Сиденья автомобиля

Форма, размер и дизайн сидения оказывают значительное влияние на комфорт вождения, безопасность движения, самочувствие и утомляемость пассажиров и водителя, а также на степень травматизма в случае аварии.

Времена, когда автомобильные сиденья были просто мягкой мебелью, безвозвратно ушли в прошлое. Хороший дизайн сидений (водительское место по праву называют рабочим местом) может оказать огромное влияние на стоимость автомобиля. Оптимальная конструкция сиденья — это уже не только вопрос практического опыта, но и обширных исследований, измерений и экспериментов. К сиденьям и их креплению предъявляются определенные требования, которые узаконены в Федеральном стандарте США 207 и Правилах ЕЭК ООН R17 и R25.

Следующая информация относится к конструкции сидений в нынешней распространенной конструкции: раздельные передние сиденья и цельное заднее сиденье (жестко закрепленное или сложенное).

Места для сидения в автомобиле

Каркас переднего сиденья

Несущая конструкция большинства кресел состоит из секционной или трубчатой стальной рамы или цельной рамы, к которой крепится механизм регулировки сиденья и спинки, а также механизм регулировки его наклона. Совсем недавно был разработан каркас сиденья из пластиковых секций или каркас, отлитый из пластика. Трубчатые корпуса обычно оснащены гибкими держателями подушек (зигзагообразные проволоки из пружинной стали) для повышения упругости сиденья, а в случае сидений с полностью формованным каркасом, наполнение подушек в значительной степени удовлетворяет этому требованию. Сиденье должно регулироваться не в одном направлении (продольно), а в двух направлениях одновременно (горизонтально и вертикально) и желательно раздельно. Согласно директиве DGB 2782, диапазон регулировки должен составлять не менее ±80 мм от проектного (центрального) положения. Для регулировки высоты достаточно хода 50 мм спереди, сзади он может быть меньше. По этой причине салазки сиденья часто слегка приподняты в передней части, чтобы при перемещении сиденья можно было регулировать высоту для невысоких людей. Положение сиденья можно отрегулировать с помощью рычага в передней части сиденья. Максимальный шаг перестановки сиденья при продольной регулировке должен составлять 15 мм. Если используется направляющая, она должна быть в виде профиля, установленного на роликовых опорах, так как обычные направляющие, несмотря на специальные усовершенствования (пластиковые направляющие), неприемлемы.

Каркас спинки аналогичен каркасу подушки. Штампованная конструкция менее подходит для спинки сиденья, поскольку в случае столкновения она может быть задета пассажирами задних сидений. Особого внимания требует конструкция регулятора спинки, который должен обеспечивать угол наклона спинки не менее ±5° от среднего положения. Оптимальный угол в тазобедренном суставе составляет около 105°, угол наклона спинки относительно вертикали, обеспечивающий максимальный комфорт, составляет 20-25°. Поскольку люди очень чувствительны к изменению угла наклона, регулировка должна быть плавной. Расширение зоны регулировки до так называемого положения «лаунж», хотя и является популярным, на самом деле неудовлетворительно. Механизмы регулировки сиденья, как и сиденье в целом, подвергаются большим нагрузкам при реальном использовании. По этой причине они должны быть тщательно протестированы.

Для двухдверных автомобилей спинка сиденья, независимо от механизма регулировки наклона сиденья, должна откидываться, чтобы обеспечить доступ на заднее сиденье. Наклон спинки должен быть максимально полным, чтобы обеспечить комфортную посадку и эксплуатацию пассажирского салона.

Каркас заднего сиденья

Здесь следует проводить различие между съемным сиденьем, которое жестко закреплено с твердой спинкой, и складным сиденьем, которое увеличивает грузовое пространство автомобиля. Жесткое сиденье в большинстве случаев имеет профильный каркас для подушки сиденья и спинки, к которому в качестве основы для набивки прикреплена стальная проволочная сетка. Иногда к спинке со стороны багажника прикрепляется дополнительная панель отделки (формованный картон). Каркас подушки и спинки крепится к корпусу на шарнирах.

В случае складного заднего сиденья (в зависимости от конструкции могут складываться подушка и спинка или только одна спинка), каркас состоит из профилированной стальной панели, которая служит перегородкой или несущим полом для большого багажного отделения, когда автомобиль используется для перевозки грузов. Эти две части соединены шарнирами с корпусом. Кронштейн спинки должен быть изготовлен с особой тщательностью, чтобы предотвратить стук.

