在希迈商务咨询（上海）有限公司主理的第三届中国国际汽车座椅峰会暨展览2021的汽车座椅舒适性论坛上，长春富维安道拓汽车饰件系统有限公司创新经理战磊以“汽车座椅轻量化技能研究”为主题揭橥了精彩演讲。
汽车座椅轻量化研究背景
同行们一贯都在努力朝着汽车轻量化方向发展，尤其近年电动车的发展更是推动了汽车轻量化技能的发展。
整车重量如果能够降落，很显然全体油耗目标是能够达到的，到2025年旁边全国的油耗目标将会达到4升旁边，这个哀求是也是碳达峰、碳中和的哀求。
电动车的发展在极速推进轻量化进程，个中最大一个问题便是电动车运用的两大焦虑，一个是充电焦虑，一个是续航里程焦虑。一些汽车工业协会统计，如果纯电动车能够减少100公斤，续航里程就能提升10%-11%。这也是为什么要做轻量化的主要缘故原由。
再看一下干系统计，不同车系包括日系、美系、德系、国产车，主司机座椅的重量基本上都是25公斤旁边，做来做去都是这样的水平，没有做得更好的一个吗？以是大家也在不断寻求减重方案。
我们做了一下统计，目前在全体汽车大的零部件中，座椅的重量基本上前后排加起来能够占到7%，随着未来汽车座椅功能的繁芜化，恐怕这个占比还会增加。
我们统计了一下近几年汽车座椅方面轻量化技能专利的情形，可以看出，从2011年开始，每年有大量专利申请，到2019年这个水平已经很高了。这解释在轻量化技能方面能看到大家始终如一的努力，也形成了一个热点。
看一下全体汽车发展进程，从最早1886年早期奔驰的第一辆车涌现，一贯发展到现在的迈巴赫，不同年代有一些代表性的车型。全体座椅从最初非常大略到现在功能不断增加，迈巴赫的功能已经拓展了很多。
由于舒适性、用户体验对功能性的需求不断增加，全体座椅的重量哀求又是不断减少，这便是一个很大的抵牾。大家比较期望的是，如果是一个大型SUV车或者MPV车，全体座椅的不断变革可以知足不同的需求。尤其未来智能化、网联化、电动化方面还会不断增加座椅的重量。如果汽车可以翱翔，全体汽车包括座椅的轻量化就更为必要了。
汽车座椅轻量化技能——构造轻量化从轻量化策略来看，包含了五个大的方面：条件轻量化、方案轻量化、材料轻量化、形状轻量化、制造轻量化。
从重量本钱函数曲线可以看到，做轻量化技能过程中并不是说一味地做的越轻越省材料，全体座椅的本钱就一定会降落。低到一定程度还会连续反弹，意味着可能轻量化技能、工艺越做可能终极给座椅带来的反而还是本钱的增加。
从前排座椅和后排座椅范例爆炸图能够看到，目前全体座椅紧张便是这几大部件：座椅骨架、座椅泡沫、护面、塑料件以及一些电气零件组成了座椅。
我们做了一下统计，实际上骨架占的重量最高，基本上前排能够达到65%，剩下的是塑料件、泡沫、护面、头枕，核心件占比还是非常大，包含电机、调角器、滑轨等一系列核心件。
从座椅轻量化技能来看，座椅比较适用三大类，第一是构造优化；第二是材料轻量化；第三是前辈工艺。对付详细产品，座椅骨架、核心件、面套、泡沫、材料件等更适宜于材料的轻量化，骨架本身比较适用一些前辈工艺轻量化。
前排座椅骨架轻量化，如果想做得更轻量化，紧张是把一些冲压件改成管件乃至是钢丝件焊接。由于全体座椅受力往后，呈现的力矩会是一个三角形，意味着调角器的部位受力最大，改为管件构造是一种思路。
