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飞凡F7的幕后故事(上)
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看了眼屏幕右下角的日期,2023年3月15日,象征春天的三月也已然过半,光阴,注定不会为任何人停留。

从初七上班到现在,一个半月多的时间,基本都是11点后下班,一两点也并不鲜见,包括周末。

累不累,很累;是否疲惫,也是自然。

好在心态依然是积极的,其中有一半的原因,是这段时间一直和工程兄弟们泡在一起,大家都在力所能及的范围内尽量去做一些有价值的事情。

本文分上下两篇,想围绕飞凡F7最大的两个产品亮点——座椅及底盘,和大家分享一些开发的理念、幕后的故事,也算是为这段时光留下一点注脚。

2月21日,我和座椅工程团队前往天津中国汽车技术研究中心,此行的目的,是将飞凡F7的座椅送过来参加中汽研“舒适之星”的测试。在这样一个产品都已冻结,量产稳步推进的节点,“舒适之星”就好比F7座椅的一场期末考试,验证我们究竟做的怎么样、做到了什么水准。

简单介绍一下中汽研“舒适之星”测试,这是国内第一个针对中国人体格特征与驾驶习惯、并依托客观数据分析开展的座椅舒适性评价测试,通过压力分布、静载特性、外观尺寸、断面尺寸、冲击吸能、侧翼刚度、头枕保持性、动态身体保持性、加分项目九个大项共61个子项目的数据表征,从座椅支撑性、人体工学符合性、缓冲减振性、姿势保持性四个维度给出全面而直观的座椅舒适性评价。

从最后的结果来看,成绩基本是令人满意的,飞凡F7获得了“舒适之星”历史最高的87分,但仔细分析细项得分,其实有更多的故事可讲。

在最重要的压力分布共30个子项目中,飞凡F7是第一个拿到满分的车型,这应该是对这张备受好评的座椅最有力的一个舒适表征,而如果将这30项成绩归纳总结,那就是峰值压力低、接触面积大、压力均值小、分布波动小,这也与我们开发过程中自己的试验验证结果一致。

当然也有不尽如人意的,比如动态身体保持性两个子项目与外观尺寸的坐垫宽度、侧翼高度、靠背宽度三个子项目我们都没有得分,其中外观尺寸这三个项目F7都是超出了得分范围,我们因此还与中汽研做了进一步的争取和沟通,虽然不能改变结果,但希望能对评价体系的继续优化有一定的帮助。

那接近舒适满分的成绩背后,产品与工程团队究竟付出了哪些努力呢?总结下来,是硬件/软件两大底层技术实力与静态/动态两大应用层针对优化:

一、上汽自研电动车专属高端座椅平台

同整车一样,座椅也是基于以骨架为核心的平台打造,燃油车时代的多数厂商都是直接采取的供应商的公版方案(就像今天多数手机主摄用的都是索尼IMX766),而这一传统在新能源时代也依然大行其道。

但新能源、尤其是纯电动车的整车布置与动态特性,都与传统燃油车有很大不同,直接照搬过来的座椅很多时候并不适应新的用车环境。

比如说,由于电池布置的原因,电动车普遍有着底盘更厚的先天特征,在整车高度接近的情况下,车内垂直方向的空间就会相对不足,而由此产生的坐姿高、人机工程不合理等问题,在当下的电动轿车中是比较普遍的。

为了从根本上改善用户的这一不良体验,飞凡F7首次搭载了上汽全新自研的电动车专属高端座椅平台,其具有低座高、高强度、模块化三大技术亮点。

在直接影响车内垂直空间的座椅升降机构方面,通过齿条结构对传统齿板结构的创新替换, 座椅最低高度得以下降28mm,配合采用趟式布置减薄约30mm的电池包,飞凡F7在具备整体低趴流线造型的情况下,前排头部空间达到了990mm。

作为驾驶者最直接、最重要的依托机构,飞凡F7座椅骨架采用电泳工艺的高强钢材质,在拥有良好耐用性的同时, 骨架刚性超出国标30%,这不仅为乘员安全打下了坚实的基础,也带来了更好的抗g值过载的支撑表现。

此外,面对今天用户对座椅舒适性的更高需求,这套高端座椅平台通过预留接口与空间的设计,具备灵活配置功能模块的良好可拓展性,飞凡F7主驾座椅丰富的加热、通风、按摩、电动腰托、电动腿托,以及基于分区控制的“热石理疗”功能,都是得益于此的表现。

二、首套全指标中国人体格特征数据库

采用 NAPPA 高端面料与具有丰富舒适功能,只是飞凡F7座椅定义的基础得分,对于乘坐舒适性,产品与工程团队有着更深的思考,那就是通过人机工程优化,带来更符合中国用户需求的乘坐体验 。