Набивка сидений

Решающее влияние на комфорт оказывает, прежде всего, тип и конструкция набивки. Прежде чем остановиться на описании его конструкции, приведем некоторые общие данные о форме сиденья, упругости и других свойствах хорошей набивки.

На качество сиденья существенно влияет ряд факторов, которые определяют пригодность сиденья в качестве элемента передачи усилия между автомобилем и водителем (или пассажиром).

Размеры подушки раздельного сиденья или пространства, занимаемого одним человеком на заднем сиденье, должны быть 500-550 мм в ширину и 450-500 мм в глубину. Меньшие размеры, чем эти, будут вызывать некоторый дискомфорт при длительной езде в автомобиле. Высота спинки без подголовника составляет не менее 500 мм над задним краем подушки сиденья и не менее 800 мм, если установлен подголовник («высокая спинка»). Ширина спинки в этом случае составляет примерно 500-550 мм, а ширина нижней части подголовника — примерно 250 мм. Эти цифры могут служить лишь общими рекомендациями, тем более что стандартизированного метода измерения этих величин не существует.

Форма сиденья влияет не только на самочувствие, но и на безопасность вождения, поскольку от формы, жесткости и амортизации сиденья зависит, насколько водитель устанет.

Предполагая, что место для сидения выбрано правильно и обеспечена удовлетворительная регулировка, необходимо учитывать следующие особенности.

Давление на поверхность сиденья не должно быть равномерным, как может показаться на первый взгляд, а должно быть анатомически правильным, т.е. максимальным (около 7 кПа) на поверхности сиденья под ягодицами и значительно уменьшенным по бокам и, прежде всего, спереди под бедрами, чтобы не нарушалось кровообращение в ногах. Поверхность подушки должна быть наклонена назад под углом примерно 5° спереди. При проектировании спинки необходимо обеспечить удовлетворительную поддержку позвоночника, особенно в поясничной области; вертикальный изгиб спинки должен соответствовать форме позвоночника, т.е. над плоской поверхностью подушки должна быть выпуклость примерно 160-180 мм. Давление на поверхность спинки значительно меньше, чем на подушку (максимум 2,5 кПа). Для получения необходимой боковой поддержки при поворотах автомобиля поверхность подушки сиденья должна иметь несколько чашеобразную форму с боковыми выступами. Вогнутая форма чашки не подходит для опоры сиденья в автомобилях общего назначения, так как она сильно ограничивает свободу движений. Вместо этого боковая поддержка должна обеспечиваться путем создания небольшой боковой вогнутости и боковых выступов вокруг бедер и таза, т.е. примерно на уровне центра тяжести тела. Кроме того, по возможности следует предусмотреть интегрированную поддержку для головы (высокая спинка).

Эластичность подушки

Упругость подушки обозначается характеристиками статической упругости. Почти все сиденья имеют прогрессивные характеристики, т.е. подушки становятся жестче по мере увеличения нагрузки (удара, силы тяжести), что повышает эффективность поглощения вибрации. В целом, среднее значение проникновения 4,5 см можно принять для жестких спортивных сидений и 8 см для комфортных мягких сидений. В первом случае это соответствует средней жесткости c = 150 Н/см. Во втором случае c = 85 Н/см (нагрузка на подушку составляет примерно 88% от веса человека в 750 Н). Собственная частота сиденья обычно составляет 1,8-2,3 Гц. При сильном демпфировании (коэффициент демпфирования 62=3c/4t) эта частота снижается примерно до 0,8-1,2 Гц, что ниже собственной частоты автомобиля, которая обычно составляет 1-1,2 Гц. Возникновение резонансных колебаний сиденья и автомобиля возможно, но из-за сильного демпфирования они могут возникать только с небольшой амплитудой. Другие частоты возбуждения (например, из-за неровностей дороги) также могут вызывать вибрацию сиденья, которая может даже усиливаться в определенных диапазонах частот. Поэтому амплитудные и частотные характеристики сиденья и автомобиля должны быть согласованы, но влияние характеристик сиденья является доминирующим. Среднее замедление сиденья за счет демпфирования обычно составляет 1 — 1,8 при ускорении возбуждения 0,4 — 1,5 м/с2.

