富维安道拓汽车座椅（长春富维安道拓）
富维安道拓汽车座椅（长春富维安道拓）由于舒适性、用户体验对功能性的需求不断增加，整个座椅的重量要求又是不断减少，这就是一个很大的矛盾。大家比较期望的是，如果是一个大型SUV车或者MPV车，整个座椅的不断变化可以满足不同的需求。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。如果汽车可以飞行，整个汽车包括座椅的轻量化就更为必要了。看一下整个汽车发展历程，从最早1886年早期奔驰的第一辆车出现，一直发展到现在的迈巴赫，不同年代有一些代表性的车型。整个座椅从最初非常简单到现在功能不断增加，迈巴赫的功能已经拓展了很多。再看一下相关统计，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公斤左右，做来做去都是这样的水平，没有做得更好的一个吗？所以大家也在不断寻求减重方案。我们做了一下统计，目前在整个汽车大的零部件中，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复杂化，恐怕这个占比还会增加
在希迈商务咨询（上海）有限公司主办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“汽车座椅轻量化技术研究”为主题发表了精彩演讲。
同行们一直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术的发展。
整车重量如果能够降低，很显然整个油耗目标是能够达到的，到2025年左右全国的油耗目标将会达到4升左右，这个要求是也是碳达峰、碳中和的要求。
电动车的发展在极速推进轻量化进程，其中最大一个问题就是电动车应用的两大焦虑，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重要原因。
再看一下相关统计，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公斤左右，做来做去都是这样的水平，没有做得更好的一个吗？所以大家也在不断寻求减重方案。
我们做了一下统计，目前在整个汽车大的零部件中，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复杂化，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术专利的情况，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。这说明在轻量化技术方面能看到大家持之以恒的努力，也形成了一个热点。
看一下整个汽车发展历程，从最早1886年早期奔驰的第一辆车出现，一直发展到现在的迈巴赫，不同年代有一些代表性的车型。整个座椅从最初非常简单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，整个座椅的重量要求又是不断减少，这就是一个很大的矛盾。大家比较期望的是，如果是一个大型SUV车或者MPV车，整个座椅的不断变化可以满足不同的需求。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。如果汽车可以飞行，整个汽车包括座椅的轻量化就更为必要了。
汽车座椅轻量化技术——结构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。
从重量成本函数曲线可以看到，做轻量化技术过程中并不是说一味地做的越轻越省材料，整个座椅的成本就一定会降低。低到一定程度还会继续反弹，意味着可能轻量化技术、工艺越做可能最终给座椅带来的反而还是成本的增加。
从前排座椅和后排座椅典型爆炸图能够看到，目前整个座椅主要就是这几大部件：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。
从座椅轻量化技术来看，座椅比较适用三大类，第一是结构优化；第二是材料轻量化；第三是先进工艺。对于具体产品，座椅骨架、核心件、面套、泡沫、材料件等更适合于材料的轻量化，骨架本身比较适用一些先进工艺轻量化。
前排座椅骨架轻量化，如果想做得更轻量化，主要是把一些冲压件改成管件甚至是钢丝件焊接。因为整个座椅受力以后，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，改为管件结构是一种思路。
后排座椅骨架轻量化，早期因为安全固定点等设计要求较高，都会要求在座椅后部有一个比较大的钢板，在进行结构优化的时候，取消大钢能降成本，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，因为H点设计，泡沫做得都非常厚，如何进行减重呢？一般可以采用底下多孔的设计减轻重量。还有就是雷克萨斯早期开发了一款座椅，利用镂空设计使得整个座椅更轻。
还有一种结构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，看什么情况下能够满足这样的实验。在优化结果条件下，可以最大限度减少材料的使用，最终实现座椅轻量化方案。
工艺方面也能够使骨架轻量化，原来的设计一般通过铆接技术，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方式，为了满足铆接空间和强度，整个滑轨上支架也会做得非常大。从2016年开始，激光焊接技术逐渐在座椅上普及，现在从铆接结构变成了激光焊接方式。
整个滑轨上支架变得非常小，用激光焊接很容易焊得非常牢，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。
