定义
汽车零重力座椅是一种模拟太空零重力环境,为驾乘人员提供舒适支撑体验的座椅。其设计基于人体工程学原理,通过对座椅的结构、角度和支撑点进行优化,使人体在乘坐时能处于一种自然、放松的状态,减少身体压力点,分散身体重量,降低长时间乘坐产生的疲劳感。
这种座椅通常具有多个调节功能,可根据不同驾乘人员的身体特征和需求,对座椅的靠背角度、坐垫倾斜度、头枕位置等进行精确调整,以实现接近零重力状态下的舒适坐姿。一些高端汽车品牌的零重力座椅还会配备按摩、通风、加热等功能,进一步提升乘坐的舒适性和享受感。
组成
汽车零重力座椅主要由以下部分组成:
1. 电动长滑轨组件:通常有一对,包括连接在车身底板上的外滑轨和与座框总成固接的内滑轨,内滑轨可在外滑轨上滑动,带动座框总成前后往复移动,以调整座椅在车内的位置。
2. 座框总成:固定连接在两个滑轨组件上,由框架体、前滑轨连接座、后滑轨连接座以及座框连接架等组成,是座椅的支撑结构,为其他部件提供安装基础。
3. 座盆骨架:可活动地安装在座框总成上,由座盆侧边板、前横管、后横管以及座盆安装架板等构成,用于承载乘客的臀部和大腿部分,并且通过座盆抬升总成可调节其倾角。
4. 靠背骨架:可转动地连接在座盆骨架上,包括靠背侧部支架、靠背下支架、靠背上支架与靠背支承支架等,为乘客的背部提供支撑,通过调角器总成可实现角度调整。
5. 调角器总成:安装在靠背骨架与座盆骨架的连接位置处,包括调角器驱动电机、调角器本体、调角器驱动轴、调角器安装支架与靠背连接支架等,用于驱动靠背骨架转动,以实现不同的靠背角度。
6. 随动扶手总成:安装在靠背骨架高度方向的中部一侧位置处并与调角器总成联动,能与靠背骨架同步运动,为乘客的手臂提供支撑,保证在座椅角度调整时,扶手也能跟随变化,提升乘坐舒适性。
7. 腿托总成:安装在座盆骨架的前端,可与座盆骨架同步运动,并能实现自身部件的伸展与收缩,为乘客的小腿提供支撑,通常具有可调节长度和角度的功能。
此外,零重力座椅还包括各种调节电机、控制器等电气部件,实现座椅的电动调节功能;以及安全带卷收器等安全部件,部分座椅将其放置在座椅支架上,以确保在座椅任何角度及位置,安全带都可正常使用。同时,座椅的面料、填充材料等也都是重要组成部分,如智己LS7的零重力座椅采用了6层不同材质,包括德国巴伐利亚半苯胺材质、软发泡海绵层、按摩气袋、硬发泡海绵层、3D网状材料和座椅弹簧层等,提升乘坐的舒适性和豪华感。
原理/功用
汽车零重力座椅的工作原理主要基于人体工程学和对零重力状态的模拟,通过以下方式实现:
姿势调整:根据人体在零重力环境下的自然放松姿势,零重力座椅设计了特定的靠背角度、坐垫倾斜度和腿部支撑角度。当座椅调节到合适位置时,能使人体的脊柱处于自然曲线状态,减少脊柱所受压力,让身体各部位的肌肉和关节处于放松状态。如一些零重力座椅会将靠背角度调整至约120°-130°,同时坐垫前端微微上翘,腿部支撑与坐垫形成一定角度,使人体重心均匀分布。
压力分散:零重力座椅通过特殊的座椅结构和优质的填充材料来分散人体压力。座椅框架设计合理,能将人体重量均匀传递到各个支撑点;填充材料通常具有良好的柔软度和支撑性,如高密度海绵、记忆棉等,可根据人体轮廓自动调整形状,贴合人体曲线,减少身体局部压力点,避免长时间乘坐产生疲劳和不适感。
电动调节:依靠电动调节系统,驾乘人员可根据自身身体特征和需求,通过座椅上的控制按钮或车辆中控系统,精确调整座椅的各个部分,如靠背角度、坐垫倾斜度、头枕位置、腿托伸展程度等,以达到最舒适的零重力模拟状态。该系统由电机、传动装置和控制器等组成,电机根据控制信号驱动相应部件运动,实现精准调节。
