Сиденья — это, пожалуй, самая недооцененная часть автомобиля. Мы любим сидеть с комфортом, но мало понимаем, как они работают. Если бы это было так, мы бы не использовали такой примитивный жаргон, как «мебель» или «стулья». Иногда под непрозрачной обивкой скрывается замысловатый дизайн, инженерный и технологический шедевр. Поскольку это очень дорогой и тяжелый компонент автомобиля, ему уделяется гораздо больше внимания при проектировании и производстве, чем в рекламе или журналистском отчете о тест-драйве.
Сиденья в Volvo XC90 показывают, как нечто, воспринимаемое как единое целое, оказывается сложной конструкцией из множества деталей.
Сиденья, которые занимают большую часть интерьера, чрезвычайно важны для дизайнеров. А для водителя сиденье является основным каналом физического контакта с автомобилем: треть поверхности тела находится в контакте с ним. Европейские исследования показывают, что средний водитель проводит в автомобиле около 22 000 часов в течение своей жизни. Хотя очень плохие сиденья сегодня редкость, около 75% водителей в той или иной степени жалуются на проблемы со спиной. Добавьте к этому боль в шее, нарушение кровообращения, преждевременную усталость….. Потеря концентрации является причиной одной трети серьезных автомобильных аварий в Европе. А вы говорите «стулья».
Конструкция сидений
Конструкция сиденья на металлических пружинах, типичная для начала 20 века, показана в американском седане Essex 1927 года.
Хотя все началось с мебельных технологий. Самоходные кареты до начала XX века оснащались пружинными сиденьями а-ля бабушкин диван: набор витых металлических пружин был обтянут кожей с небольшой мягкой подушечкой. С 1900 года этот особый слой был усовершенствован, в нем использовались натуральные волокна от шерсти животных до кокосовой нити, также прорезиненные. В 1930-х годах в продаже появилась пена — первоначально латексная. Это сделало сиденья дешевле, чем сиденья на пружинах. С 1960 года вспененный полиуретан с различными производными стал еще более доступным в автомобильной промышленности.
Во-первых, это красиво… Примерно до 70-х годов кресла рассматривались в первую очередь как предмет искусства и проектировались в соответствии с собственными представлениями.
Примерно до 30 лет назад считалось, что лучшие автомобильные сиденья сочетают в себе пружинный каркас и оболочку из формованной пены, но экономические соображения свели на нет «диванные» конструкции к началу 1990-х гг. Сегодня пружины в сиденьях сохранились, но были упрощены до S-образной проволоки в качестве незаметной опоры для пены.
Спортивные сиденья
В спортивных сиденьях Pontiac GTO конца 1960-х годов упрощенные, но все же развитые пружины поддерживают поролоновый наполнитель, который играет важную роль в формировании формы. Основой в каждом случае является рама, изготовленная из металла или композитных материалов. За последние десятилетия его прочность многократно возросла — в первую очередь в результате повышения требований к пассивной безопасности. Сиденья теперь фиксируются как минимум замками ремней безопасности и даже надувными подушками, а сами сиденья также подвергаются различным испытаниям на прочность. Эти стандарты и разработка научного подхода к проектированию стандартных сидений практически убили рынок тюнинговых сидений. Даже знаменитая компания Recaro, которая начинала с них, уже около десяти лет не производит сама гражданские автокресла, а лишь «торгует именем» на стороне.
Сиденья в Volvo XC90 имеют встроенные деформируемые элементы, которые могут на треть снизить нагрузку на позвоночник в случае вертикального удара — например, после падения автомобиля с высоты.
Профессиональная оценка мест проводится двумя способами. Первоначальное восприятие статично, в первые 10-15 секунд после того, как вы сели в кресло, как если бы вы были покупателем в автосалоне. Мешает ли он сидеть? Насколько он прочен? Сжимается ли он? Хорошо ли он держит вас? И прежде всего, как распределяются реактивные силы, вызванные давлением человеческого тела на обивку? Проще говоря, каков начальный рельеф или «профиль» сиденья, который так часто упоминается в наших тестах?
Volvo 144, конец 1960-х годов Подголовники и трехточечные ремни заставили признать сиденья важным элементом безопасности, изменив подходы к проектированию.
Кроме того, существует компиляция динамического комфорта в течение как минимум часа или двух пути. В дополнение ко всем этим факторам — а восприятие этих факторов может меняться во время поездки — добавляется то, как сиденье поглощает широкий спектр вибраций. В конце концов, триумвират шин, шасси и сидений отвечает не только за плавность хода автомобиля.
Как устроены автомобильные сиденья
С научной точки зрения это означает, что каркас, упругие компоненты и пена, вместе и по отдельности, должны избегать резонансов в самом неприятном диапазоне частот от четырех до восьми герц. Резонансы на частотах от 0,1 до 0,6 Гц вызывают укачивание — помните дедушкину «Волгу»? Отказ от рам на витковых пружинах существенно облегчил жизнь людям со слабым вестибулярным аппаратом. Собственные частоты современных сидений намного выше. Их не следует делать слишком жесткими, чтобы избежать передачи вибраций.
Современные кресла имеют прочные каркасы, минимум пружин и максимум поролона. Слева — сиденья от «пятого» Golf, а справа — адаптивные сиденья от Mercedes SL 2012 года с верхним слоем из прорезиненного волокна, который подстраивается под форму тела, и подачей теплого воздуха к шее.
Как создать идеальное сиденье?
Только через два-три десятилетия можно было заметить значительный эффект в производственном процессе, хотя и не везде. Но сейчас нет недостатка в данных, и никто не оперирует догадками или правилами. Многочисленные исследования иногда даже противоречат друг другу. Включая самый важный — как нагрузка от тела должна распределяться на сиденье.
Седан Volvo Amazon 1964 года выпуска был первым автомобилем с регулируемой поясничной поддержкой. Именно в поясничном отделе происходит максимальная нагрузка на спину, поэтому так важно иметь возможность отрегулировать его в соответствии с индивидуальными особенностями сидящего.
Меньшинство исследователей считают, что достаточно, чтобы сиденье было мягким, как в старых французских автомобилях. Большинство утверждает, что жесткость должна быть разной, потому что разные части тела по-разному переносят нагрузки. Можно уменьшить давление на чувствительные ткани, сделав сиденье более плотным в местах соприкосновения с наиболее твердыми частями тела. Это ягодицы под так называемым радикулитом и поясничная область в спине.
Форма и жесткость сидений для автомобиля
Форма и жесткость сиденья строится в виде эпикуры — карты нагрузки. Чем краснее область, тем выше удельное давление. Чрезмерное давление тканей влияет на нервы, вызывая дискомфорт или боль, и затрудняет кровоток в крупных сосудах.
Угол между подушкой и спинкой должен быть выбран таким образом, чтобы человек не «скользил» по подушке, так как это может привести к давлению на нижнюю часть тела и сдвигу тканей. Во время длительной поездки пассажиры кабины должны иметь возможность менять позу без существенного изменения карты давления. В наиболее удобной позе каждый сустав находится примерно в середине своего диапазона вращения. Все расчеты основаны на центре тазобедренного сустава, так называемой точке H (от hip-point, но некоторые инженеры используют R-индекс).
О задних сиденьях мы поговорим в другой раз, но там действуют те же законы, что и на передних сиденьях. Недостаток места для толстых комфортных подушек и их пружин является основной проблемой дизайна. На фотографии — поперечное сечение второго ряда сидений кроссовера Skoda Kodiaq.
Каркас задних спинок сидений должен быть значительно усилен, так как во многих случаях к ним крепится верхняя точка ремня безопасности среднего пассажира.
При этом учитывалось, что под весом тела обивка деформируется в среднем на 4-5 см. В очень мягких сиденьях он деформируется примерно на восемь сантиметров. Комфорт сиденья зависит от его высоты, т.е. от положения точки H над полом кузова. Проблема в том, что все люди разные. Только подумайте о проценте тучных людей в США или о статистически низком среднем росте китайцев.
Традиционный диапазон между так называемым пятым женским процентилем (рост дамы составляет около 153 см) и 95-м мужским процентилем (187 см) варьируется от рынка к рынку. И даже в этом диапазоне только 90% клиентов остаются довольны. Вы должны выбрать, для кого в основном построен автомобиль, потому что даже миллион регулировок не компенсируют различия в конструкции кузова. А сиденье должно не только вмещать и удобно сидеть, но и защищать тело.
«Адаптивное» сиденье в седане Cadillac Seville STS (1998-2001) заставляет десять подушек безопасности надуваться при запуске двигателя. Компьютер проверял наполненность каждого из них каждые четыре минуты. Аналогичная система была установлена на заднем сиденье лимузина президента США.