为此,上汽联合国内标准化权威机构,依托三种姿态下的人体曲线扫描,开展了覆盖全国主要区域针对驾驶员群体的3000+人次采样,整个过程前后历时近三年。

上汽也由此构建了涵盖23项表征指标与5%、50%、95%三种体型规格的国内首套全指标的中国人体格特征数据库,与包含13个分区4种指标的超百万量级体压分布数据库。

通过与美国SAEJ833及国内1988年发布的GBT10000标准的对比,可以直观看到中国人与欧美人在上下肢比例等体格特征上显著差异,以及近三十年来中国人身高体重等特征的显著变化。

应该说,这套中国人体格特征/体压分布数据库的构建及分析研究,让上汽真正掌握了座椅人机工程优化的底层“密码”,也正是依托这套数据库的支持,飞凡F7座椅断面设计高度贴合人体曲线,展现出极佳的人机工程适应性与乘坐舒适性。

三、座椅统一力学分析与腰部优化

脊柱决定着人体的体态与平衡,而在脊柱的四个生理弯曲中,腰椎可以说最为重要、也最为脆弱。

一方面,不同于有髋关节帮助分担负重的脊柱骶椎,腰椎独自承受着整个上半身的重量,压力很大;另一方面,在坐姿下,腰椎曲线的前凸与后贴的靠背方位正好相反,这决定了需要有与其匹配的前凸支撑,才能克服重力带来的先天的不适感。

而一系列数据也充分表明了国人“腰痛”的隐忧——中国腰椎病患者已经突破2亿,25-39岁年龄段的年轻人腰椎间盘突出问题检出率高达13.93%,37.6%的职场人受困于腰椎 / 脊椎疾病……

针对这一核心“痛点”,飞凡 F7 座椅针对腰部舒适着重优化,但腰部的优化并不局限于腰部。

通过统一的力学分析, 座椅工程团队从系统维度提出“腰部友好”的解决方案。为了方便大家理解,我们暂且忽略坐垫倾角、压力分布的积分构成、背部与腰部的区分,将力学分析简化为竖直方向的Mg=F₁+F₂+F₃·sinθ(牛顿第三定律),与针对坐垫的F₂=P₂·S₂和针对靠背的F₃=P₃·S₃(压强公式)。

其中,Mg 是驾驶员所受的重力、F₁为地板对脚部及小腿的支撑力、θ为靠背与竖直方向的夹角,而角标₂和₃分别代表坐垫与靠背的承托力F、压强P、接触面积S。

如果我们简单的将提升腰部的舒适性视作在合理静压范围内降低P₃,不难看出,除了直接提升S₃,也可以通过提升S₂→提升F₂→降低F₃→降低P₃的手段来提升腰部舒适性。

实际的力学分析当然要复杂很多,但通过这个简化的模型我们依然能够看出,座椅的腰部舒适性优化,其实也是一个涉及多个部分的小的系统工程。

具体到飞凡F7的座椅上,四向腰托的调节与总计70mm的软发泡层意味着能够尽可能贴合背部曲线——也就是提升S₃;而580mm的同级最长坐垫、电动腿托、三层共65mm的软发泡层,共同带来了比奔驰S级座椅更大的坐垫接触面积——也就是S₂,这些都可以带来更好的腰部舒适性。

四、人体不耐受振动频率研究及优化

除了静态的分析与优化,飞凡F7还针对动态工况的振动与人体不耐受频率进行了研究,并由此对座椅与底盘进行了整体的频谱优化。

我们以其中最有代表性的两个频率来举例:

首先是整车受到的能量最高的振动,对于电动汽车而言,其受到的主要振动激励来自于路面冲击,并且随着路况和车速的不同,这个振频具有可变宽幅的特点;

其次是人体的不耐受频率,其频带特征同样十分复杂,直观表现,就是不同部位的不耐受频率,也不尽相同。

作为人体的支撑平台,从振动频率的角度来说,座椅要想做到舒适,其固有频率就必须避开以上两个频段——既不能形成与悬架的共振、放大冲击,也不会导致人体的共振、引发不适。

基于这样的理念,飞凡F7在开发过程中进行了大量的灵敏度分析与实验验证,最终锁定路面的激励频率与轮胎的转频主要分布在0-15Hz范围内,而人体脏器的主要共振频率为4-12Hz、脑部则为25Hz。

同时依靠虚拟仿真进行薄弱项分析与优化,并通过6个位置的结构加强,将座椅的一阶横摆模态由15Hz提高到接近 19Hz,成功避开路面的主要激励范围与人体主要的不耐受频率范围,从而实现了更稳定、更舒适的乘坐体验。

总结一下,基于硬件(座椅平台)与软件(体格特征数据库)的创新打造了飞凡F7的舒适座椅,通过静态(力学分析)与动态(频率规避)的优化让这张座椅的舒适性达到了一个全新的高度,这就是F7座椅的开发理念。

而获得中汽研“舒适之星”测试的历史最高分,可以视作从工程开发维度验证了体验结果与输入指标的一致性、实现了闭环校核。

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