汽车座椅舒适与否还要智能说了算

2021-10-11 09:25

文︱立厷

图︱网络

 

 

汽车电动化、网联化、智能化、共享化中,其中与消费体验相关性最大的莫过于智能化,它所涵盖的内容千变万化。现在人们都在讲智能座舱,其很重要的部分便是座椅,座椅的舒适性在驾乘者体验中首当其冲,而一些智能化技术正在赋予其消费者需要的各种功能。

 

 

市场需求使然

 

社会在变化,90后、00后新生代已成为消费的主力军,中国平均年龄在40岁左右,比西方国家年轻3-4岁。调查表明,新生代每天大概平均2.4小时在网上;64%的消费者愿意换一辆智能网联汽车。

 

过去10年,家庭年收入20-30万人群急速增长,市场群体中75%是中等以上收入人群,51%的消费会用在产品,特别是体验和服务。

 

可以毫不夸张地讲,现在人们对于车辆座舱的要求除了没有厕所功能,电话、相机、影院、电竞应有尽有,这就是所谓的智能座舱或智能座椅。

 

 

如何满足座椅舒适性?

 

汽车零部件供应商佛吉亚的市场调研表明:座椅舒适性第一个性化定制,第二是舒适化,第三是健康化。调研问题包括:希望座舱或座椅是什么形式;如何界定舒适与不舒适;希望座椅提供什么样的舒适性体验;如果遇到晕车、疲劳情况,希望座椅能够做什么;假设有一种技术和手段获取信息是否愿意分享。

 

调查有以下回复:开车时座椅调节到某一位置,方向盘、后视镜跟着一起动;开车时有特定的驾乘位置,有更好的支撑;有个性化温控方案提供给消费者;上车和下车有更好的体验;减少开车疲劳状态、晕车情况;有更好的按摩功能,如大腿按摩、脚部按摩;撞车事故后的服务……

 

什么是舒适呢?有各种各样不同的理解,包括主观舒适,客观舒适,心理上的舒适和生理上的舒适。佛吉亚中国舒适性系统产品线总监吴承琪认为:“对于汽车座椅,所谓舒适是心理和生理之间的一个平衡点。只有达到了这个点,才能让驾驶人员感到舒适。”

 

座椅舒适分为几块,首先是视觉,舒适不一定是触觉,还有视觉、味觉,例如对整车VOC(挥发性有机物)的要求越来越高;动态感受以及听觉。

 

佛吉亚的舒适性开发是从数据库找到某种车型,如运动型车,将评判标准与客户要求对标。如果全部按照原有的一些设定条件开发,往往很难满足要求。现在越来越多的是结合座舱来提高不同驾乘模式下的舒适指数,这是需要研究的东西。

 

用产品设计满足舒适性

 

对于个性化要求越来越高的市场如何满足?最好是量身定制,让座椅根据驾乘人员的体重、身高调节到最适合的驾乘位置。不一定用iPhone控制,可以用车机来控制,还可以用摄像头判断驾乘人员的身高位置等。解决方案有很多种,可以集成在座椅ECU中,特别是算力空余的ECU或HMI(人机接口)。这种方案不是单一服务场景,可以在不同行驶路面使用,算法可以微调,在长时间驾驶时减轻压力值。

 

以按摩垫为例,它是车里跟人接触最紧密的部件,能够带来增值服务和体验。例如,可以融入安全带提醒、后方有车提醒、偏离车道提醒、追尾前提醒等功能。

 

除了传统按摩垫,还有加强型按摩垫,包括脚部按摩和颈部按摩、加热按摩,以及车辆转弯时根据导航信息的座椅随动。佛吉亚也在根据欧洲和中国不同的按摩力度反馈校正产品定义和设计。

加强型按摩

在车内环境方面,对舒适性的影响不但有触觉,还有视觉。例如加热,前排座椅背板可以发热,座椅本身也可以发热,以提供个性化体验。

个性化加热 

市场调研发现,对于舒适性,84%受访者觉得安全提醒功能很重要,90%都是35岁左右人群,新生代是这个市场的消费主力军,他们对音乐、娱乐的需求也带给从业人员一些思考,需要转变来迎合他们的需要。

