汽車輕量化正在改變乘用車車輛座椅的要求。智能設(shè)計(jì)，最新制造工藝和輕質(zhì)材料在每個(gè)座椅組件中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。雖然目前大批量生產(chǎn)的座椅結(jié)構(gòu)仍主要由鋼制成，但輕質(zhì)金屬（如鋁）以及復(fù)合材料（如CFRP）長(zhǎng)期以來(lái)一直在創(chuàng)新項(xiàng)目中占有一席之地。江森自控對(duì)材料解決方案進(jìn)行了比較，旨在使其系列生產(chǎn)座椅中使用的輕量化設(shè)計(jì)組件數(shù)量在15年內(nèi)翻倍。
汽車座椅的設(shè)計(jì)趨勢(shì)
座椅設(shè)計(jì)師面臨的挑戰(zhàn)從未如此多樣化：輕量化設(shè)計(jì)，自動(dòng)駕駛，電氣化和定制化的大趨勢(shì)正在擴(kuò)展當(dāng)前和未來(lái)車輛座椅的規(guī)格表。座椅越來(lái)越多地被要求成為多功能組件，為用戶提供廣泛的個(gè)人舒適選擇，車輛系統(tǒng)的數(shù)字連接以及先進(jìn)的安全技術(shù)。
此外，空間和造型自由的因素，以及使汽車制造商能夠從競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出的最終客戶的定制選項(xiàng)，將在車輛內(nèi)飾的未來(lái)發(fā)揮重要作用。此外，汽車企業(yè)要求其座椅供應(yīng)商提供適合全球平臺(tái)戰(zhàn)略的解決方案。
江森自控現(xiàn)在設(shè)定10公斤作為其總重量目標(biāo)，并將在未來(lái)的發(fā)展階段使用它。例如，到2020年，通常配備的前座椅結(jié)構(gòu)的重量明顯小于10千克。這主要意味著在座椅制造中采用更輕量的部件。事實(shí)上，江森自控預(yù)計(jì)，為了遵守歐盟關(guān)于二氧化碳排放的限制性規(guī)定，到2030年，由輕質(zhì)設(shè)計(jì)材料制成的座椅模塊比例將增加三分之二。相對(duì)于今天，這代表了百分比的完全翻倍。
鋼材適合規(guī)模化座椅骨架的選材
目前江森自控使用的汽車座椅材料組合主要包括各種質(zhì)量的鋼、塑料和復(fù)合材料。一般而言，用于大批量車輛制造的座椅結(jié)構(gòu)主要由鋼制成，塑料和復(fù)合材料僅用于非承重部件，例如飾面和面板。
江森自控的產(chǎn)品集團(tuán)Recaro Automotive Seating卻對(duì)這些材料有不同的使用。該公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)用于專業(yè)和半專業(yè)賽車的純纖維增強(qiáng)塑料座椅已有40多年的歷史。其由玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP）或碳纖維增強(qiáng)塑料（CFRP）制成的單件式賽車外殼具有顯著的重量?jī)?yōu)勢(shì)：Gran Turismo（GT），旅行車和俱樂部賽車的常規(guī)賽車外殼僅重6或7千克，而專業(yè)賽車外殼符合最高安全要求的同時(shí)，重量不超過(guò)15公斤。Recaro賽車外殼符合最嚴(yán)格的碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示，在堅(jiān)固性和保護(hù)性方面同時(shí)符合人體工程學(xué)。
鋼應(yīng)用于座椅的優(yōu)勢(shì)
鋼鐵也將繼續(xù)在這條道路上發(fā)揮決定性作用。最重要的是，對(duì)于車輛座椅結(jié)構(gòu)必不可少的特性組合可能使鋼材在中長(zhǎng)期內(nèi)不可或缺。這里應(yīng)該介紹四個(gè)鋼的優(yōu)勢(shì)例子。
