镁在座椅

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汽车座椅系统是汽车内饰中重要的零部件之一,可以支撑乘客坐姿,定位乘客,使乘客能够舒适有效的控制车辆,座椅系统能够保护乘客,提供驾乘舒适性,防止乘客无意识的滑移,事故发生时阻止乘客移动。


通常情况下,汽车座椅由骨架,泡沫,面套,头枕,塑料件组成,在基本的座椅功能基础上,可以增加加热,通风,按摩,腿托等扩展功能。


前排座椅通常是单人座椅,根据可调节的方向,通常有4向,6向,8向甚至更复杂的座椅功能配置,根据驱动方式,又分为手动,电动座椅等。


后排座椅座框通常是一体结构,有些与车身一体。靠背结构分为5-5分,4-6分,4-2-4分结构,常见的有管式结构,管板结构,板板结构。


客车座椅通常只有靠背角度可调,外侧座椅的横向移动可调,当然,很多定制化的车型,座椅配置也可以更加丰富。


乘用车汽车座椅规范依据GB 15083,GB 14167等,客车座椅骨架规范依据GB 13057等执行,除了国标的强制性规范外,很多主机厂都有系统的座椅标准,比如福特的SDS,日产的NDS等,针对不同的主机厂,开发的要求也是不尽相同。


座椅结构


乘用车座椅运动示意


随着国家对环保要求越来越高,《节能与新能源汽车技术路线图》的发布,汽车轻量化成为高度关注的发展方向。轻量化汽车座椅骨架也势在必行。


镁合金密度小,比强度高,消震性好,应用到汽车座椅,减重优势明显,镁合金结构设计灵活,可满足不同的客户的产品要求。


镁合金应用在座椅骨架有效减轻骨架重量,有良好的强度和刚度,耐疲劳性好,集成化设计有利于减少加工过程,可以减少加工过程对环境的重复污染。


在轻量化的大趋势下,座椅的轻量化工程师也在寻找可以减轻整椅重量的方法和材料,座椅骨架占整椅重量的绝对比重,所以减轻骨架重量是减轻座椅重量的有效方式。


镁合金作为最轻的结构材料,也受到了客户格外的兴趣。


镁合金应在乘用车的前后排,公交车座椅,大巴车及公交座椅骨架等都已展开镁合金应用的开发研究。


在欧洲,阿尔法·罗密欧已开发镁合金座椅骨架,用于减重和改善座椅的抗冲击性,使用镁合金压铸成型座椅靠背,戴姆勒·克莱斯勒在其500 SEL Roadster上应用镁合金压铸座椅靠背和座框,Chevrolet Corvette C7,Hyundai Azera,Genesis coupe/Sedan已经在应用镁合金作为座椅的框架。


国内的镁合金座椅框架研究也陆续在展开,延锋安道拓,佛吉亚等座椅公司都已经取得了一些研究成果,并且开始在项目中批量应用。

阿尔法·罗密欧座椅


DC 500 SEL Roadster座椅


Hyundai Genesis coupe座椅


压铸镁合金零件应用在前排座椅骨架,主要是将靠背和座框集成化设计。


靠背的集成化设计是将钢制座椅靠背的上横版,下横版,左壁板,右壁板的冲压及焊接总成件集成为一个压铸镁合金零件,座框的集成化设计是将座框左壁板,右壁板,前座盆集成化设计,不仅减轻了产品的重量,而且减少了制造过程。


座椅靠背,座框(钢材)


       座椅靠背,座框(镁合金)



镁合金靠背相比钢材靠背减重1.068Kg,减重比47.7%,镁合金座框相比钢材靠背减重1.077Kg,减重比44.2%。


除了常规乘用车的镁合金座椅骨架之外,为满足新能源汽车及低速电动的发展要求,市场也需求轻量化和薄型化得座椅骨架得研发。

低速电动车座椅骨架


薄型化座椅骨架



镁合金在乘用车后排座椅中的应用已经有一些实例,Ford_Explorer第三排座椅靠背就应用了压铸镁合金零部件。


对于镁合金的后排座椅骨架,国内还处于研究探索阶段,基本没有量产的产品。除了压铸的座椅零件设计之外,也有用镁合金挤压管设计的镁合金后排座椅骨架的研究。

Ford_Explorer镁合金靠背



镁合金压铸后排座椅骨架概念方案



镁合金挤压后排座椅骨架概念方案



除了座椅骨架之外,还有座椅的支撑支架也用镁合金零部件代替以前的钢制框架,既可以满足座椅的高度提升需求,零部件减重51%,同时提升了座椅的模态,座椅舒适性也相应提升。

某项目座椅支撑支架



某项目座椅支撑支架



镁合金在大巴车上和公交车上的应用研究也越来越多,近两年来,客车主机厂及座椅厂家对镁合金应用在也是格外关注,类似的研究开发也是越来越多,但受制于成本和风险控制的影响,只有极少的应用,大部分都停留在研究阶段。


从目前的研究数据来看,大巴车的座椅骨架应用镁合金材料,每组座椅可实现7.5Kg左右的减重,减重比43%左右,如果按37座的大巴车计算,每台车可实现减重138Kg。


镁合金在公交车座椅骨架上的应用,每组座椅可实现减重4.5Kg,减重比38.5%左右。

某公交座椅骨架


大巴车座椅骨架概念方案



镁合金应用在座椅骨架上,可以减轻整椅的重量,刚度好,提升产品模态,具有良好减震性能,耐久性、高低温循环性能也已经被验证通过,但是镁合金的一些不可忽视的问题也不能轻视,镁合金和异种金属材料接触的电位腐蚀问题,镁合金材料强度和延伸率低,可选用的材料牌号很少,材料呈脆性,变形量小,产品成本高,基础研究的资料缺失等问题都是制约镁合金应用发展的短板。


从近些年,国家倡导节能减排,汽车轻量化呼声高涨,镁合金以其出众的优势得到了大家的广泛关注,2018轻量化材料发展路线图中也明确指出2030年中国单车镁合金达到45Kg,要比目前的单车用量提升约3倍。


镁合金材料作为轻量化的一种,要在超高强钢,复合材料,铝合金,炭纤维等都具有一定潜在应用的材料中脱颖而出,新材料的研究和应用,工艺稳定性控制,表面处理技术,连接技术都需要有所突破,适度且稳健的产品创新和工艺革新,加工方法与设备的能力提升,优化制造加工过程和成本控制都是对镁合金行业从业者的挑战。


相信在高校研究工作者和产业应用者共同的努力下,镁合金材料和产品技术会在一定时间取得一定突破,实现成本降低,在轻量化材料的竞争中取得应属于镁合金当仁不让的应用范畴。


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本文作者2019-5-11 10:46
镁途
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