部分高端零重力座椅还会结合按摩、通风、加热等功能,进一步提升乘坐舒适性。按摩功能通过座椅内的气袋或按摩电机,对人体背部、臀部等部位进行按摩,促进血液循环;通风和加热功能则通过座椅内的通风管道或加热丝,调节座椅表面温度,使驾乘人员在不同环境下都能保持舒适。
制造工艺
汽车零重力座椅制造工艺如下:
设计研发
人体工程学设计:依据人体曲线特性及太空失重状态下人体姿势,结合大量人体数据,设计出能使人体各部位压力均匀分布的座椅形状和角度,确定靠背、坐垫、腿托等各部分的最佳尺寸与角度关系。
虚拟仿真与优化:运用计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)软件,对座椅的结构强度、舒适性等进行虚拟仿真分析,优化座椅设计,减少后期物理测试成本和时间。
零部件制造
座椅骨架制造:采用高强度钢材或铝合金等材料,通过冲压、焊接等工艺制成座椅骨架,如广汽传祺GS4 PLUS的座椅骨架采用980兆帕高强度钢,经过有限元分析和物理测试优化,满足强度、耐久性等100多项测试。
填充材料加工:高衰减、硬度特低且耐久性能好的发泡材料,如高密度海绵、记忆棉等,通过模具成型等工艺加工成座椅所需的形状和厚度,部分座椅还会增加零重力填充层,如全新MG5的座椅使用了20mm厚的零重力填充层。
面料制作与处理:选择优质的皮革、人造革或织物等面料,经过裁剪、缝制等工艺制成座椅面套,如沃尔沃EM90采用全粒面超柔Nappa皮内嵌包覆工艺,制作时需保证面料的质感、透气性和耐用性。
组装与测试
部件组装:将座椅骨架、填充材料、面料以及各种调节电机、控制器、安全带卷收器等零部件进行组装,如极石01的航空座椅组装包括多向腿托骨架组装、坐盆骨架组装、舒适和功能系统组装等步骤。
电气系统集成:连接座椅的电动调节系统、按摩系统、通风系统、加热系统等电气部件的线路,确保各功能正常运行,并集成智能控制技术,实现一键躺平、座椅姿态自动调节等功能。
质量检测:对座椅进行全面的质量检测,包括外观检查、尺寸精度测量、结构强度测试、舒适性评估、电气功能检测、噪音检测等,如祥鑫科技为客户配套零重力座椅部件时,需满足从模具到结构件的整套技术方案要求,通过各项严格测试。
材料
汽车零重力座椅使用的材料主要有以下几类:
骨架材料
高强度钢材:如广汽传祺GS4 PLUS的座椅骨架采用980兆帕高强度钢,具有良好的强度和刚性,能够承受人体重量和车辆行驶中的各种力,同时满足强度、耐久性等多项测试。
铝合金:部分高端车型为了实现轻量化,会采用铝合金材质的座椅骨架,质量轻且强度较高。
填充材料
超软海绵:直接接触人体的区域会采用15毫米到25毫米厚的超软海绵,能显著提升舒适度,缓解身体压力。
记忆棉:具有良好的柔软度和回弹性,如深蓝S7使用20mm厚的聚氨酯发泡记忆海绵,能根据人体轮廓自动调整形状,减轻长时间驾驶疲劳。
高密度海绵:全新岚图梦想家采用云感减压科技材料,本质是高密度、高回弹海绵,柔软舒适,能给予身体全方位支撑。
面料材料
真皮:如蔚来ES8、捷尼赛思G90等车型采用Nappa真皮,质感柔软、细腻,触感好,透气性佳,同时具有良好的耐磨性和耐久性。
仿皮:一些车型会使用仿皮材料,如极氪X座椅采用仿皮材质,手感柔软,具有一定的家居感,且价格相对真皮更为亲民。
织物:部分车型座椅会选用织物面料,具有良好的透气性和吸湿性,乘坐舒适,价格较低,容易清洁,但耐磨性和耐久性相对较差。
新型PU环保面料:广汽传祺GS4 PLUS部分车型在骑行区域采用新型PU环保面料,具有优异的力学性能,在低温环境下仍能保持良好的剥离强度、耐久性、耐磨性和耐水解性。
其他材料
电气部件材料:包括电机、电线、控制器等,通常采用具有良好导电性和绝缘性的材料,以确保电动调节、按摩、通风、加热等功能的正常运行。
