Детально разбираемся в автомобильных сиденьях

Наряду с рулём кресла являются основным каналом тактильной связи с автомобилем. Это и важный элемент дизайна. Существенна их роль в восприятии многих потребительских свойств машины.

Сиденья ― наверное, самая недооценённая часть автомобиля. Мы любим удобно расположиться, но плохо представляем, как они устроены. Знали бы хорошо, вряд ли использовали такие примитивные жаргонизмы, как «мебель» или «стулья». Под непрозрачной обивкой подчас скрыта сложнейшая конструкция, инженерный и технологический шедевр. Поскольку это весьма дорогой и тяжёлый элемент автомобиля, в конструировании и производстве ему уделяется гораздо больше внимания, чем в рекламе или отчёте о журналистском тест-драйве.

На примере сидений Volvo XC90 видно, как нечто, воспринимаемое цельным объектом, оказывается непростой в изготовлении конструкцией со множеством деталей.

Посадочные места, занимающие значительную часть интерьера, крайне важны для дизайнеров. А для водителя кресло ― основной канал физической связи с автомобилем: с ним соприкасается треть поверхности тела. Европейские исследования показывают, что за свою жизнь среднестатистический автолюбитель проводит в машине около 22 тысяч часов. И хотя сегодня совсем уж плохие сиденья встречаются нечасто, около 75% водителей в той или иной степени жалуются на проблемы со спиной. Плюс боли в шее, затруднения кровообращения, преждевременная усталость… Вызванная ей потеря концентрации ― причина трети серьёзных ДТП в Европе. А вы говорите «стулья».

Типичную для начала ХХ века конструкцию сиденья на металлических пружинах демонстрирует американский седан Essex 1927 года.

Хотя начиналось всё именно с мебельных технологий. Самобеглые повозки до начала ХХ века оснащались пружинными сиденьями а-ля бабушкин диван: набор витых металлических пружин обтягивался кожей с небольшим мягким подбоем. С 1900-х годов совершенствовали именно эту прослойку, применяя натуральные волокна от шерсти животных до кокосовых нитей, в том числе прорезиненных. В 1930-х появилась пена, сначала латексная. Она удешевила сиденья по сравнению с пружинными. С 1960-ми в автопром пришёл ещё более доступный вспененный полиуретан с различными производными.

Во-первых, это красиво… Примерно до 70-х годов сиденья воспринимались в первую очередь как художественный объект и проектировались по наитию.

Ещё 30 лет назад считалось, что лучшие автомобильные сиденья сочетают пружинный каркас и формованную оболочку из пены, однако экономические соображения свели на нет «диванные» конструкции к началу 1990-х. Пружины в креслах остались и сейчас, но упростились до S-образной проволоки, в качестве ненавязчивой опоры для пены.

В спортивных креслах Понтиака GTO конца 1960-х упрощённые, но всё ещё развитые пружины поддерживают пенную подбивку, играющую важную роль для образования формы.

Основой в любом случае служит каркас из металла или композитов. Его прочность в последние десятилетия многократно выросла ― прежде всего из-за ужесточения требований пассивной безопасности. К сиденьям теперь крепятся как минимум замки ремней, а то и надувные подушки, да и сами кресла положено испытывать на прочность по самым разным параметрам. Эти нормы, как и развитие научного подхода к проектированию штатных сидений почти убили рынок тюнинговых. Даже начинавшая с них известнейшая компания Recaro уже около десяти лет не производит гражданские автокресла сама, лишь «торгуя именем» на сторону.

В кресла Volvo XC90 встроены деформируемые элементы, позволяющие на треть снизить нагрузку на позвоночник при вертикальном ударе ― например, если автомобиль упал с высоты.

Профессионально оценивать сиденья принято дважды. Первичное восприятие ― статическое, в течение буквально первых 10–15 секунд после того, как ты оказался в кресле, будто покупатель в автосалоне. Не мешает ли оно процессу посадки? Насколько жёсткое? Не теснит ли? Хорошо ли держит? А главное ― как распределены реактивные силы от давления человеческого тела на обивку. Говоря по-простому, каков тот самый часто упоминаемый нами в тестах исходный рельеф или «профиль» сиденья.

Volvo 144, конец 1960-х. Подголовники и трёхточечные ремни вынудили рассматривать кресла ещё и как важный элемент безопасности, изменив конструкторские подходы.

Затем в ходе поездки длиной не менее часа-двух составляется представление о динамическом комфорте. Ко всем перечисленным факторам ― а их восприятие в движении может измениться ― добавляется то, как сиденье гасит широкий спектр колебаний. Ведь за плавность хода в автомобиле отвечает не только подвеска, а триумвират шин, шасси и кресел.

С научной точки зрения это означает, что каркас, упругие элементы, пена вместе и по отдельности должны избегать резонансов в самой неприятной области частот от четырёх до восьми герц. Резонансы на частотах от 0,1 до 0,6 Гц вызывают укачивание ― помните убаюкивающий задний диван дедушкиной Волги? Отказ от каркасов на витых пружинах существенно облегчил жизнь людям со слабым вестибулярным аппаратом. Частоты собственных колебаний современных сидений много выше. Нельзя их делать и слишком жёсткими, чтобы не передавали вибрации.

У современных кресел мощные каркасы, минимум пружин и максимум пены. Слева ― сиденья «пятого» Гольфа, а справа ― адаптивные от Мерседеса SL 2012 года с подбивкой верхнего слоя из прорезиненного волокна, приспосабливающегося к форме тела, и подачей тёплого воздуха к шее.