· 可用性和成本：目前，例如，由重量為1kg的CFRP制成的部件比一公斤鋼的價(jià)格貴約百倍。此外，CFRP的生產(chǎn)能力以及全球供應(yīng)商的數(shù)量仍然有限。 同樣，鋼板的成本約為鋁板的5倍，比鎂板的成本低2至3倍。在這兩種情況下，制造業(yè)都更加復(fù)雜，能源需求也更大。
· 安全性：在發(fā)生碰撞時(shí)，座椅結(jié)構(gòu)內(nèi)的承重部件必須在特定方式的高負(fù)荷下變形并吸收沖擊能量，鋼材是最佳的滿足要求的材料，特別是在高溫下超強(qiáng)的品質(zhì)。這尤其適用于座椅與車輛的接口，應(yīng)用于座椅下部結(jié)構(gòu)中，但也適用于座椅靠背調(diào)節(jié)器，其將座椅靠背連接至下部結(jié)構(gòu)。當(dāng)受到靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷時(shí)，由鎂，鋁和非增強(qiáng)塑料制成的部件與鋼的行為不同。當(dāng)過(guò)載時(shí)，它們的失效是突然的，而在高溫或低溫時(shí)它們表現(xiàn)出明顯不同的特性。
· 耐久性：與塑料相比，鋼不僅在負(fù)載下具有顯著更長(zhǎng)的壽命，而且對(duì)極端溫度的反應(yīng)更不敏感。
· 產(chǎn)品開發(fā)便利性：為了采用有效的測(cè)試和模擬過(guò)程，座椅設(shè)計(jì)者需要使用材料的度量和參數(shù)。對(duì)于每種鋼材質(zhì)量，都有具有標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)的綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)際上，鋼管材料數(shù)據(jù)庫(kù)已在江森自控內(nèi)部維護(hù)多年，并通過(guò)大量相關(guān)性研究不斷補(bǔ)充和完善。但復(fù)合材料技術(shù)指標(biāo)的才剛剛開始，諸如設(shè)計(jì)仿真的材料本構(gòu)模型卡很少，江森自控已經(jīng)創(chuàng)建了許多自己的數(shù)據(jù)庫(kù)，但仍然不能滿足要求。此外，在德國(guó)凱澤斯勞滕的復(fù)合材料中心，正在研究材料特定的產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程，目的是對(duì)開發(fā)過(guò)程的設(shè)計(jì)和模擬元素進(jìn)行徹底的標(biāo)準(zhǔn)化。
除了鋼鐵提供的這四個(gè)優(yōu)勢(shì)示例外，在標(biāo)準(zhǔn)化，大批量生產(chǎn)工藝，質(zhì)量保證方面，尤其是大批量生產(chǎn)，可回收性和二氧化碳足跡方面，它也優(yōu)于復(fù)合材料和大多數(shù)其他金屬。
汽車座椅理想的解決方案：混合材料
作為完整座椅的開發(fā)商和供應(yīng)商，江森自控正在該領(lǐng)域制定明確的戰(zhàn)略路線圖。一方面，在重量，空間要求，功能增強(qiáng)和定制方面不斷改進(jìn)現(xiàn)有車輛內(nèi)飾的座椅。另一方面，該公司的座椅設(shè)計(jì)師正在為這種可能性做準(zhǔn)備：通過(guò)引入全新技術(shù)、"智能"機(jī)制和具有集成功能的系統(tǒng)，未來(lái)的移動(dòng)方法作為駕駛員和車輛之間的關(guān)鍵接口，可能從根本上改變車輛的性質(zhì)從而也可以改變車輛座椅。
由于出色的重量?jī)?yōu)勢(shì)，復(fù)合材料和輕質(zhì)金屬將在兩個(gè)戰(zhàn)略領(lǐng)域與鋼鐵一起發(fā)揮核心作用。這里的理想解決方案在于結(jié)合最好的材料 - 采用混合結(jié)構(gòu)，在座椅的正確位置采用合適的材料。為此，江森自控已經(jīng)開發(fā)出三種具體的解決方案。
