1所示，40%和60%二排座椅坐墊結合處的發(fā)泡在移動過程中會產(chǎn)生摩擦力。原設計40%和60%二排座椅的坐墊發(fā)泡匹配如圖2所示。

圖2 原設計40%和60%二排座椅的坐墊發(fā)泡匹配

2.2.2 坐墊和靠背面套

40%和60%二排座椅的坐墊和靠背面套在前后滑動過程中也會產(chǎn)生摩擦力，面套復合層的厚度是直接影響摩擦力的因素之一。原設計40%和60%二排座椅的面套匹配處的復合層厚度為3 mm織物。

2.2.3 40%和60%二排座椅安裝匹配

40%和60%二排座椅的匹配間隙標準值是493 mm，如圖3所示。

圖3 40%和60%二排座椅匹配標準值

通過抽取12組樣件分別測量前后調(diào)節(jié)力和40%及60%二排座椅匹配間隙值，發(fā)現(xiàn)座椅安裝間隙對摩擦力有重要影響，測量結果見表2。

表2 40%和60%二排座椅匹配間隙和調(diào)節(jié)力的測量結果

2.2.4 座椅滑軌磨合

在實踐過程中發(fā)現(xiàn)座椅前后來回移動多次之后，二排座椅前后調(diào)節(jié)力相較于最初的調(diào)節(jié)力小很多。通過對比分析40%和60%二排座椅來回磨合次數(shù)與向前調(diào)節(jié)力的關系，發(fā)現(xiàn)座椅磨合次數(shù)對向前調(diào)節(jié)力有重要的影響。表3是座椅磨合次數(shù)與向前調(diào)節(jié)力的關系。

表3 座椅磨合次數(shù)與向前調(diào)節(jié)力的關系

通過表3可以發(fā)現(xiàn)，二排座椅滑軌磨合30次之后，前后調(diào)節(jié)力大幅降低，調(diào)節(jié)力小于130 N。磨合次數(shù)超過50次，座椅前后調(diào)節(jié)力沒有明顯降低。

2.2.5 滑軌結構

深入研究滑軌結構發(fā)現(xiàn)，影響前后調(diào)節(jié)摩擦力除了上述因素之外，還有滑軌自帶的UFO零件也會增加前后調(diào)節(jié)摩擦力，座椅滑軌UFO零件如圖4所示。UFO的作用是在滑軌滑到最后位置時支撐著上軌，可以改善骨架在NVH實驗中的頻率。

圖4 座椅滑軌UFO零件

UFO零件固定在座椅下滑軌上，座椅上滑軌在前后移動過程中會與之接觸，增大前后調(diào)節(jié)力，座椅滑軌與UFO零件匹配如圖5所示。

圖5 座椅滑軌與UFO零件匹配

3 優(yōu)化方案與驗證

座椅車身安裝方式和座椅自身結構是優(yōu)化前后調(diào)節(jié)力的兩大方向。考慮到整車已經(jīng)預批量生產(chǎn)，車身沖壓模具已經(jīng)定型，無法通過更改白車身座椅安裝角度來降低前后調(diào)節(jié)力。因此，文中重點通過優(yōu)化二排座椅自身結構達到降低前后調(diào)節(jié)力的目的。針對影響前后調(diào)節(jié)摩擦力的5個因素，制定如下方案優(yōu)化前后調(diào)節(jié)力。

3.1 發(fā)泡和面套優(yōu)化

根據(jù)2.2.1與2.2.2分析，40%及60%二排座椅坐墊發(fā)泡匹配和面套復合層厚度是影響滑動摩擦力的因素之一。減小40%及60%二排座椅坐墊發(fā)泡接觸面積，降低坐墊和靠背面套復合層厚度對于降低滑動摩擦力有幫助。在減小的同時，還需保證40%及60%二排座椅外觀匹配，經(jīng)過多輪嘗試最終按楔形減少坐墊發(fā)泡。以距離面35 mm處為起始點切割發(fā)泡，過渡到60%座椅底部減少3 mm發(fā)泡厚度。