汽车座椅轻量化技术——材料轻量化目前座椅应用的材料主要包含几类：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，很多材料已经应用非常广泛了，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，甚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%。超高强钢应用的主要思路是原来用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。
在高强钢应用过程中也发现了一些问题，其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，其延伸率逐渐降低。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，曾经遇到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，搬运过程中稍微受到一些碰撞，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知名企业，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，所以说现在超高强钢的应用范围比以前越来越广了。
还有一个问题是超高强钢应用过程中的回弹，尤其在做核心件时，对于精度要求比较高，这时如果产生比较大的回弹，尺寸可能没办法保证，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。
另外，超高强钢在应用过程中会出现典型褶皱，做拍扁或焊接时，需要用一些辅助变形，最大的问题就是变形过程中产生一些褶皱，还有一个问题是焊接。因为超高强钢本身含碳量比较高，焊接后会产生焊接开裂，主要是后排座椅靠背骨架的方形矩形钢管，需要我们关注。
第二个材料是镁合金，早期大众生产的108公斤的车，整个白车身一个人就可以举起来，镁合金应该是在工程领域中密度最低的，本身也有一些问题，因为其整个原子结构注定其在应用过程中有很多缺陷。
目前镁合金有四大类汽车应用：AZ、AM、AS、AE，但是对于座椅AM系列用的比较多，基本上AM50、AM60两个牌号应用最多。我们发现AZ系列的延伸率太低，只有3%-4%左右，所以应用过程中出现了很多问题。
镁合金整体应用思路基本上是四个件通过压铸方式变成一个件。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。
镁合金应用的问题主要是五个方面：成本、压铸设备能力、材料高温性能、腐蚀性能、环境保护。
下一个是铝合金，主要分成两大类，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应用，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，往往铸造铝合金做出来的零部件性能不会这么好，也会限制其应用。
目前有些铝合金用在汽车座椅，主要是奔驰，为什么铝合金的应用很少见到？它本身减重比例没有那么高，成本又一点不低，这两个因素导致了铝合金在汽车座椅骨架上应用非常少。
铝合金还有一些关键问题也会影响使用，第一铝合金容易产生变形，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收缩变形，不管用什么焊，焊完后热量堆积会使得整个材料变形量非常大，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，但冲压过程中会出现开裂的问题。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。再一个是疲劳寿命比较低。
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应用潜力，例如特斯拉的第二排座椅大量应用了复合材料做座椅靠背。还有一些是天然纤维应用案例，还有利用工程塑料做出的超薄座椅，宝马A3在座椅靠背上大量应用了工程塑料复合材料。
还有一个材料是EPP，属于发泡类材料应用，这个材料应用非常广泛，尤其在后备箱、行李箱等，在座椅上的应用也比较多。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、结构强度和性能。
还有一个是碳纤维材料，主要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，再通过注塑技术把它变成一种复合应用材料。目前碳纤维应用在汽车上比较多，赛车座椅还有一些内饰装饰面板装饰件、车轮、车身覆盖件都应用到了碳纤维材料。
原来的骨架、头枕、背板需要设计在座椅上，用碳纤维技术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美观，它既可以做外露件设计，也可以作为一种结构件来承载载荷。
汽车座椅轻量化技术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应用潜力，像高强钢在骨架或核心件可以应用，镁合金主要是骨架，铝合金是一些滑轨核心件应用。在应用过程中，很难说某一种材料自己就能够承担整个减重的使命。整个混合设计还是非常有必要的，还是要结合拓扑优化技术进行整个座椅以及座椅骨架的形状、结构的优化，这样才能进一步让整个座椅减重。
目前，从材料本身看，比较现实的还是用高强钢，因为980兆帕以上超高强钢不是问题，包括成熟热成形技术也能使得这个材料更广泛地应用，现有的生产线不用做更大的改动，就可以实现整个座椅以及座椅骨架的生产。
随着电动车技术的推进，对于轻量化的要求会更高，目前我们测算，用超高强钢基本上不太能够满足未来座椅的整个减重要求，镁合金是工程领域中座椅设计最可行的材料。所以我们认为，镁合金的应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继续减重的方向，再配合一些天然纤维、多孔材料能够使得整个座椅比现在的重量减掉很多。
编辑 | 晓靖
出品 | 焉知