安全带卷收器材料:一般采用高强度的金属和工程塑料,保证在座椅任何角度及位置,安全带都能正常使用,在车辆发生碰撞时有效约束乘客。
性能
汽车零重力座椅的性能要求主要体现在以下几个方面:
舒适性
压力分布均匀:能使人体压力均匀分布在座椅上,减少身体局部压力点,如通过合理设计座垫和靠背曲线,采用合适的填充材料,让脊柱保持自然曲线,降低肌肉和骨骼疲劳。
可调节性:具备多向电动调节功能,如靠背角度、坐垫倾斜度、腿托伸展程度、头枕位置等调节,满足不同乘客的身体特征和舒适需求。
温度调节:有良好的通风和加热功能,能在不同季节保持舒适的座椅表面温度,通风可防止出汗粘腻,加热能在寒冷天气提供温暖。
按摩功能:按摩功能可缓解驾乘疲劳,其强度、频率和按摩区域可调节,能针对不同身体部位提供合适的按摩力度。
安全性
强度与稳定性:座椅骨架需采用高强度材料,能承受车辆碰撞时的冲击力,确保乘客安全,且在正常使用中不会出现变形或松动。
安全带兼容性:与车辆安全带系统配合良好,无论座椅如何调节,安全带都能正常工作,有效约束乘客,如安全带卷收器位置合理,不影响安全带的拉伸和锁止。
儿童座椅接口:配备标准的儿童座椅接口,且接口牢固可靠,方便安装儿童安全座椅,保障儿童乘车安全。
耐久性
材料质量:座椅的面料、填充材料和骨架等部件应选用优质材料,能经受长期的使用和磨损,如面料耐磨、不易褪色,填充材料不变形,骨架耐腐蚀。
循环测试:需通过多次的调节循环测试,如靠背角度调节、腿托伸展等操作的反复测试,确保各部件在长期使用后仍能正常工作,不出现故障。
美观性
设计风格:座椅的设计风格应与车辆内饰整体风格相匹配,线条流畅,造型美观,提升车辆的整体品质和档次。
面料质感:面料的颜色、纹理和质感要符合车辆的定位和消费者的审美需求,如高端车型常采用高品质的真皮面料,展现豪华感。
分类
汽车零重力座椅可以按照以下方式分类:
按车辆级别分类
经济型:如15万级别的奇瑞eq7,配备一键零重力模式、腿托、通风等基本配置,但在腰部支撑等细节上有提升空间。
中高端型:20万-50万级别的极氪X、智己LS7、蔚来ES8等,调节角度更合理,材质更优质,功能更丰富,如智己LS7后排零重力座椅通过副驾和右后座椅联动,形成121°零重力角。
豪华型:80万-100万级别的捷尼赛思G90、宝马i7 M70L等,座椅材质高级,对身体各部位承托出色,后排配置丰富,体验感佳。
按座椅位置分类
前排零重力座椅:如深蓝S7的前排双零重力座椅,为驾驶者和前排乘客提供舒适体验。
后排零重力座椅:像智己LS7的后排零重力座椅,为后排乘客尤其是“老板座”提供舒适享受。
特定位置零重力座椅:魏牌蓝山DHT的“女神副驾”零重力座椅,专为副驾女性乘客设计。
按调节功能分类
基础调节型:具备基本的靠背角度、腿托调节功能,能实现接近零重力的基本姿态。
多轴动态调节型:如问界M7的零重力座椅,拥有独创的3轴动态调节,加入智能悬浮抬升机构和四向腿托调节,可实现更精准、舒适的零重力姿态。
优缺点
汽车零重力座椅具有独特的优势,但也存在一些不足之处,具体如下:
优点
舒适性高:依据人体工程学设计,能使人体压力均匀分布,减少身体局部疲劳。通过多向调节功能,可模拟太空失重状态下的人体姿势,为乘客提供舒适的乘坐体验。许多零重力座椅还配备通风、加热和按摩功能,进一步提升了乘坐的舒适感。
安全性较好:高强度的座椅骨架能在车辆发生碰撞时,有效保护乘客安全。而且,零重力座椅的设计可以使乘客在车辆行驶过程中保持较为稳定的姿势,减少因车辆颠簸或急刹车造成的身体晃动,降低受伤风险。
缓解疲劳:对于长途驾驶或乘坐的人来说,零重力座椅能减轻身体各部位的压力,尤其是对腰部、腿部和颈部的支撑,有助于缓解疲劳,让驾乘者在到达目的地后仍能保持较好的精神状态。
