座椅骨架是座椅中最主要的部分,为泡沫提供支撑,护板、座椅附件等都直接或间接固定在座椅骨架上,承受着乘员的所有静态和动态负载。
座椅的骨架结构一般分为以下五种形式:
1)弯管为主的管框式结构:这种结构的优点是成本较低、生产工艺简单;缺点是强度、刚度等性能相对较差,扩展性差,对泡沫侧翼支撑差。常用于低端车型上。
2)冲压钣金和弯管焊接为主的管板式结构:这种结构比较常见,优点是相对于管状结构更容易控制制造尺寸,且强度及刚度性能更好;缺点是相对于管框骨架结构,重量较重且成本较高。比较常见于中高端车型上。
3)冲压钣金焊接而成的板板式结构:这种结构优点是制造尺寸更容易控制,且强度及刚度性能更好,可以为丰富的附加配置提供安装位置,对泡沫支撑更好,有利于座椅造型更豪华大气;缺点是需要投入的工装费用高,焊接工艺要求高,成本较高。一般用于成本压力相对较小、性能要求较高的车型上。
4)钢丝和弯管组合而成线管结构:这种结构一般用于对强度要求不高的整体式后排座椅靠背。结构优点是成本优势明显,缺点是不能承受较大的靠背冲击力。
5)钢丝弯型焊接而成的线线结构:这种结构完全由钢丝按照需要弯型后焊接而成。一般用于后排座椅座垫上。
座椅骨架上载荷的传递路径从上到下依次为头枕—头枕导套支架—靠背骨架—调角器及连接板总成—座骨架侧边板—高调器齿板—高调连杆—滑道总成—座椅固定螺栓—车身地板。
1.靠背骨架设计
1)组成靠背骨架的主体零件有上横杆、左侧板、右侧板、下横杆、支撑网格、调角器(焊接)、联动杆、第二根上部横杆、保护头枕杆末端、侧板上侧翼撑型钢丝、四边的面套挂接钢丝、腰托及支撑机构(手动或电动)、头枕导套支架等。
2)靠背骨架组成零件形式有上横杆一般用管件或冲压件,旁侧板一般用管件或冲压钣件或管板组合,下横杆一般用管件、冲压钣件或钢丝。
3)靠背骨架设计要点主要有:
①骨架和座椅轮廓面(Seat Trim Outline,STO)及假人的布置关系,与H点控制和舒适性紧密相连,需要控制骨架到布置假人表面距离。该距离推荐范围为座垫骨架与假人身体偏移面距离不小于50mm,靠背骨架与假人身体偏移面距离不小于35mm。
②调角器选装中心布置尽可能地靠下、靠后,以保证舒适性、功能性、面套包覆精致工艺性等更优。
③如图12-24所示,靠背骨架上与调角器连接板相连或直接焊接调角器的两个侧板面A、B之间的距离①需要满足公差要求,以确保在安装螺栓时,调角器及骨架没有扭曲,没有产生较高的应力,特别是对于双边调角器。该尺寸推荐的公差±1.0mm。
④当选用M8螺栓时,靠背骨架侧板上与坐骨架相连的两个孔C、D的孔直径不能大于9.00mm,理想的尺寸是8.5mm,必须将几何公差控制在0.5mm以内。
⑤调角器基准孔与头枕导套安装支架之间的距离,调角器孔是用来安装靠背骨架的,应该以调角器安装孔为基准,在三个坐标方向控制头枕导管支架位置③。(www.xing528.com)
⑥横杆布置不正确对舒适性产生影响,所以,把调角器的旋转点布置得尽可能低一些;必须保证横杆与假人的最小间距,将横杆布置得尽量低,离假人尽量远;发泡的B面(即泡沫背面)必须附着在横杆上;靠背横杆区域必须对乘员有一定支撑,不然乘员乘坐时,会陷入过多,导致靠背角、H点X坐标不满足设计理论值。
图12-24 靠背调角器连接侧边板公差要求
2.靠背支撑簧设计
1)靠背支撑簧从结构上分为蛇簧结构及网格结构,两种结构特点及要求如下:
①靠背蛇簧结构一般用于成本压力较大的商用车或紧凑型乘用车上,舒适性较网格结构差些。常采用两或三根曲簧结构,曲簧布置位置为腰部位置一根、肩部位置一根,当靠背骨架靠近旋转中心附近支持结构不足时,也会布置一根钢丝,以增加该区域支撑性。
②用于靠背支撑的S簧选择:材料使用最广的是65Mn钢丝,也有用碳素弹簧钢丝的情况,但性能不如65Mn钢丝。规格:ϕ3mm、ϕ3.5mm、ϕ4mm都有使用,主要根据布置假人与钢丝距离进行选择;需要嵌入量大,则选择直径细的钢丝。
③靠背网格结构在乘用车上广泛应用,适于大批量生产。
2)除以上靠背支撑机构外,座椅腰托也很常见。人体在长时间驾车后,不同的姿势和不同时间都需要不同的腰托支撑,不同体形的人对腰托支撑的位置要求也不同。可调式腰托布置设计时,初始支撑位置应该与被压缩的靠背A面相贴合,以确保腰托在最后位置时也能够充分支撑。5%到95%百分位人体对腰托高度要求差异仅在±10mm内变化,故上下可调节腰托意义并不大。高腰托顶点推荐在H点竖直上方135~150mm位置处(针对的50%男性假人位置),这样,骶靠和肩靠都可兼顾。腰托行程一般推荐为30~40mm。
3.座垫骨架设计
1)座垫骨架主要包含座盆、座骨架侧边板、高调器、高调连杆、滑道总成等。
2)座盆的主要作用为承受乘客重力产生的荷载,对面套、发泡的支撑和固定,对发泡进行限位,使其不能移动,从而减小噪声,固定座垫网格,增加座骨架刚性,对H点和舒适性进行控制等作用。座盆作为非主要承力结构,目前已经有了用塑料替代钢材的量产产品。
3)座盆设计中,防下潜设计非常重要。在前撞过程中,乘客在安全带的约束下,有向前向下滑的趋势,从而有可能从安全带底下滑出。设计时要从结构上防止该现象发生,该结构就是防下潜结构。碰撞时,假人向前移动的轨迹只能通过视频来观察。绝大多数轨迹都是水平向前、向下20°方向移动。
4)前排座椅防下潜的任务落在前横杆上,后排座椅防下潜结构落在车身结构或座椅前横杆骨架结构上。防下潜结构设计侵入推荐区域如图12-25所示。特别在后排防下潜结构设计时,注意通过实物样件,开展对舒适性影响的主观评价。因不同的坐姿、不同的上下车路径、不同的泡沫物性指标及不同泡沫厚度,相同的防下潜结构可能导致不同的主观感受。
图12-25 防下潜结构布置推荐区域
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