 

佛吉亚开发的Vibe座椅有几个应用场景:安全服务、音乐随动、4D效果,提供沉浸式体验和更好的舒适性体验。

 

Vibe座椅 

舒适性需要传感器,现在探测人的座舱状态有两种不同技术,一是摄像头,二是传感器。从经济性来讲,如果能把所有东西集成到摄像头里最好,但是传感器有一些摄像头无法替代的优势。传感器是压电式,整车厂无法通过摄像头监视用户、分享数据。另外,摄像头有一些局限,比如一个黑人在晚上8、9点钟就难以检测到,或者白天戴着墨镜,摄像头很难探测他是否在睡觉。技术没有优劣,只有更适合哪一个场景。

 

佛吉亚的方案是通过传感器获取驾乘人员心跳、呼吸频率,通过算法计算出实时状态。探测到压力、疲惫状态,再反馈到座椅的功能性零件,比如通风加热、按摩腰托,还有其他功能,如座椅发光也可以联动,通过组合解决方案让驾乘人员状态有所改善,最终体会到一种舒适性体验。

 

 

大数据分析助推舒适性提升

 

座椅的功能包括安全性、舒适性和经济性。随着汽车的发展,人们对座椅舒适性的追求越来越高,最初只是能坐,现在已经很讲究舒适性了。未来,舒适性会更加个性化。

 

“座椅中跟舒适性相关的部件非常多,除了骨架,所有部件都会影响到舒适性,而智能科技正在重新定义汽车座椅舒适性,”诺博汽车座椅研发总监汤波认为:“比较前沿的智能科技研究包括计算机视觉、大数据、机器人、智能表面等。这些都与传统舒适性,如视觉、嗅觉、听觉、便利性和支撑性有一定关联性。”

所有部件都会影响到舒适性 


 

自动座椅调节是最直接的功能,奔驰、还有一些新能源车都有自动座椅调节功能,目前还处于基础阶段,操作起来比较繁琐,必须在操作界面、系统里设置,之后坐上去才能感到舒适。这是不是消费者想要的呢?不是。他们想要不需要任何复杂设置就能自动识别身高体重,调到合适位置,但是目前的技术还不能一下子做到。

 

汤波认为,提升舒适性,必须要用后台的大数据分析。自动实现座椅调节到舒适位置必须通过包括世界各地人体的大数据分析,得到绝大部分人的舒适性位置,再结合座椅和整车的控制策略来实现。

用大数据分析提升舒适性 

国内国外有很多评估舒适性的方法,但因为舒适性是一个比较主观的范畴,不是什么人都可以做。所以一些主机厂开始使用机器人,包括假人模型做舒适性评估,这样的好处是测的所有数据比较客观。

 

另外还必须用到人工智能。为了更好地优化设计,需要利用神经网络自学习等后台技术,如通过人工控制或造型来保证座椅支撑。现在整车配置的摄像头、方向盘转动角度传感器等都可以收集转弯半径、方向盘转角度数据,通过神经网络学习自动调节靠背和坐垫的侧向支撑,对急弯路段做更好的支撑,保证安全性和舒适性。 

神经网络学习 

近年来,大家对语音识别技术已并不陌生,但目前语音识别还有很大限制,很多时候只是一些关键词,必须给车载系统一个明确的指令,才能调温度或执行打开天窗、后备箱等其他操作,这也不够智能。假设副驾的人说感觉挺热,系统应该能够识别自然语言,调节副驾区域的温度,目前的计算机还做不到,这是未来需要努力实现的技术。

自然语言控制是发展方向

未来的自动驾驶座椅架构会布置更多传感器,可以关注乘客的健康状况、小孩儿和宠物。除了接触式传感器,还会有非接触式传感器,将一些重要信息传到后台。

 