缺点
成本较高:零重力座椅的设计和制造需要较高的技术水平,使用的材料也较为高档,因此其生产成本较高,这会导致配备零重力座椅的车辆价格相对较高,增加了消费者的购车成本。
占用空间大:为了实现零重力座椅的各种调节功能,座椅的结构相对复杂,需要占用较多的车内空间。这对于一些车内空间较小的车型来说,可能会影响后排乘客的腿部空间或后备箱的储物空间。
维护成本高:由于零重力座椅的电气系统和机械结构较为复杂,一旦出现故障,维修难度和成本都会比较高。而且,其使用的特殊面料和填充材料在清洁和保养上也有较高要求,需要使用专门的清洁用品和保养方法。
开发流程
汽车零重力座椅的开发流程通常包括以下几个阶段:
需求分析与规划
收集市场需求和用户反馈,明确零重力座椅的功能、舒适性、安全性等方面的要求。结合车辆的定位和目标客户群体,确定座椅的性能指标和设计方向。
概念设计
根据需求分析的结果,设计团队提出多种零重力座椅的概念方案,包括座椅的整体造型、调节机构、材料选择等。
对概念方案进行初步的可行性评估,考虑技术难度、成本、生产工艺等因素,筛选出可行的方案进行进一步的细化设计。
详细设计
对选定的概念方案进行详细的设计,包括座椅骨架、调节机构、电机、传感器等零部件的设计。
进行人体工程学分析和模拟,优化座椅的曲线和尺寸,确保座椅能够提供良好的支撑和舒适性,实现接近零重力的效果。
设计座椅的外观和内饰,使其与车辆的整体风格相匹配。
样品制作与测试
根据详细设计图纸,制作座椅的样品。样品制作过程中,需要严格控制工艺和质量,确保样品能够准确反映设计意图。
对样品进行全面的测试,包括功能测试、性能测试、安全性测试等。功能测试主要检查座椅的各项调节功能是否正常;性能测试包括座椅的舒适性、耐久性等方面的测试;安全性测试则要确保座椅在车辆发生碰撞等极端情况下能够有效保护乘客。
根据测试结果,对座椅进行优化和改进,反复调整设计和工艺,直到座椅满足所有的性能要求。
量产准备
在样品通过测试后,进行量产准备工作。包括制定生产工艺规范、采购原材料和零部件、准备生产设备和工装夹具等。
对生产人员进行培训,确保他们能够熟练掌握生产工艺和质量控制要求。
建立质量检测体系,对量产的座椅进行严格的质量检验,确保每一个座椅都符合设计标准和质量要求。
售后与改进
产品上市后,收集用户的反馈和使用数据,了解座椅在实际使用中存在的问题和不足。
根据用户反馈和市场需求的变化,对座椅进行持续的改进和优化,提升产品的性能和竞争力。
成本
汽车零重力座椅的成本受多种因素影响,主要包括以下方面:
材料成本
骨架:通常采用高强度钢、镁铝合金等材料,以确保座椅的强度和稳定性,成本相对较高。
面料:如使用Nappa真皮、半苯胺真皮等高端面料,成本会显著增加,这些真皮面料每平方米价格在200 - 400元左右,而普通织物面料每平方米可能只需20 - 60元。
填充材料:高衰减、耐久性能好、硬度特低的发泡材料,以及具有良好支撑性的记忆棉等,会增加成本。
研发成本
设计与测试:需要进行大量的人体工程学研究和设计,还要经过多次的测试和优化,包括舒适性、安全性等方面的测试,以确保达到零重力的效果和相关标准,这都需要投入大量的资金和时间。如星途星纪元ET花费1个亿打造零重力座椅。
零部件成本
调节机构:为实现多向电动调节功能,如靠背角度、腿托伸展、头枕位置等调节,需要高精度的电机、传感器、滑轨、调角器等零部件,这些零部件的成本较高。
功能系统:像通风、加热、按摩等功能系统,增加了座椅的复杂性和成本。例如,一套普通的座椅通风加热系统成本可能在几百元到上千元不等,而更高级的按摩功能成本会更高。