Camisma項(xiàng)目（基于碳纖維、中間纖維和金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組件采用多材料系統(tǒng)方法）專注于開發(fā)多材料系統(tǒng)大批量生產(chǎn)。圖2所示的座椅靠背結(jié)構(gòu)將鋼，GFRP，CFRP羊毛和連續(xù)CFRP細(xì)絲的熱塑性條帶組合成多層結(jié)構(gòu)。與由金屬制成的座椅靠背相比，這種背部結(jié)構(gòu)提供了相同的安全性，但重量減輕了40％。此外，它可以高效地使用昂貴的CFRP，因?yàn)镃FRP廢料從50％降低到5％以下。由在原型模具上鑄造的部件組成的座椅靠背在環(huán)境溫度下通過(guò)了所有必需的碰撞測(cè)試（例如，后部碰撞保護(hù)，防止移位的貨物等）。
江森自控團(tuán)隊(duì)目前正致力于設(shè)計(jì)采用層壓和涂料的座椅結(jié)構(gòu)的A級(jí)表面。因此創(chuàng)建了一系列的應(yīng)用條件。然而，存在的缺點(diǎn)是：開始大批量生產(chǎn)將需要在流程鏈中進(jìn)行大量新投資。
鋁和鋼
江森自控的定制混合管輕量化設(shè)計(jì)項(xiàng)目研究重點(diǎn)的是一種由和鋁制成的復(fù)合材料，如圖3所示。探討了利用鋁與鋼結(jié)合的重量?jī)?yōu)勢(shì)來(lái)生產(chǎn)空心零件的可能性。這些管子采用液壓成型工藝成型，而激光焊接在鋁和鋼之間提供了耐用接縫。由于管子可以根據(jù)特定的座椅型號(hào)進(jìn)行定制，因此該過(guò)程將會(huì)節(jié)省大量材料。
在靠背組件堅(jiān)固的承重設(shè)計(jì)方面也開辟了一些非常有吸引力的造型選擇。在設(shè)計(jì)座椅的概念模型時(shí)，江森自控通過(guò)使用凹形輪廓而采用視覺上輕量化的設(shè)計(jì)。座椅靠背背面具有向內(nèi)彎曲表面的超薄框架，旨在為后排乘客提供異常寬敞的腿部空間，同時(shí)顯著增加存放空間并增強(qiáng)用戶舒適度。
CFRP和鋼鐵
Recaro運(yùn)動(dòng)座椅平臺(tái)（RSSP）是江森自控針對(duì)輕量級(jí)設(shè)計(jì)和定制的大趨勢(shì)的目標(biāo)響應(yīng)。Recaro汽車座椅產(chǎn)品組因此遵循其OEM客戶的平臺(tái)戰(zhàn)略，將該平臺(tái)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移到運(yùn)動(dòng)座椅，并允許客戶選擇完整的座椅解決方案或?qū)SSP輕量級(jí)設(shè)計(jì)座椅改裝回現(xiàn)有座椅子。由于Recaro與江森自控的全球生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，Recaro能夠確保全球可用性。RSSP的創(chuàng)新性質(zhì)在于承重結(jié)構(gòu)與座椅靠背內(nèi)的設(shè)計(jì)外殼的分離。這允許原始設(shè)備客戶根據(jù)他們自己的造型規(guī)格定制座椅，同時(shí)受益于公共部件的使用。該解決方案的另一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)是其無(wú)可挑剔的典型Recaro人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，通過(guò)靠背輪廓實(shí)現(xiàn)最佳地圍繞并支撐乘客的背部，圖4.更重要的是RSSP重量輕，盡管有更嚴(yán)格的安全要求：承重靠背結(jié)構(gòu)主要由CFRP材料組成，而座椅外殼則采用高強(qiáng)度鋼和所謂的有機(jī)板制造。
RSSP座椅靠背比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高金屬內(nèi)座椅靠背結(jié)構(gòu)厚約60毫米，輕40％。這些高度節(jié)省的成果源于江森自控產(chǎn)品組合中輕質(zhì)設(shè)計(jì)材料，材料設(shè)計(jì)和高性能座椅靠背調(diào)節(jié)器的智能組合。 同時(shí)，RSSP滿足當(dāng)前最高的后部和正面碰撞要求。