Люди обладают разной степенью чувствительности и по-разному реагируют на разные частоты вибрации, но вибрации в 2-3 Гц являются наименее утомительными практически для всех. Чувствительность и субъективная реакция человека во многом зависит от его характеристик, и в целом степень воздействия вибрации зависит в основном от вертикальных ускорений. При проектировании сиденья должны быть достигнуты следующие цели.

  1. Избегайте вибраций с частотой более 3 Гц.
  2. Снизить влияние ускорения и амплитуды вибрации на частотах 2-3 Гц путем увеличения демпфирования в области 2-5 Гц.
  3. Вибрации, передаваемые сиденьем, должны иметь частоту, которая значительно отличается от собственных частот человеческого тела (4-6 Гц), а также транспортного средства (1-2 Гц). Однако жесткие сиденья нежелательны из-за их низкой амортизирующей способности, поэтому собственная частота должна составлять 3 Гц.
  4. Индивидуальная амортизация сиденья смягчается за счет придания ему некоторой мягкости.
  5. Оптимальное согласование между поведением сиденья и пружин автомобиля на основе экспериментальных исследований.

Различают сиденья с пружинным креплением, которые возникли в автомобильной обивочной промышленности и используются в основном в автомобилях класса люкс из-за их высокой цены, и сиденья с пенным креплением, которые появились после разработки этих материалов (пенорезина, пенопласт) и с тех пор используются в большинстве, особенно недорогих автомобилей.

В случае пружинного матраса пружинный элемент представляет собой матрас, соответствующий форме сиденья, состоящий из комбинации зигзагообразных и спиральных пружин, которые соединены на разной высоте со стальной полосой или стальной сетчатой рамой. Комбинируя различные диаметры проволоки, зигзагообразное расположение и расположение спиральных пружин, достигается необходимое распределение давления и соответствие свойств прогиба и упругости подушки. Сила давления снижается за счет вставки гибкой прокладки из прорезиненных растительных волокон, поверх которой размещается тонкая промежуточная прокладка из пенопласта, покрытая обивочным материалом. Форма сиденья и рисунок строчки могут быть выбраны в соответствии с пожеланиями стилистов. Универсальность сиденья с пружинным каркасом делает его предпочтительным для использования в комфортной версии автомобиля. В то же время, сиденья с пружинным каркасом трудоемки в производстве, имеют высокую стоимость и большой вес. Седла с пружинной рамой обычно имеют слабо выраженные характеристики прогрессивной пружины. Демпфирующий эффект таких сидений зависит от величины и частоты возбуждающих сил, причем сиденья с поролоновой обивкой более эффективны при более высоких частотах возбуждения (выше 5 Гц).

При использовании поролоновой набивки упругий отклик и амортизационные свойства сиденья зависят от используемого материала. Конструкция сиденья в этом случае намного проще и легче. Комбинируя части герметика, изготовленные из разных толщин, пористости и, возможно, из разных материалов, можно успешно добиться желаемого распределения давления и жесткости. Когда нагрузка низкая, жесткость подушки относительно низкая; по мере увеличения нагрузки характеристики жесткости прогрессируют. Это делает сиденье относительно жестким (вибропроницаемым) при больших силах возбуждения и высоких частотах. Это можно смягчить, установив слой пены с гибким уплотнением в каркас обычного чашеобразного сиденья. Демпфирование вибрации сиденья с поролоновой подушкой обычно больше, чем сиденья с пружинной подушкой, поэтому демпфирующие свойства сиденья лучше для высоких сил возбуждения и низких частот (до 5 Гц). Поверх поролоновой набивки натягивается обивка, сшитая обычным способом, под которую можно положить тонкую, мягкую подушку. Совсем недавно был разработан метод прямого заполнения формы с текстильной подкладкой пеной; готовая обивка укладывается на каркас сиденья и крепится к нему скобами. В результате получается очень простое и недорогое сиденье, вполне приемлемое по своим свойствам. Несомненно, сочетание обеих систем набивки (пружинный каркас, пена, прорезиненная набивка из растительных волокон) является наиболее эффективным, но и самым дорогим.