同理，減少面套復合層也會對降低前后調(diào)節(jié)力有幫助。在保證座椅外觀的前提下，將40%和60%的二排座椅坐墊匹配處的面套由3 mm織物改為1 mm織物。

3.2 座椅匹配和優(yōu)化

根據(jù)40%和60%的二排座椅安裝匹配可以發(fā)現(xiàn)，40%和60%的二排座椅匹配間隙大于492 mm時前后調(diào)節(jié)力會大幅減少。因此，在安裝40%和60%的二排座椅時要求批量裝配按照493～498 mm控制，保證40%和60%的二排座椅間隙大于492 mm。

通過比較座椅滑軌磨合次數(shù)與前后調(diào)節(jié)力的關系，在來回磨合30次之后前后調(diào)節(jié)力大幅降低并且趨于穩(wěn)定。因此，制定二排座椅出廠前前后磨合30次的技術要求。

同時，考慮到上滑軌在前后移動過程中會與UFO零件(圖6)發(fā)生干涉，為了進一步降低前后調(diào)節(jié)力，在UFO零件表面涂抹潤滑油(圖7)。

圖6 UFO零件位置

圖7 UFO零件涂抹潤滑油位置

為了驗證潤滑油脂效果，分別對5組涂油前和涂油后的座椅前后調(diào)節(jié)力進行了試驗，結果見表4。

表4 涂油前后滑動調(diào)節(jié)力對比結果

通過對比表4涂油前后的滑動調(diào)節(jié)力，在UFO零件上涂抹潤滑脂可以減少上滑軌與其的摩擦，可降低18 N左右的前后調(diào)節(jié)力。

3.3 方案驗證

結合第3.1節(jié)和第3.2節(jié)的優(yōu)化方案，將發(fā)泡、面套、座椅匹配以及座椅優(yōu)化等措施通過技術變更投入預批量零件生產(chǎn)和質量控制中，驗證優(yōu)化樣件在載質量為60 kg的前后調(diào)節(jié)力，結果如圖8和圖9所示。

圖8 40%座椅前后調(diào)節(jié)力

圖9 60%座椅前后調(diào)節(jié)力

由圖8和圖9可知，優(yōu)化后的40%和60%二排座椅在載質量60 kg時，全行程前后調(diào)節(jié)力基本均小于140 N。只有在60%座椅向前移動瞬時，調(diào)節(jié)力為141.13 N略微大于標準值。另外，向前和向后的最大調(diào)節(jié)力都發(fā)生在座椅后端0～50 mm處，此處恰好是下滑軌安裝UFO零件的位置，也從側面印證UFO零件是影響前后調(diào)節(jié)力的重要因素。

4 結論

通過對某SUV二排座椅手動前后調(diào)節(jié)力偏大的原因進行深入分析，得到影響前后調(diào)節(jié)摩擦力的重要因素,以此制定綜合的優(yōu)化方案，并對優(yōu)化后的樣件進行試驗驗證，結果表明優(yōu)化措施有效,能夠滿足載質量為60 kg、前后調(diào)節(jié)力小于140 N的設計要求。

與此同時，通過對二排座椅前后調(diào)節(jié)力優(yōu)化的研究，逐一分析和討論座椅車身安裝形式和座椅內(nèi)在結構對前后調(diào)節(jié)力的影響，也為后續(xù)帶有二排前后調(diào)節(jié)功能的SUV調(diào)節(jié)力優(yōu)化提供借鑒和參考。另外，通過優(yōu)化驗證可以看到UFO零件對前后調(diào)節(jié)力仍有較大影響，之后可以通過取消UFO零件進一步降低調(diào)節(jié)力以及取消之后對座椅NVH的影響值得進一步探索和研究。