【马自达技报】新款Roadster的网格座椅开发

2016-10-310阅读0

  摘要

  新款Roadster的座椅,在“追求世界第一的座椅,让所有顾客都绽放笑容”的志向之下,继承了自CX-5以后的马自达车型一直追求的理想化舒适理念,把进一步提高在运动行驶时稳定支撑身体的“包裹性”、隔绝振动的舒适“乘坐感受”制定为了开发目标。为了在轻型跑车的有限空间和重量要求下实现开发目标,我们开发出了新结构的“网格座椅”技术:将座椅的支撑结构从以往的聚氨酯垫、金属弹簧,换成新材料“弹性网格材料”,从而实现了薄型和轻量化;将支撑身体各个部位的网格材料的特性逐个优化,从而提高了包裹性和乘坐感受。

  Summary

  Having aspirations to “develop the world’s number one seat and make all customer smile”, new Mazda Roadster tried to carry on the concept of ideal seat comfort, which had been pursued in the developments of Mazda CX-5 and subsequent new models. In addition, new targets are set to improve the “lateral sup- port performance” for the driver in sports driving, and “comfortable ride feeling” to insulate the driver from uncomfortable vibration. To achieve this goal within the constraints of interior space and target weight for a light-weight sports car, Mazda conducted technology development for a new seat structure called “Net Seat”. The seat structure was changed from the conventional urethane pads and metal springs to the new “Elastic Net”, with the aim of making the seat thinner and lighter. The characteristics of elastic net were optimized so as to improve lateral support and ride comfort.

  1.前言

  马自达的商品理念“人车合一”,是指驾驶员可按照自己的心意操控汽车,体验到与汽车融为一体的感受。新款Roadster的开发把历代款式培育的“人车合一”理念的“继承与发展”作为关键词。从坐进汽车到下车前一直与顾客直接接触的“座椅”,是提供人车合一感的重要部件。新款Roadster的座椅,也遵循“人车合一”的理念,“继承与发展”了座椅舒适性。为适合比上代款更小的车身,将省空间、重量轻的座椅结构制定为目标。本文就针对兼顾“提高舒适度”、“省空间及轻量化”两个课题而全新开发的“网格座椅”,介绍其目标、实现手段和所达成的性能。

  2.开发目标

  马自达的座椅开发,将座椅所要求具备的舒适性能大致分为了4类。

  (1)贴合性:将乘员身体轻柔包裹,提供舒适性。

  (2)姿势支撑:提供长时间驾驶也不会感到疲劳的舒适驾驶的姿势支撑。

  (3)包裹性:当车辆在运动行驶等情况下承受横G的时候,提供足够的支撑力,使驾驶员的身体不致错位或是需要用力蹬地支撑,从而可以舒适地驾驶。

  (4)乘坐感受:车辆在粗糙路面上行驶时也可隔绝振动,提供舒适的乘坐感受。

  新款Roadster继承了CX-5之后的新款车所具备的这些座椅舒适度概念,同时将跑车的重要性能,即从初代Roadster延续至今的、可稳定支撑身体的“包裹性”,和隔绝振动的舒适“乘坐感受”的进步作为了开发目标。

  3.课题

  3.1 需要克服的课题

  在新款Roadster的开发上,为了继承与发展历代款式培育的“人车合一”理念,将制造最轻款、重量要低于1000kg作为了开发目标,由此缩小了车辆尺寸。为了实现这一开发目标,我们研究了座椅在有限的空间内的轻量化且高性能等具有挑战性的课题。

  3.2解决课题的方针

  一般的座椅主要由表皮、褶皱、聚氨酯垫、金属弹簧和框架等结构组成。其中,座椅厚度的主要部分聚氨酯垫,具有在乘员落座时分散体压、缓冲、减振等功能,对于座椅舒适度的贡献度比较高。如果为薄型及轻量化而减薄聚氨酯垫,就会降低座椅的舒适度。为此,新款Roadster采用了与现有聚氨酯座椅结构不同的“网格座椅”结构。

  网格座椅,是将座椅的支撑结构从过去的聚氨酯垫和金属弹簧换成“网格材料”(Fig.1)。与传统座椅相比,可以减少聚氨酯垫的用量,取消金属弹簧,因而有薄型及轻量化效果。这种“网格材料”采用特殊弹性纤维编织而成,为重量轻、弹性优良的布状弹簧材料。网格材料具有缓冲、减振功能,与金属弹簧相比,有面支撑分散体压的效果。而且,借助吊床效应,网格还可以贴合身体曲线,像包裹身体一样提供支撑,因此可提高托持性。并且,由于网格材料本身具备良好的减振性,所以还有望起到提高性能的效果,使乘坐感受等得到改善。

  

Fig.1 ComparisonofNetSeatwithConventionalSeatStructure

  马自达在2011年上市、配备SKYACTIV技术的德米欧上,首次在座椅靠背上采用了网格结构,同时实现了轻量化与高性能。此次对新款Roadster,针对靠背和坐垫都采用了网格结构,进一步推进了薄型化和轻量化,并且提高了座椅的舒适度。