Помимо размера и формы сиденья, характера распределения давления, амортизирующих свойств, другие критерии, такие как тепловые свойства и гигроскопичность при использовании (физиологическая оценка сиденья при использовании), также определяют качество сиденья. Трение тела, тепло и водяной пар, выделяемый телом, создают неблагоприятную микросреду между телом человека и сиденьем. Этому явлению можно противостоять, только используя подходящие прокладки и материалы. Популярная в настоящее время обивка из искусственной кожи особенно нежелательна в этом отношении. Измерения температуры и влажности в течение определенного периода времени показали различия между двумя вариантами обивки. Испытываемые пружинные сиденья имели тканевую обивку и обивку из прорезиненного волокна. Рельефная поверхность искусственной кожи (также с поролоновой прокладкой) позволяет уменьшить накопление тепла так же, как и натуральная кожа, которая более эффективна в этом отношении благодаря своим естественным абсорбирующим свойствам. Набивка сиденья в любом случае должна обеспечивать удовлетворительную вентиляцию при движении пассажира относительно нее. Набивка сиденья должна, с одной стороны, быть достаточно устойчивой к истиранию и, с другой стороны, иметь достаточное трение сцепления с одеждой сиденья, чтобы обеспечить удовлетворительную поддержку тела во время движения транспортного средства. Важно, чтобы трение сцепления, которое зависит от материала обивки и одежды сидящего, сохранялось как можно дольше, т.е. чтобы трение скольжения возникало как можно позже. Предпочтительно использовать грубые материалы, например, бархатные поверхности с коротким натяжением; искусственная кожа приемлема только в том случае, если она имеет грубую, похожую на замшу поверхность (однако, такая поверхность быстро загрязняется).

Помимо прочего, к современным обивочным и набивочным материалам предъявляются особые требования по воспламеняемости. Материалы должны обладать низкой горючестью и низким содержанием серы. Используемые в настоящее время композитные ткани (с нейлоном) и специально обработанные синтетические кожи отвечают этим требованиям; однако способность предотвращать образование токсичных газов при сгорании (особенно ПВХ) является проблематичной.

Довольно неприятным явлением, которого следует остерегаться в случае тканей из искусственных волокон, является образование статического электричества, которое возникает в основном из-за электростатического заряда в результате трения одежды владельца о подушку, но статическое электричество может накапливаться и на самом корпусе автомобиля (по отношению к дороге). Одежда из синтетических и композитных материалов и изолирующие материалы (например, резиновые подошвы) способствуют образованию статического электричества. Статическое электричество проявляется в виде искр (которые безвредны) при соприкосновении тела с металлическими частями автомобиля. На сегодняшний день не существует известного способа устранения этого явления. При выходе из автомобиля неизолированным гаечным ключом можно коснуться металлической части кузова и таким образом рассеять возникающее напряжение. Обивочные материалы с переплетенными металлическими нитями, используемые в США, весьма эффективны в этом отношении.

Следует помнить, что для достижения оптимальной конструкции сиденья желательно тесное сотрудничество между инженерами-конструкторами и медицинскими специалистами во время исследований и проектирования.

Необходимость правильного выравнивания ремня безопасности, когда ремень плотно прилегает к телу, постоянно меняется при регулировке положения переднего сиденья. Жесткость подушки сиденья оказывает известное влияние на выравнивание ремня безопасности. Поэтому логичнее было бы прикрепить ремень безопасности к раме сиденья. Но тогда проблема автоматической установки ремня будет еще более сложной. Кроме того, каркас сиденья и механизм регулировки должны выдерживать очень высокие нагрузки при столкновении. Приемлемым компромиссом является прикрепление замка ремня к сиденью. Пример удерживающего устройства, которое срабатывает под воздействием нагрузки на сиденье. Панель отдыха с мягкой обивкой убирается с помощью гидравлической системы. Чтобы предотвратить опасное подпрыгивание водителя под рулевым колесом, накладка предназначена для одновременной защиты коленей. Ограничительная подушка крепится к раме сиденья вместе с механизмом, который приводит ее в действие. Нет необходимости регулировать положение коленной подушки, так как колени более или менее одинаковы для людей разного роста.

Проблема того, насколько легко людям разного роста управлять передним сиденьем (доступность органов управления, пристегивание ремней безопасности и т.д.), которая всегда является компромиссом, ставит вопрос о поиске оптимального решения. Вопреки обычным правилам, т.е. жестко зафиксировав сиденье и отрегулировав положение органов управления и рулевого колеса, можно найти оптимальное решение.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector