Детально разбираемся в автомобильных сиденьях

Сиденья, пожалуй, самая недооцененная часть автомобиля. Мы любим устроиться в них поудобнее, при этом понятия не имеем каков принцип их работы. В противном случае мы бы не стали использовать столь банальные фразы, как “мебель” или “стулья”. Непрозрачная обивка порой скрывает под собой сложный шедевр инженерно-технологической мысли. Автокресло — это один из самых дорогостоящих и тяжелых элементов автомобиля, поэтому инженеры и конструкторы уделяют ему гораздо больше внимания.

Сиденья, которые занимают большую часть интерьера, чрезвычайно важны для дизайнеров. Посредством сиденья водитель взаимодействует с автомобилем, ведь с ним соприкасается треть поверхности его тела. Исследования, проведенные европейскими учеными, показывают, что  автомобилист за всю свою жизнь проводит в автомобиле около 22 тысяч часов. Несмотря на то, что сиденья очень низкого качества на сегодняшний день являются редкостью, около 75% водителей жалуются на проблемы со спиной, боль в шее, нарушение кровообращения, а также быструю утомляемость… Именно потеря концентрации вследствие усталости является причиной трети серьезных дорожно-транспортных происшествий в Европе. Вот, а вы говорите “стулья”.

Хотя все началось именно с мебельных технологий. До начала 20-го века самоходные экипажи оснащали пружинными сиденьями наподобие бабушкиного дивана: набор витых металлических пружин обтягивали кожей с мягкой подкладкой. Начиная с 1900-х годов, эту подкладку значительно усовершенствовали благодаря использованию натуральных волокон от шерсти животных до кокосовых нитей, в том числе с прорезиниванием. В 1930-х годах появилась пена. Вначале она была из латекса. Такие сиденья были значительно дешевле пружинных. В 60-х годах в автомобильной промышленности появился еще более доступный пенополиуретан с различными производными.

Еще 30 лет назад бытовало мнение, что лучшие автокресла — это сочетание пружинного остова и формованной пенопластовой оболочки. Однако экономическая нецелесообразность послужила причиной отказа от “диванных”  конструкций уже к началу 1990-х. Пружины в сидениях все еще используют и по сей день, однако их упростили до S-образной проволоки в качестве ненавязчивой опоры для пены.

В любом случае основой служит каркас из металла или композитных материалов. За последние десятилетия его прочность значительно увеличилась, в первую очередь в связи с введением более жестких требований пассивной безопасности. К сиденьям теперь крепятся замки ремней безопасности или даже подушки безопасности, а сами кресла в обязательном порядке проходят испытания на прочность по самым разным параметрам. Эти стандарты, а также развитие научного подхода к проектированию встроенных сидений практически похоронили рынок тюнингованных кресел. Даже знаменитая на весь мир компания Recaro, которая начинала именно с тюнинга, уже около десяти лет сама не производит гражданских автокресел, а только “торгует своим громким именем” на сторону.

У профессионалов принято оценивать кресло дважды. Первичное восприятие с точки зрения статики, первые 10-15 секунд вашего пребывания в кресле. Вы будто клиент в автосалоне. Удобно ли садиться в машину? Жесткое или мягкое? Не тесно ли? Хорошая ли у кресла поддержка? А самое важное ― как распределяются реактивные силы от давления человеческого тела на обивку. Проще говоря, каков “профиль” сиденья, который так часто упоминают в автомобильных тестах?

Затем, во время поездки продолжительностью не менее часа или двух, можно сформировать мнение о динамическом комфорте. В дополнение к  этим факторам, восприятие которых может измениться в ходе поездки, также немаловажным является то, как кресло гасит широкий диапазон вибраций. Ведь не только подвеска отвечает за плавность хода, но и гармоничная работа шин, шасси и сидений.

С научной точки зрения, каркас, упругие элементы, пенопласт 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 провоцируют укачивание. Помните, как сладко спалось на заднем сидении дедушкиной “Волги”? Отказ от использования каркасов на витых пружинах позволил значительно повысить комфорт передвижения для людей со слабым вестибулярным аппаратом. Собственные частоты колебаний современных сидений значительно выше. При этом важно соблюсти баланс, ведь автокресла не должны быть слишком жесткими.

Как же спроектировать идеальное автокресло? Наука задалась этим вопросом только в 1940-х годах, и прошло два-три десятилетия, прежде чем результаты оказали существенное влияние на массовое производство, хотя и далеко не везде. Сейчас же мы не испытываем недостатка в данных, и уже никто, кажется, не работает интуитивно или методом проб и ошибок. Многочисленные исследования зачастую весьма противоречивы. В частности, это касается главного момента — как нагрузка от человеческого тела должна распределяться по сиденью.

Малая часть ученых полагает, что достаточно сделать сиденье равномерно мягким, как, например, в старых французских автомобилях. Большинство же считает, что жесткость должна быть разной, потому что разные части тела оказывают разное давление. Можно уменьшить давление на уязвимые ткани с помощью более плотного прилегания в местах соприкосновения с наиболее крепкими частями тела, такими как ягодицы под седалищными бугорками и нижняя часть спины.

Угол между подушкой и спинкой сиденья необходимо вычислить таким образом, чтобы человек не “скользил” по подушке, потому что тогда к напряжению от сжатия в нижней части тела добавится и смещение тканей. В то же время пассажиры должны иметь возможность менять свое положение в длительном путешествии без кардинального изменения карты давления. В наиболее удобном для человека положении каждый из суставов находится примерно в середине своего диапазона вращения. Все расчеты производятся относительно центра тазобедренного сустава, так называемой точки H (англ. hip-point), но некоторые инженеры используют индекс R).

При этом учитывают, что обивка деформируется в среднем на 4-5 см под весом тела. В особо мягких автокреслах — примерно на 8 см. На комфорт посадки влияет высота, то есть положения точки Н над полом кузова. Проблема в том, что все мы разные. Достаточно вспомнить долю американцев, страдающих избыточным весом, или статистически низкий средний рост китайцев.

Традиционный диапазон между так называемым пятым женским перцентилем (дама, чей рост составляет около 153 см) и 95-м мужским (187 см) отличается от рынка к рынку. Но даже в этих рамках производителям удается удовлетворить запросы лишь 90% покупателей. Приходится определяться с тем, для кого в основном производится автомобиль, потому что даже миллион регулировок не в силах полностью компенсировать разницу в телосложении. При этом автокресло должно не только принять, удобно расположить тело, но и надежно зафиксировать его.

Кроме того, есть данные, что люди становятся выше: американцы и европейцы прибавляют в росте на сантиметр каждые десять лет. Неудивительно, что диапазон продольной регулировки передних сидений, когда-то заданные стандартами DIN в пределах 160 мм, сегодня иной раз достигают 300. Вилка регулировки по высоте обычно составляет 60-70 мм.

Микроклимат — это совсем другая история. Поскольку треть нашего тела находится в контакте с сиденьем, его роль в обеспечении теплового комфорта неоценима. Оптимальная температура поверхности составляет 23 °С в любое время суток и года. Неудивительно, что подогрев сидений появился еще в 1966 году в качестве дополнительного функционала на автомобилях марки Cadillac. Но теплообмен — это двусторонний процесс. Обивка должна поглощать примерно 75 Вт/м2 тепловой энергии человеческого тела. Проще говоря, пропускать воздух и пот.

За исключением дополнительных чехлов, обивка из экокожи является худшим вариантом в этом вопросе. Обивка из натурального материала хоть и немного, но “дышит”. Тем не менее, желательно использовать глубокую текстуру, которая будет выполнять функцию микродренажа. При этом образующаяся пена в любом случае должна быть густой, так как при сжатии более чем на 80% она становится практически непроницаемой.

Однако ткань, пусть и самая дешевая, все же лучше. Кожаная обивка может сравниться с ней по эффективности отвода тепла только при наличии дорогой перфорации и еще более дорогой вентиляции. Зачастую вентиляторы работают для извлечения воздуха. Эта традиция закрепилась еще в 1997 году, когда аналогичная система дебютировала на Saab 9-5. Скорее всего, в автокресла скоро будут встраивать более энергоэффективные небольшие тепловые насосы. Они будут работать по принципу кондиционирования воздуха — отбор или отдача тепла при изменении агрегатного состояния хладагента.

Среди современных тенденций — максимальная индивидуализация под того или иного человека с использованием персональных ложементов, как это принято в автоспорте и индустрии спортивных автомобилей. В то время как Ferrari уже давно продает сиденья трех размеров для дорожных автомобилей, Porsche уже предлагает индивидуальное литье “ковшей” трех степеней жесткости для трековых версий моделей 911 и 718.

Что касается серийных автомобилей, то производители стараются увеличить количество регулировок. Рекордсменом является бренд Lincoln, который с 2017 года предлагает покупателям сиденья с 15 регулируемыми параметрами, включая индивидуальные изменения длины и угла наклона подушек каждого бедра. 

Массажные кресла в наше время вовсе не в диковинку, ими оснащают даже пикапы Ford F-150. Простые датчики, встроенные в сиденья, вскоре позволят водителю следить за пульсом, а также предупреждать о потере бдительности. Возможно, в серийное производство запустят и усовершенствованные датчики нагрузки на сиденье, которые будут контролировать “карту” давления на обивку. Данные функции позволяют не только оптимизировать регулировки самого сиденья, но и регулировки активных систем безопасности. А также противоугонных систем! Таким образом, не за горами тот день, когда на панели приборов можно будет увидеть что-то вроде “ваши седалищные бугорки распознаны, счастливого пути”.

Оригинальная статья на сайте ДРАЙВ: https://www.drive.ru/technic/5ed0dcc6ec05c4ac13000157.html