  4.实现手段与达成性能

  4.1 贴合性

  (1)实现手段

  要提供舒适支撑乘员身体的“贴合性”,座椅需要柔软并且以大面积支撑。因此,新款Roadster在网格材料上粘贴了聚氨酯板,通过优化网格材料与聚氨酯板的密度、硬度,使座椅表面柔软贴合身体,保证了足够大的接触面积。

  (2)达成性能

  Fig.2是使用标准身材的人体模型(1)测量得到的座椅体压分布。新款Roadster与上代款相比,座椅靠背腰椎部分和坐垫骨盆部分的接触面积增加到了1.2倍,提高了贴合性。

  

Fig.2 ContactAreaofPressureDistribution

  4.2 姿势的支撑

  (1)实现手段

  人在直立状态下,从侧面看腰椎呈S形弯曲。这叫作生理前凸,不仅在直立时,在端坐状态下,腰椎也会通过保持生理前凸,使椎间盘承受的负担减至最小,这样就可以确保长时间驾驶也不容易疲劳的支撑性能(2)。马自达基于这一现象,定义了长时间驾驶也不容易疲劳的理想支撑平衡目标。

  新款Roadster按照理想的支撑平衡目标,为实现稳定支撑,提高了腰椎部分和骨盆上部的网格材料张力,在胸廓部分则降低张力,提供面积大、柔软适宜的支撑,在同一块网格上优化了不同部位的张力(Fig.3)。

  

Fig.3 TensionDistributionoftheElasticNet

  另外,坐垫需要牢固支撑臀部和大腿,以防止臀部前移,导致长时间驾驶时压力集中在坐骨结节部分产生疼痛。新款Roadster的坐垫在网格材料底面的前后方向,增加了带状网格材料。由此弥补椅面中央不足的反作用力,实现了对整个臀部的面支撑结构(Fig.4)。带状网格材料的尺寸,是考虑了从矮到高各种身材乘员的坐骨结节宽度之后而确定的。

  

Fig.4 CushionStructure

  (2)达成性能

  Fig.5是使用标准身材的人体模型(1)测量的座椅体压分布。纵轴表示座椅靠背的高度、坐垫的前后位置,横轴表示椅面各个高度、前后位置的负载总和的比例。新款Roadster的靠背对腰椎到骨盆上部形成连续支撑,坐垫与没有带状网格相比,压力不会过度集中到臀部,对大腿部分也有适当支撑,实现了马自达所设想的理想支撑平衡相接近的支撑性能。

  

Fig.5 PressureDistributionoftheSeat

  4.3 包裹性

  (1)实现手段

  椅面部分利用了网格材料可随身体曲线包裹支撑的特点,防止了转弯承受横G时,后背脱离靠背的情况。侧垫部分采用了贴合人体的形状,以防止脊柱和骨盆横向倾斜。而且,为了柔软、稳定地支撑身体,还优化了侧垫的硬度和密度。

  (2)达成性能

  Fig.6是倚靠在靠背上的人体模特承受相当于0.8G的横向负载时的体压分布(4)。确认了新款Roadster的侧垫接触压力大,能够稳定地支撑着身体,且因转弯内侧的接触面积和接触压力也增大,所以正如期待的那样,后背也没有脱离靠背。与此同时,如Fig.5所示,在就坐状态下,侧垫的接触压力不大,不会有逼仄感。也就是说,对横G,座椅在不感到逼仄的情况下稳定地支撑了身体,实现了良好的包裹性。

  

Fig.6 PressureDistributionwhileLateralForceApplied toSimulateCornering

  4.4 乘坐感受

  (1)实现手段

  新款Roadster通过调整网格材料的弹性常数,优化了聚氨酯板的厚度和密度,提高了减振性能。

  (2)达成性能

  下图是在重现粗糙混凝土路面等路况的模式下,标准身材的测试员就坐时靠背和坐垫的振动传导率(Fig.7,8)。纵轴的振动传导率为:代表乘员就坐状态下椅面的PSD(Power spectral density)除以座椅底座附近地板的PSD的值。从图中可以看出,靠背、坐垫的振动输入均有所下降,乘坐感受提高了。

  

Fig.7 Fore-and-aftVibrationonBackrestSurface

  

Fig.8 VerticalVibrationonCushionSurface

  5.结语

  以上报告了新款Roadster配备的网格座椅的性能。我们通过新结构座椅的开发,改善了座椅的包裹性、乘坐感受等舒适度。除上面的数据论证外,我们在实机模型阶段到试制车阶段,还在公司内外的测试员的协助下,反复进行了实际评估。尤其对在紧凑的空间布局下的开发重点——座椅与驾驶位置,通过实际行驶评估作了改进。并且实现了比以往座椅轻10%和最大减薄30mm的效果,成功兼顾了轻型及薄型化与高性能。今后,为了令顾客更好地体验人车合一,我们还将再接再厉,进一步提升座椅的舒适度。(作者:元吉菜绪子 竹内良敬)

  (全文完)