任國斌,陸文斌
(上汽大眾汽車有限公司,上海 201800)
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(guān)注。
當(dāng)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(xiàn)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(biāo)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(jié)果驗證其有效性,最終達(dá)到優(yōu)化前后調(diào)節(jié)力的目的。
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(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(yù)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(jìn)行優(yōu)化并且結(jié)合實車工況要求載質(zhì)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
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(rèn)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(guān)鍵。根據(jù)二排座椅在車身上的固定方式和自身結(jié)構(gòu),影響滑動摩擦力的重要因素主要有以下兩方面。
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(yīng)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(zhì)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(dāng)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(fù)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(zhì)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(zhì)量為60 kg引起的向前阻力21 N,與理論值20.9 N相吻合。
除了座椅車身安裝結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)合處的發(fā)泡在移動過程中會產(chǎn)生摩擦力。原設(shè)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(shè)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(fù)合層的厚度是直接影響摩擦力的因素之一。原設(shè)計40%和60%二排座椅的面套匹配處的復(fù)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(biāo)準(zhǔn)值是493 mm,如圖3所示。
圖3 40%和60%二排座椅匹配標(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(jié)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(guān)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(guān)系。
表3 座椅磨合次數(shù)與向前調(diào)節(jié)力的關(guān)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(jié)構(gòu)
深入研究滑軌結(jié)構(gòu)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
座椅車身安裝方式和座椅自身結(jié)構(gòu)是優(yōu)化前后調(diào)節(jié)力的兩大方向??紤]到整車已經(jīng)預(yù)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(jié)構(gòu)達(dá)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。
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(fù)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(fù)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(fù)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。
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(guān)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(shù)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(jìn)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(jìn)行了試驗,結(jié)果見表4。
表4 涂油前后滑動調(diào)節(jié)力對比結(jié)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。
結(jié)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(shù)變更投入預(yù)批量零件生產(chǎn)和質(zhì)量控制中,驗證優(yōu)化樣件在載質(zhì)量為60 kg的前后調(diào)節(jié)力,結(jié)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(cè)面印證UFO零件是影響前后調(diào)節(jié)力的重要因素。
通過對某SUV二排座椅手動前后調(diào)節(jié)力偏大的原因進(jìn)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(jìn)行試驗驗證,結(jié)果表明優(yōu)化措施有效,能夠滿足載質(zhì)量為60 kg、前后調(diào)節(jié)力小于140 N的設(shè)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(jié)構(gòu)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(jìn)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(jìn)一步探索和研究。