汽车座椅通风系统设计与优化研究
汽车座椅通风系统设计与优化研究
汽车座椅通风系统的设计与优化是提升驾乘舒适度的重要环节。本文通过某款SUV车型座椅通风系统的优化设计案例，详细介绍了座椅通风系统的原理、设计过程、仿真计算和试验验证等内容。研究结果显示，通过优化风扇背后吸风空间，在保证座椅打孔效果不更改的基础上，可以有效改善通风效果，达到13.00m3/h的通风量，满足设计要求。
座椅通风系统概述
座椅通风系统的基本原理是通过风扇向座椅内部注入空气，空气从座椅表面的蒙皮通风孔流出，实现通风功能。座椅通风可以有效改善人体与椅面接触部分的空气流通环境，即使长时间乘坐，身体与座椅的接触面也会保持干爽舒适。
汽车座椅的通风功能通常包括吹风和吸风两种方式。吹风功能是利用车载风扇，将空气通过座椅内部的风道传送到座椅表面；而吸风功能则是将座椅蒙皮表面的风吸入到座椅中，实现座椅蒙皮表面降温。本文主要针对吹风功能进行优化设计。
座椅通风功能原理
座椅通风系统通常将风扇集成在座椅的坐垫和靠背上。启动风扇后，空气被吹入座椅的风袋中，经过发泡材料中的风道，最终穿过蒙皮的通风孔实现座椅表面通风。座椅蒙皮采用打孔设计，以确保空气能够顺畅流出。
座椅通风设计
通过计算机建立模型，座椅通风系统主要包括风扇、出风口、风袋、风道和进风口等部件。为了实现通风功能，座椅表面必须有通风孔，通风孔的密度和分布对通风效果有较大影响。本次设计根据座椅造型要求，打孔率为4%。设计发泡座椅B面入风口面积：座垫发泡入风口面积为5569mm²，座椅靠背入风口面积为3584mm²；设计发泡座椅A面出风口面积：座垫发泡出风口面积为2799mm²，靠背发泡出风口面积为2744mm²。
座椅通风仿真计算
本次计算通风量设置入口静压力为177Pa，入口出口压差（入口压力-出口压力）为177Pa；进风口截面面积1000mm²，对于出风口的设置，设置座椅蒙皮的每个出风口的出风风速一致。
风扇单体的PQ（质量流量与压损）曲线如图4所示：
图4 质量流量与压损曲线
本次计算过程中，采用无负载的情况下进行，设置进风口177Pa，座椅通过计算结果得出座椅通风进入座椅风袋中之前，在入口处压力为最大，经过座椅通风袋之后，压力稍微减少，但是进入到座椅发泡中的通风孔中，如图5、6、7、8中可以看出压力值和风袋中的压力递减，没有明显的损耗，因此风道设计较为合理，风道中的压力传输到座椅表面会再次减少，此过程中会有一些损耗，但是压力损耗较小，因此通过云图可以看出，本次通风压力计算结果分析，设计结构较合理。
图5 入口截面压力云图
图6 入口截面压力云图
图7 入口截面压力云图
图8 入口截面压力云图
座椅风速计算，根据计算结果如图9、10所示，在本次计算过程中，采用无负载的情况下进行，设置进风风速为14m/S，出风口风速为0.8m/S，在座椅的入风口处，风速13.79m/S，风扇中的风在通过风袋中没有明显损耗，经过风袋的远端风速降到5.49m/S，风扇中的风进入座椅风道中，达到4.5m/S左右，风速有递减损耗，但是整体风流动顺畅，在发泡表面风速降到0.8m/S左右。
图9 座椅通风速度云图
图10 座椅通风速度云图
座椅通风验证
通风风扇规格
本次座椅通风风扇采用的规格如下：
- 12V电系的车型额定工作电压：DC13.5V
- 工作电压范围：DC9.0V-DC16.0V
- 最大风量：0.55m³/min、19.25CFM
- 最大风压：18.95mmH₂O、0.75inc H₂O
试验验证
将通风座椅完全装配后，放置在规定实验环境中，然后使用密封薄膜将座椅整个包覆起来，然后在座椅B面座垫与靠背交汇处连接一根一定截面积的直管用于出风。在座椅表面需要透风的区域，将包覆薄膜去除，并尽量使去除区域与包覆区域相对密封。操作完成后，开启通风，座椅通风收集罩将座椅表面乘坐区包围，实现无漏汽，开动风扇，达到最大额定转速，将风吹入到座椅风袋及风道中，从而风从座椅表面进入到通风收集罩中，然后将风速仪伸入到直管的测风孔，平稳后读取数值。
风量计算公式如式（1）所示：
CMH= V×S×T（1）
式中：CMH 为风量；V 为风速；T 为时间；S 为收集罩截面积。
试验结果如表1所示，座椅靠背通风量9.7m³/h，座椅座垫通风量11.07m³/h。
表1 通风测试结果
图11 座垫通风实验
图12 靠背通风实验
实验结果显示靠背通风量为11.07m³/h，根据要求座椅靠背通风量需要达到12.5 m³/h及以上为最佳。不更改座椅造型座椅蒙皮打孔样式以及整体布置的前提下，为了能进一步提高座椅靠背吹风效果，进一步增大座椅通风量，本次更改座椅靠背风扇后部的吸风区域，以保证风扇在转动时有足够的风进入到座椅的风道中，从而增加座椅表面的通风量，如图13所示座椅第一次试验时座椅靠背风扇的吸风区域截面积1987mm²，如图14所示座椅在第二次试验时座椅靠背风扇的吸风区域，更改后吸风空间截面积2560mm²。
图12 更改之前吸风空间
图13 更改之后吸风空间
更改靠背吸风区域后，第二次进行试验，在增大靠背吸风空间后的座椅通风系统试验结果分析，座椅靠背通风量13.00m³/h，比更改之前有明显提升。如表2所示：
表2 通风测试结果
本次试验的结果较上一次试验通风量的数值11.07m³/h上升到13.00m³/h，具有明显的改善。本次更改有效地完成了座椅通风系统的优化。
结论
- 通过设计已经验证对座椅通风系统的布置结构合理。
- 座椅靠背加大吸入空间，通风风量加大至13.00m³/h，满足设计要求。
- 内置座椅风扇，有效改善乘客长时间驾驶车辆与座椅之间接触，产生空气流通环境，有效改善乘客舒适程度。
本文原文来自搜狐