來源 | 期刊網(wǎng)-《科學(xué)與技術(shù)》

作者 | 張應(yīng)軍 季文明 盧桂陽 劉洪 顏強；延鋒安道拓座椅有限公司長沙分公司 湖南長沙 410100

摘要：座椅發(fā)泡的舒適性在新項目的開發(fā)中受到主機廠的關(guān)注度越來越高，本論文探討了發(fā)泡厚度對頂端硬度，滯后損失，彈性系數(shù)（FW）、阻尼系數(shù)（DKW）以及座椅舒適性的關(guān)系。通過實驗數(shù)據(jù)表明，發(fā)泡厚度對彈性系數(shù)（FW）、阻尼系數(shù)（DKW）有影響，頂端硬度（CFD）相同時，厚度越大，前述數(shù)值越大；在80mm厚度時，坐墊發(fā)泡產(chǎn)品舒適性頂端值（CFD）范圍為5.5-6.2Kpa之間。實現(xiàn)了在座椅試制前的概念設(shè)計階段評定發(fā)泡厚度對乘坐舒適性影響的數(shù)據(jù)化分析。

關(guān)鍵詞：發(fā)泡 舒適性 彈性系數(shù)、阻尼系數(shù)

1. 前言

目前汽車座椅系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由頭枕、靠背、座墊以及滑軌等總成組成，其中座椅座墊由座椅骨盆、發(fā)泡以及面套等組成。無論是在新車型開發(fā)階段還是終端消費市場，汽車座椅作為汽車人機交互主要的界面，乘坐的舒適性受到消費者和客戶端特別的關(guān)注和評價。影響座椅乘坐的舒適性因素很多，如座椅的軟硬程度、座椅的造型設(shè)計、座椅表面的空氣流動、路面的不平整度等。[1]其中座椅的發(fā)泡材料對舒適性起了重要的作用，董明，戴善其在對發(fā)泡的硬度影響舒適性的研究中發(fā)現(xiàn)通過對發(fā)泡硬度在不同區(qū)域的分別定義，可以較好地平衡汽車座椅的靜態(tài)舒適性與動態(tài)舒適性的矛盾，明顯改善座墊對人體的支撐，使人體臀部壓力減小，保持肌肉處于放松狀態(tài)，從而提高駕乘人員的駕乘舒適性。[2]高振海等人通過對發(fā)泡密度對乘坐舒適性影響研究發(fā)現(xiàn)在兼顧座椅整體舒適性的同時，為有效提高人體局部的舒適感，可通過將人體局部對應(yīng)的座椅坐墊發(fā)泡密度優(yōu)化配置進行發(fā)泡密度分區(qū)設(shè)計，使人體質(zhì)量以較大的支撐面積、較小的整體和合理的局部壓力分布在坐墊上。大腿中部和大腿前部乘坐在發(fā)泡密度較小的 57 kg/m3 的座椅上時受到的壓力刺激作用相對較弱，臀部區(qū)域乘坐在發(fā)泡密度較大的 67 kg/m3 的座椅上時受到的壓力刺激作用相對較小。[3]通過文獻調(diào)研，目前研究主要集中在發(fā)泡的硬度與密度對舒適性的影響，缺少對發(fā)泡材料厚度對舒適性的研究；同時汽車合資或者獨資的工廠座椅設(shè)計圖紙全部來自于國外，發(fā)泡厚度的值都是已知，探究發(fā)泡厚度數(shù)據(jù)的由來尤為重要。本文根據(jù)PV3410測試標準，研究了厚度對壓陷硬度，滯后損失、彈性系數(shù)（FW）、阻尼系數(shù)（DKW）舒適性系數(shù)（FW-DKW）/（FW+DKW）的影響[4]，實現(xiàn)了在座椅試制前的概念設(shè)計階段評定發(fā)泡厚度對乘坐舒適性影響的數(shù)據(jù)化分析。

2. PV3410對座椅發(fā)泡舒適性的定義

根據(jù)PV3410聚氨酯泡沫材料座椅軟墊實驗方法的定義，對測試曲線的相關(guān)術(shù)語解釋如下：

2.1 測試數(shù)據(jù)

1）EW(ILD)，320N下得壓陷數(shù)據(jù)；

2）ESW，320N回程下得壓陷數(shù)據(jù)；

3）480N回程下得壓陷數(shù)據(jù)。

2.2 定義數(shù)據(jù)

DKW，阻尼特系數(shù)，320N下得加載和卸載數(shù)據(jù)的差值；

FW，彈性系數(shù)，480N卸載值和320N卸載值的差值；

舒適性值，DKW+FW FW-DKW

坐墊發(fā)泡舒適性滿足的兩個條件：DKW+FW>10 |FW-DKW|<2

3. 發(fā)泡厚度對硬度、滯后以及舒適性的影響
3.1 測試條件以及實驗數(shù)據(jù)
本文選取固定條件為密度65kg/m3，水分2.8，澆注重量為1055g。依據(jù)指數(shù)范圍95-109，分四個梯度分別做了ABCD四個樣塊，選取20mm、40mm、60mm、80mm、100mm不同厚度，測試出對應(yīng)頂端、滯后損失，彈性系數(shù)（FW）、阻尼系數(shù)（DKW）值，具體數(shù)據(jù)見表1.
樣塊測試條件：本實驗在生產(chǎn)168h后進行，測試前在標準環(huán)境下放置至少24h（溫度：23±2℃，濕度：50±6%RH）
測試設(shè)備：材料試驗機ZWICK Z005 德國