后排座椅骨架轻量化，早期由于安全固定点等设计哀求较高，都会哀求在座椅后部有一个比较大的钢板，在进行构造优化的时候，取消大钢能降本钱，还能用钢丝替代，减轻重量。
泡沫方面，在聚氨酯泡沫尤其是后排座椅坐垫，由于H点设计，泡沫做得都非常厚，如何进行减重呢？一样平常可以采取底下多孔的设计减轻重量。还有便是雷克萨斯早期开拓了一款座椅，利用镂空设计使得全体座椅更轻。
还有一种构造轻量化比较常用的是拓扑优化，首先假想没有座椅，对后排座椅进行最苛刻的实验，行李箱冲击实验，看什么情形下能够知足这样的实验。在优化结果条件下，可以最大限度减少材料的利用，终极实现座椅轻量化方案。
工艺方面也能够使骨架轻量化，原来的设计一样平常通过铆接技能，尤其是滑轨上支架和滑轨之间的连接，现在常用是八个铆钉的办法，为了知足铆接空间和强度，全体滑轨上支架也会做得非常大。从2016年开始，激光焊接技能逐渐在座椅上遍及，现在从铆接构造变成了激光焊接办法。
全体滑轨上支架变得非常小，用激光焊接很随意马虎焊得非常牢，减重比例超过了50%，实际上座椅如果能够减掉700-800克，两支座椅能减1点多公斤，对整车也是一个很大的贡献。
汽车座椅轻量化技能——材料轻量化目前座椅运用的材料紧张包含几类：高强钢、镁合金、铝合金、工程塑料、碳纤维和发泡材料。
高强钢基本上有三个区间：普通钢、高强钢、超高强钢。高强钢大多是指超高强钢，尤其在座椅靠背和坐垫骨架，很多材料已经运用非常广泛了，基本上能够把原来的2毫米、1.8毫米降到现在的1.2毫米，乃至有些座椅厂能够把座椅靠背及坐垫壁板厚度降到1.0毫米。比起传统的低强度钢板，其前排、后排减重比例基本上达到10%-15%。超高强钢运用的紧张思路是原来用410钢材，现在用SC500/780DP材料，目前靠背侧板最薄可以做到0.8毫米。
在高强钢运用过程中也创造了一些问题，个中最大的问题是高强钢强度和延伸率的关系，随着强度增加，其延伸率逐渐降落。带来的最大问题是冷成形能力变得很差，尤其是深冲后钢板会开裂，曾经碰着780或980钢板做滑轨，钢板上只要有一条划痕，在零件冲压结束后，搬运过程中轻微受到一些碰撞，就沿着划痕直接开裂。
这个问题非常常见，而且之前的钢板也是国际有名企业，近几年随着宝钢扎钢水平的提高，目前像QP钢、CP钢逐渐替代DP钢，以是说现在超高强钢的运用范围比以前越来越广了。
还有一个问题是超高强钢运用过程中的回弹，尤其在做核心件时，对付精度哀求比较高，这时如果产生比较大的回弹，尺寸可能没办法担保，比如滑轨进行推松工序时，操作力就会很大，使得核心件不合格。
其余，超高强钢在运用过程中会涌现范例褶皱，做拍扁或焊接时，须要用一些赞助变形，最大的问题便是变形过程中产生一些褶皱，还有一个问题是焊接。由于超高强钢本身含碳量比较高，焊接后会产生焊接开裂，紧张是后排座椅靠背骨架的方形矩形钢管，须要我们关注。
第二个材料是镁合金，早期大众生产的108公斤的车，全体白车身一个人就可以举起来，镁合金该当是在工程领域中密度最低的，本身也有一些问题，由于其全体原子构造注定其在运用过程中有很多毛病。
目前镁合金有四大类汽车运用：AZ、AM、AS、AE，但是对付座椅AM系列用的比较多，基本上AM50、AM60两个牌号运用最多。我们创造AZ系列的延伸率太低，只有3%-4%旁边，以是运用过程中涌现了很多问题。
镁合金整体运用思路基本上是四个件通过压铸办法变成一个件。统计表明，前排骨架减重水平在20%，但这包含了核心件，如果不算核心件其减重比例没有那么高，后排减重比例会相对大一些。
镁合金运用的问题紧张是五个方面：本钱、压铸设备能力、材料高温性能、堕落性能、环境保护。
下一个是铝合金，紧张分成两大类，一类是变形铝合金，一类是铸造铝合金。在汽车座椅、零部件方面都有一些成熟运用，七系、六系铝合金本身的材料性能比较好，但是仅限于挤压变形铝合金范围，每每铸造铝合金做出来的零部件性能不会这么好，也会限定其运用。
目前有些铝合金用在汽车座椅，紧张是奔驰，为什么铝合金的运用很少见到？它本身减重比例没有那么高，本钱又一点不低，这两个成分导致了铝合金在汽车座椅骨架上运用非常少。
铝合金还有一些关键问题也会影相应用，第一铝合金随意马虎产生变形，高铁基本上90%都是用铝型材拼焊的，最大的问题是焊接过程中的紧缩变形，不管用什么焊，焊完后热量堆积会使得全体材料变形量非常大，可能从某个局部开裂。
第二是挤压变形开裂，铝合金也可以冲压，但冲压过程中会涌现开裂的问题。铸造过程中砂眼、孔隙的问题没有办法避免，也会带来比较高的废品率。再一个是疲倦寿命比较低。
工程塑料包括尼龙，相对铸铁肯定高很多，相对合金、硬铝差不多，这就奠定了工程塑料很大的运用潜力，例如特斯拉的第二排座椅大量运用了复合股料做座椅靠背。还有一些是天然纤维运用案例，还有利用工程塑料做出的超薄座椅，宝马A3在座椅靠背上大量运用了工程塑料复合股料。
还有一个材料是EPP，属于发泡类材料运用，这个材料运用非常广泛，尤其在后备箱、行李箱等，在座椅上的运用也比较多。从最初的高溶体PP粒子变成体积比较膨胀的EPP颗粒，它有比较好的抗震能力、构造强度和性能。
还有一个是碳纤维材料，紧张是劳伦纤维碳化后形成高强度纤维物质，后续通过黏结剂黏结起来变成片材，再通过注塑技能把它变成一种复合运用材料。目前碳纤维运用在汽车上比较多，赛车座椅还有一些内饰装饰面板装饰件、车轮、车身覆盖件都运用到了碳纤维材料。
原来的骨架、头枕、背板须要设计在座椅上，用碳纤维技能可考虑把这几个功能件整合在一起进行设计，最大的好处是碳纤维外表面处理好就非常都雅，它既可以做外露件设计，也可以作为一种构造件来承载载荷。
汽车座椅轻量化技能未来发展目前从材料角度看，高强钢、镁合金、铝合金、工程塑料、EPP和碳纤维，在座椅上都具有很大的运用潜力，像高强钢在骨架或核心件可以运用，镁合金紧张是骨架，铝合金是一些滑轨核心件运用。在运用过程中，很难说某一种材料自己就能够承担全体减重的义务。全体稠浊设计还是非常有必要的，还是要结合拓扑优化技能进行全体座椅以及座椅骨架的形状、构造的优化，这样才能进一步让全体座椅减重。
目前，从材料本身看，比较现实的还是用高强钢，由于980兆帕以上超高强钢不是问题，包括成熟热成形技能也能使得这个材料更广泛地运用，现有的生产线不用做更大的改动，就可以实现全体座椅以及座椅骨架的生产。
随着电动车技能的推进，对付轻量化的哀求会更高，目前我们测算，用超高强钢基本上不太能够知足未来座椅的全体减主要求，镁合金是工程领域中座椅设计最可行的材料。以是我们认为，镁合金的运用未来还是会比较广泛。未来，如果碳纤维原材料的价格以及加工、制造工艺优化也能成为连续减重的方向，再合营一些天然纤维、多孔材料能够使得全体座椅好比今的重量减掉很多。
编辑 | 晓靖
出品 | 焉知