Есть также данные о том, что люди растут: за каждые десять лет американцы и европейцы вырастают на один сантиметр. Поэтому неудивительно, что диапазоны продольной регулировки передних сидений, которые раньше по стандартам DIN составляли не менее 160 мм, теперь иногда достигают почти 300 мм. Высота хода вилки обычно составляет 60-70 мм.
Последним серийно выпускаемым легковым автомобилем с цельным передним сиденьем является Chevrolet Impala 2012 года. Это был один из вариантов.
Отдельная история — микроклимат. Поскольку треть нашего тела находится в контакте с сиденьем, его роль в обеспечении теплового комфорта огромна. Оптимальной считается температура поверхности 23ºC в любое время дня и года. Неудивительно, что подогрев сидений был доступен в качестве опции для автомобилей Cadillac уже в 1966 году. Но теплопередача — это двусторонний процесс. Обивка должна поглощать около 75 Вт/м² тепловой энергии человеческого тела. Проще говоря, он должен пропускать воздух и пот.
Помимо дополнительных чехлов с автомобильного рынка, худшим вариантом в этом отношении является обивка из искусственной кожи. Натуральных мало, но они «дышат». — хотя желательно подавать их с глубокой текстурой, чтобы обеспечить микродренаж. В любом случае, формовочная пена должна быть плотной, поскольку при сжатии более чем на 80% она становится практически непроницаемой.
Дешевые решения устройства автомобильных сидений
Сиденье в легковом автомобиле Ford 2007 года выпуска интересно как пример типичного недорогого решения. Обивка натягивается непосредственно на пену, без промежуточных слоев. Но он экологически чистый — соя, вместо пенополиуретана, получаемого из нефтяного сырья.
Однако даже самая дешевая ткань лучше. Кожаная обивка может сравниться с ней по эффективности теплоотдачи только с помощью дорогой перфорации и еще более дорогой вентиляции. Как правило, вентиляторы работают на «вытяжку». Это стало традицией с 1997 года, когда подобная система дебютировала в Saab 9-5. Сиденья, скорее всего, будут оснащены более экономичными небольшими тепловыми насосами, которые используют принцип кондиционера — извлечение или выделение тепла при изменении состояния хладагента.
Сиденья часто представляются маркетингом как нечто новое и уникальное. Но сиденья Nissan Gravity Seats в кроссовере Murano (слева) или сиденья с «поддержкой таза» в Mazda 3 конструктивно не являются оригинальными. Это просто улучшенная карта давления.
Современные тенденции включают максимальную персонализацию с помощью индивидуальных подушек, как это уже давно делается в автоспорте и индустрии спортивных автомобилей. В то время как Ferrari уже давно продает три размера сидений для дорожных автомобилей, Porsche уже предлагает индивидуально отлитые «ковши» с тремя степенями жесткости для трековых версий моделей 911 и 718.
Сиденья — ковши
Porsche обещает индивидуально отлитые «ковши» для дорожного использования с мая 2021 года. Концепция Lexus Kinetic Seat задает важную тенденцию к облегчению конструкции, поскольку только стандартное сиденье содержит не менее восьми килограммов пенопласта.
В автомобилях массового производства стараются увеличить количество регулировок. Рекордсменом является марка Lincoln, которая по состоянию на 2017 год предлагает сиденья с 15 вариантами регулировки, включая индивидуальное изменение длины и наклона каждой подушки бедер. В американской терминологии, подразумевающей, что все размеры можно изменять в двух направлениях, они называются 30- регулируемыми сиденьями.
Опциональные сиденья Perfect Position в седане Lincoln Continental позволяют индивидуально регулировать вылет и высоту правой и левой передних подушек в области поддержки бедер. По статистике, мужчины, подростки и стройные люди, помимо всего прочего, менее привередливы к сиденьям.
Массаж никого не удивляет, он даже предлагается для пикапов Ford F-150. Простые датчики, встроенные в сиденья, скоро смогут отслеживать пульс водителя и предупреждать, если он теряет бдительность. Усовершенствованные датчики нагрузки на сиденье, которые отслеживают «карту» давления пассажира на обивку, также, вероятно, будут запущены в производство. Это полезно не только для оптимизации регулировки самого сиденья, но и для настройки систем активной безопасности. И даже для противоугонных систем! Так что очень скоро на приборной панели можно будет прочитать что-то вроде «Ваш радикулит распознан, счастливого пути».
Источник: drive.ru