表1 不同厚度測試數(shù)據(jù)值

3.2 發(fā)泡厚度對壓陷硬度的影響
通過圖1數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)：
1）當頂端硬度（CFD）固定時，320N下得壓陷深度隨著厚度的增加而增加；2）40mm厚度以內(nèi)，頂端硬度（CFD）變化時壓陷深度基本無變化。

圖1 發(fā)泡厚度對壓陷硬度的關(guān)系
3.3 發(fā)泡厚度對滯后損失的影響
通過圖2數(shù)據(jù)分析，可以得出：
1）60mm厚度以下時，同一配方產(chǎn)品滯后隨著厚度增加而降低；
2）60mm厚度以上時，同一配方產(chǎn)品滯后趨于穩(wěn)定，與厚度關(guān)系不大

圖2. 發(fā)泡厚度對滯后損失的關(guān)系
3.4 厚度對產(chǎn)品阻尼系數(shù)（DKW）的影響
通過圖3數(shù)據(jù)分析，可以得出：
1）對于同一配方，頂端硬度（CFD）相同，隨著產(chǎn)品厚度增加，產(chǎn)品阻尼系數(shù)（DKW）逐步增加；
2）厚度一致時，頂端硬度（CFD）增加，阻尼系數(shù)（DKW）增加。

圖3. 厚度對阻尼系數(shù)（DKW）的關(guān)系
3.5 厚度對產(chǎn)品彈性系數(shù)FW的影響
通過圖4數(shù)據(jù)分析，可以得出：
1）對于同一配方，頂端硬度（CFD）相同，隨著產(chǎn)品厚度增加，產(chǎn)品彈性系數(shù)（FW）逐步增加；
2）厚度一致時，頂端硬度（CFD）增加，彈性系數(shù)（FW）逐步增加；

圖4. 厚度對彈性系數(shù)（FW）的關(guān)系
3.6 座椅體系舒適性評價
根據(jù)座椅體系對坐墊發(fā)泡的舒適性評價要求，需要同時滿足兩個條件：
彈性系數(shù)加阻尼系數(shù)（FW+DKW）>10；彈性系數(shù)減阻尼系數(shù)絕對值|FW-DKW|<2
依據(jù)這兩個條件，在厚度為80mm時，對彈性系數(shù)加阻尼系數(shù)（FW+DKW）以及彈性系數(shù)減阻尼系數(shù)絕對值（FW-DKW）進行了線性擬合，尋找滿足這個條件的頂端（CFD）范圍。

圖5.頂端（CFD）與（FW+DKW）關(guān)系 圖6.頂端（CFD）與（FW-DKW）關(guān)系
從圖5中可以得出，當厚度一致時，隨著CFD的增加，產(chǎn)品FW+DKW線性增加；當厚度在80mm時，坐墊發(fā)泡舒適性要求FW+DKW>10,對應(yīng)的CFD>5.5Kpa。從圖6可以得出，當厚度一致時，隨著頂端硬度（CFD）的增加，產(chǎn)品FW-KW線性增加；坐墊發(fā)泡舒適性要求|FW-DKW|<2, 對應(yīng)的CFD<6.2Kpa；在發(fā)泡厚度為80mm時，舒適性頂端范圍為5.5-6.2Kpa之間。
4. 結(jié)論
發(fā)泡厚度對產(chǎn)品的頂端硬度、滯后損失、阻尼系數(shù)、彈性系數(shù)都有很大的關(guān)聯(lián)性，說明發(fā)泡的厚度在設(shè)計階段是一個很重要的舒適性客觀評價參數(shù)。通過實驗數(shù)據(jù)，我們得出：

1）發(fā)泡厚度對壓陷深度有影響，硬度相同時，厚度越大，壓陷深度越大；

2）發(fā)泡厚度對彈性系數(shù)（FW）、阻尼系數(shù)（DKW）有影響，硬度相同時，厚度越大，前述數(shù)值越大；

3）發(fā)泡厚度對產(chǎn)品滯后有一定影響，厚度在60mm以內(nèi)時，隨著厚度增加，產(chǎn)品滯后降低；60mm以上時，隨著厚度變化，產(chǎn)品滯后趨于穩(wěn)定；
4）厚度在80mm時，根據(jù)坐墊發(fā)泡舒適性判斷要求FW+DKW>10,對應(yīng)的CFD>5.5Kpa;|FW-DKW|<2, 對應(yīng)的CFD<6.2Kpa；在80mm厚度時，產(chǎn)品舒適性頂端值（CFD）范圍為5.5-6.2Kpa之間。
參考文獻［1］陳飛:《考慮駕駛員體壓分布的座椅乘坐舒適性研究》 吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文，2016年。［2］董明，戴善其：《基于發(fā)泡硬度分布的汽車座椅舒適性分析》 汽車工程師，2019年第7期。［3］高振海，李明月，高菲等：《車用座椅發(fā)泡密度對乘坐舒適性的影響分析》 湖南大學(xué)學(xué)報，2019年第10期。［4］PV3410 聚氨酯泡沫材料座椅軟墊實驗方法。
作者簡介：姓名：張應(yīng)軍（1985.12--）；性別：男，民族：漢，籍貫：湖南長沙人，學(xué)歷：研究生；現(xiàn)有職稱：中級工程師；研究方向：聚氨酯發(fā)泡工藝與技術(shù)。