以一些车型为例,深蓝S7选择真皮零重力座椅需额外支付12000元的超感智享套装费用;蔚来女王副驾选装价格8500元;小鹏X9第二排零重力座椅选装包价格16000元;问界M9的零重力座椅选装价格在20000元左右。
供应商
以下是一些汽车零重力座椅的优质供应商:
1. 延锋:华域汽车旗下,是中国最大的汽车座椅供应商。其零压座椅通过电动长滑轨等结构实现一键开启零压姿态,拥有独立肩颈部调节等功能,针对不同场景有多种版本。
2. 安道拓:汽车座椅行业的全球领导者,前身为江森自控专业汽车内饰业务单元。零重力座椅智能设备配合多向可调整支撑,基于人体骨肌动力学SCS迭代座椅按摩系统,还搭载“智能位置推荐”功能。
3. 麦格纳:全球最大的汽车供应商之一,是开发和制造高质量整椅系统的创新领导者。其ZeroG零重力座椅结合头枕、腿托等支撑功能及长滑轨和转盘的位置调节功能,满足不同人群需求。
4. 佛吉亚:法国的全球汽车零配件供应商,在汽车座椅等四大业务领域居业界领先地位。其智能传感座椅可集成多种传感功能,通过算法识别人体形态,智能调节座椅姿态,搭配肩部调节等系统,提升乘坐舒适性。
5. 李尔:全球最大的汽车内饰系统零部件供应商之一,拥有全面的座椅纵向整合能力。零重力座椅搭配电动旋转底座,其智能座椅主动支撑系统具有自主调节、实时交互和高度贴合等优势。
6. 丰田纺织:专注于汽车内饰系统的开发等,以打造更轻的座椅骨架为目标,开创了具有背反性能的骨架刚性,提高了乘坐舒适度。其智能座舱“LOUNZE”应用独有技术和经验,座椅可实现零重力模式,还配备迎宾模式等。
7. 奥托立夫:在汽车安全系统领域实力强大,凭借零重力座椅安全系统解决方案荣获第六届金辑奖·中国汽车新供应链百强。该解决方案通过精心研发设计和独特人体工学设计,具有高度自适应性,能提供极佳乘坐体验。
发展趋势
汽车零重力座椅未来有以下发展趋势:
智能化程度提升:集成先进的语音识别系统和触控操作功能,允许驾乘者通过语音指令或触摸屏轻松调节座椅的各项功能。通过传感器智能响应乘客的身体动作,监测身体位置、压力点、生物识别信息和生命体征等,实现对健康状况的实时监测,并根据乘客的身体状态自动调整座椅姿态。与智能座舱系统深度融合,与车辆的其他智能设备和功能实现互联互通,如根据导航信息和驾驶模式自动调整座椅舒适度,或者在车辆发生紧急情况时自动调整座椅位置以保护乘客安全。
舒适性优化:进一步改进座椅的设计和材料,更好地贴合人体曲线,提供更均匀的压力分布,减少身体各部位的疲劳。增加更多的调节功能,如肩部、腿部、腰部等部位的独立调节,以满足不同乘客的个性化需求。配备更先进的通风、加热和按摩功能,提供更舒适的乘坐体验。
安全性增强:成为更积极的安全系统,与车辆的主动安全系统紧密关联,如在车辆发生碰撞或紧急制动时,自动调整座椅位置和姿态,以减少乘客受伤的风险。采用更坚固的座椅骨架和安全材料,提高座椅在碰撞时的保护性能。
环保性提高:在材料选择上,更多地使用可回收、可再生和环保的材料,减少对环境的影响。同时,也会注重材料的生产过程对环境的友好性,降低能源消耗和污染物排放。
个性化定制:随着消费者对个性化需求的增加,汽车零重力座椅将提供更多的定制选项,包括座椅的颜色、材质、图案等外观方面的定制,以及功能配置的个性化选择,以满足不同消费者的独特需求。结合AI技术,自主分辨乘客身份,并根据乘客的偏好和习惯提供定制化服务。
应用范围扩大:目前零重力座椅主要集中在副驾和后排右侧座椅,未来可能会扩展到全车各个座位,为更多乘客提供舒适体验。同时,随着自动驾驶技术的发展,汽车内饰将成为人们生活空间的延伸,零重力座椅将不仅仅应用于传统的乘用车,还可能在自动驾驶的共享汽车、商务车等领域得到更广泛的应用。
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