燃油汽車電動化的座椅設計

魏風 張寶江

（一汽豐田技術開發有限公司）

電動汽車作為未來的發展趨勢，受到了社會前所未有的關注。相對于開發一臺全新的電動汽車，燃油汽車的電動化開發在開發周期和開發成本上更具優勢。在燃油汽車電動化開發過程中，對于電池包加入后座椅的重新布置是汽車內飾開發中最重要且最富有挑戰性的課題。文章從成本的角度出發，結合H 點保持不變的開發目標，總結出一系列的保證座椅H點的對策和方向，并完成了試驗驗證，對于日后其他燃油汽車電動化項目座椅布置的課題具有重要意義。

1 汽車座椅概述

1.1 汽車座椅分類

汽車座椅分類方法較多，根據部位區分，可分為前排座椅和后排座椅；按照座椅表皮材質區分，可分為真皮座椅、織物座椅等；按照座椅動力源區分，可分為電動座椅、手動座椅等；按照座椅調節程度區分，前排座椅可分為8 向座椅、6 向座椅、4 向座椅等；按照座椅翻倒狀態區分，后排座椅可分為固定式座椅、6∶4 可倒座椅等。

1.2 汽車座椅結構

1.2.1 前排座椅結構

前排座椅一般可分為頭枕、表皮、泡棉、骨架四部分。其中座椅骨架是最重要且結構最復雜的部分，其結構，如圖1 所示。

圖1 某車6 向駕駛席前排座椅骨架結構圖

1.2.2 后排座椅結構

后排座椅與前排座椅類似，可分為頭枕、表皮、泡棉（含骨架）三部分。不同的是，后排座椅骨架通常會與泡棉同時發泡，形成整體[1]，固定式后排座椅骨架透視圖，如圖2 所示。

圖2 固定式后排座椅骨架透視圖

1.3 基本設計參數

H 點（Hip Point）：二維/三維人體模型樣板中人體軀干與大腿的連接點，即胯點。圖3 示出某車前排6 向座椅基本參數示意圖。

圖3 某車前排6 向座椅基本參數示意圖

2 燃油汽車電動化座椅設計

2.1 座椅的設計要求

電動汽車重要的參數之一是續駛里程。續駛里程不足會嚴重降低該車輛的市場競爭力。為了燃油汽車電動化的順利設計及市場競爭力的提升，推薦電動車座椅設計向輕量化、電動化、智能化方向發展。

2.2 H點的確定

前排座椅的H 點是非常重要的技術參數，不僅關系到人機工程，而且與氣囊爆破時間等安全參數息息相關。因此，如果通過對座椅進行輕量化，吸收地板因電池增加而帶來的上升量，不僅將大大減輕設計負擔，而且能壓縮包含試驗費在內的設計成本。

2.2.1 座椅設計要點

前排座椅骨架往往不會因為一個車型而單獨設計，而是由座椅廠家制作成可進行或不可進行尺寸微調的骨架成品，因此，對于尺寸固定的骨架來講，只有多從泡棉的選擇和降低固定支架高度方面著手考慮問題。必要時，可以重新選擇一款不僅可以滿足尺寸要求，更能減輕質量的新材料座椅。

后排座椅骨架方面的情況就要寬松很多，后排座椅對于H點的要求沒有前排多，多數僅與人機工程相關。另一方面，后排座椅骨架一般僅由鋼絲圍成，結構簡單，且每個車型都不一樣。在H 點確定的過程中，骨架新設以及座墊切削等均可采用，但也同時需要評價乘坐舒適性。

2.2.2 座椅設計實例

在某車型設計過程中，由于在地板下加入電池，地板被迫抬升，如圖4 所示。從圖4 可以看出，前排、后排座椅均與新地板發生了干涉，干涉量分別為116.5 mm（圖4 中A 區域）和71 mm（圖4 中B 區域）。

圖4 燃油汽車搭載電池后干涉量示意圖

由于前排座椅骨架的改造在量產中難以實現，并且成本昂貴，因此采取了一系列對策，如表1 所示，最終使改善量達到116.5 mm[2]。

表1 某車型前排座椅設計調整方案匯總表 mm

后排座椅方面，在設計初期采取了削薄座墊和骨架的方式驗證設計方案。圖5 示出某車后排座椅H 點擬合示意圖。

圖5 某車后排座椅H 點擬合示意圖

從圖5 中可以看出，燃油車的座墊厚度為73 mm，第1 步切除與新地板干涉的厚度15 mm，然后用剩余的58 mm 乘以該材質的壓縮率，計算得出泡棉厚度為25 mm。25 mm 厚的泡棉滿足了設計目標，但對于乘坐舒適性還遠遠不夠。

2.3 座椅乘坐舒適性的改善

由于電動車有電池加入到地板下方，壓縮了車內空間，在車輛設計時，為了滿足H點的設計目標，難免在設計初期選擇削薄、甚至挖空座墊的方法。但隨著設計的推進，改善乘坐舒適性也勢在必行。FS 曲線（假人坐重-壓縮量曲線）為選取座椅座墊合適的泡棉提供了幫助，如圖6 所示。

圖6 假人坐重-壓縮量曲線示意圖

在選擇合適的座墊材料時，可以先確認現產泡棉中是否有直接沿用的，如果沒有，可以重新配比發泡。

從圖6 中可以看出，泡棉壓縮量與假人質量的交叉點為設計目標值。因此，通過該點的即為可選用的最適合泡棉[3]。

2.4 方案的改進

文章介紹了燃油汽車電動化的座椅設計的對策方法，成功地應對了地板上升的問題，但是距離理想的設計還是存在差距的。

對于電動車座椅的設計要求，即“輕量化”“電動化”“智能化”，因成本控制及設計周期等客觀原因，未能進行到商品力提升的階段。

實際上，在面對地板上升問題時也是可以考慮采用更輕、更薄的座椅骨架產品的，這樣對于吸收地板上升量目標的達成也許更有貢獻，并且有望輕量化，當然代價是要重新評價諸多試驗。商品力方面，可通過使座椅外形更新穎，采用更具有科技感的面料包覆及向座椅電動化方向發展的方式實現。

3 結論

燃油汽車電動化工作的開展，往往會引出乘員艙空間減少、輕量化、科技感等課題。文章選取座椅設計為研究對象，列舉出可實施的設計點，并通過FS 曲線等設計工具，以及假人測量等試驗，驗證了設計的可行性，達成了乘員艙空間的設計目標。但在輕量化和科技感課題方面，由于設計的意外中止尚未推進，未來仍有改善的空間。