在座椅调节方面,人们正在研究智能微动座椅,可以缓解长途驾驶或车里空间有限造成的疲劳。例如奔驰和一些科研机构在研究自动座椅调节,利用传感器和一些执行机构进行轻微调节,以缓解肌肉疲劳。捷豹路虎也在做这方面的研究。苹果汽车则申请了一些专利,包括通过自动调节座椅协调前庭和视觉系统防止乘客晕车,特别是自动驾驶场景,这是车内办公等是必须解决的问题。

 

 

舒适性源于振动噪声测试和采集分析

 

各种车辆和交通运输工具的座椅舒适性都与和乘员健康、安全息息相关,尤其是商用车和工程机械,驾驶员经常在恶劣环境下工作,工作路面复杂,车速相对较低,低频振动问题比较严重。

 

“对于座椅舒适性,主要是研究其动态舒适性,它与座椅振动传递特性有关。座椅分为被动座椅、半主动座椅和主动座椅。被动座椅传递特性不能改变,减振效果比较差,半主动座椅通过调节阻尼系数或弹簧刚度来抑制振动传递,”吉林大学汽车工程学院张曙光表示。

 

目前市场上有很多半主动减振器,有机械式,也有智能材料应用。机械式采用电磁阀式或电流变减振器控制。很多车辆悬架已经应用了半主动减振器技术,座椅减振器也已经开始应用。如美国洛德公司从车辆前后悬架到驾驶室四个悬置和车内座椅的减振器都采用半主动控制实现振动逐级递减。现在半主动控制技术是豪华车、高档车特有的,以后会发展到平价车、普及车、商用车等。

 

吉林大学汽车工程学院的半主动控制座椅研究采用从元件到系统再到整车的思路,针对座椅悬架系统可调减振器的力学特性,从整车角度分析座椅的舒适性。选定模型更好地表征减振器的力学特性,用一些智能识别方法,如神经网络或粒子群把模型参数识别出来,最后让识别出来的具体减振器模型准确地描述减振器的力学特性。

构建磁流变减振器阻尼力与减振器速度、输入电流的关系

在此基础上,分别在座椅悬架的上下底板和座驾上方贴了传感器,对三项加速度传感器进行测试,研究座椅隔振特性。通过对座椅施加不同激励频率成分发现,施加低频成分时,座椅没有相对运动,没有引起共振,基本上振动传递率是1Hz,当施加4Hz左右振动时,座椅上下底板位移比较大,振动变大,振动舒适性很不好。

路面-车辆-座椅-人体振动模型

质量较轻的乘员,共振频率正好位于人体敏感的4-8Hz频率范围,所以座椅固有频率需要避开这个范围。

座椅频率调整

通过联合仿真分析发现,施加半主动控制之后,明显降低了座椅底板振动加速度。

联合仿真分析

在研究基础上开发的控制器通过座椅运动加速信号输出一个电流,施加到减振器,改变减振器阻尼。最后形成一个闭环控制:座椅运动信号→控制器→计算所需阻尼力→控制器产生控制电流供给减振器,实现振动衰减。

 

 

未来座椅已不再是座椅

 

以诺博的汤波的观点作为总结,未来的座椅已经不仅仅是一个座椅,将与座舱融为一体,但也有一些需要注意的问题。

 

首先是法规。在目前法规体系下,安全性始终是第一位的,项目开发过程中会发现安全性和舒适性往往有很多矛盾,这时舒适性往往要让步于安全性,所以法规也需要升级和智能驾驶相匹配,从而进一步提升让座舱系统舒适性。

 

第二是技术迭代,一些前沿研究的应用还需要一些时间,制约它的不仅是技术,更多的是成本,所以需要一些领头羊来引导技术发展,才能够真正实现量产。

 

另外就是公司架构,现在座椅、内饰、电子是割裂开来的,很多公司都是不同的部门,对于主机厂来说,这些项目也是分开进行,不同部门考虑问题时很难整合在一起,所以制约了座舱系统的发展。只有从供应商开始打破架构壁垒,形成一个整体,才能推动智能座舱的发展。

 

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