Как сделать идеальное сиденье? Научные исследования этой темы начались только в 1940-х, и прошло два-три десятилетия, прежде чем результаты заметно сказались на серийной продукции, причём не повсеместно. Зато сейчас недостатка в данных нет, и по наитию или методом тыка никто вроде бы не работает. Многочисленные исследования даже порой противоречат друг другу. В том числе в самом важном — как должна распределяться нагрузка от тела по сиденью.

Седан Volvo Amazon 1964 года впервые предложил регулируемый поясничный подпор. Именно в области поясницы передаётся максимальная нагрузка от спины на спинку, поэтому важно иметь возможность подстроить его под индивидуальные особенности седока.

Меньшинство учёных считают, что достаточно сделать кресло равномерно мягким, как, например, в старых французских машинах. Большинство — что жёсткость должна варьироваться, поскольку разные части тела неодинаково переносят нагрузку. Можно снизить давление на уязвимые ткани, сделав сиденье плотнее в местах контакта с наиболее выносливыми частями тела. Это ягодицы под так называемыми седалищными буграми и область поясницы на спине.

Форма и жёсткость сиденья выводится в виде эпюры — карты нагрузок. Чем краснее зона, тем сильнее удельное давление. Чрезмерное сдавливание тканей воздействует на нервы, вызывая дискомфорт или боль, а также затрудняет кровоток в крупных сосудах.

Угол между подушкой и спинкой подбирается так, чтобы человек не «сползал» по подушке, потому что тогда к напряжению от сдавливания в нижней части тела добавится и сдвиг тканей. При этом седоки должны иметь возможность в дальней дороге сменить позу без существенного изменения карты давлений. В самой удобной для человека позе каждый из суставов находится примерно в середине его диапазона поворота. Все расчёты ведутся относительно центра тазобедренного сустава, так называемой точки Н (от hip-point, но некоторые инженеры используют индекс R).

Про задние диваны поговорим в другой раз, но к ним применимы те же закономерности, что и в случае с передними креслами. Серьёзный компоновочный вызов ― недостаток места для толстых комфортных подушек и их пружин. На фото ― срез второго ряда кроссовера Skoda Kodiaq.

Каркас задних спинок приходится существенно усиливать, поскольку во многих случаях к ним крепится верхняя точка ремня безопасности среднего пассажира.

Учитывается, что под массой тела обивка деформируется в среднем на 4-5 см. У очень мягких кресел ― примерно на восемь. Комфорт посадки зависит от её высоты, то есть положения точки Н над полом кузова. Проблема в том, что все люди разные. Достаточно вспомнить долю страдающих ожирением жителей США или статистически низкий средний рост китайцев.

От рынка к рынку отличается традиционный диапазон между так называемым пятым женским перцентилем (дама ростом около 153 см) и 95-м мужским (187 см). И даже в этих рамках получается удовлетворить лишь 90% клиентов. Приходится выбирать, для кого в основном создаётся автомобиль, потому что полностью компенсировать разницу телосложений не поможет и миллион регулировок. А ведь сиденье должно не только принять, удобно разместить, но и зафиксировать тело.

В «адаптивном» сиденье седана Cadillac Seville STS (1998–2001) при запуске двигателя надувалось десять подушек. Раз в четыре минуты наполненность каждой проверял компьютер. Подобная система стояла и в заднем диване лимузина президента США.

А ещё есть данные, что люди растут: за каждые десять лет американцы и европейцы становятся на сантиметр выше. Неудивительно, что диапазоны продольной регулировки передних кресел, некогда очерченные стандартами DIN как минимум 160 мм, сегодня порой достигают почти 300. Вилка перемещения по высоте обычно составляет 60–70 мм.

Последняя доступная в продаже серийная легковушка со сплошным передним диваном ― Chevrolet Impala 2012 года. Это была опция.

Отдельная история ― микроклимат. Поскольку треть нашего тела соприкасается с сиденьем, его роль в обеспечении теплового комфорта огромна. Оптимальной считается температура поверхности 23 ºС в любое время дня и года. Неудивительно, что подогрев сидений появился ещё в 1966 году в качестве опции автомобилей Cadillac. Но теплообмен ― процесс двусторонний. Обивка должна поглощать примерно 75 Вт/м² тепловой энергии человеческого тела. Проще говоря, пропускать воздух и пот.

Не считая дополнительных чехлов с авторынка, худший вариант в этом плане ― обивка из искусственной кожи. Натуральная немного, но «дышит» ― хотя и её желательно снабдить глубокой текстурой, чтобы обеспечить микродренаж. При этом в любом случае формообразующая пена должна быть толстой, ведь при сжатии более чем на 80% она становится практически непроницаемой.

Кресло легковушки Ford 2007 года интересно как пример типичного недорогого решения. Обивка натянута сразу на пену, без промежуточных слоёв. Зато она экологически чистая соевая, а не полученный из нефтяного сырья пенополиуретан.

Однако ткань, даже самая дешёвая, — лучше. Кожаная обивка может с ней сравниться по эффективности теплоотвода только в случае применения дорогой перфорации и ещё более дорогой вентиляции. Как правило, вентиляторы работают на «вытяжку». Так повелось ещё с 1997 года, когда подобная система дебютировала на автомобиле Saab 9-5. Вероятнее всего, в кресла скоро начнут встраивать более экономичные небольшие тепловые насосы, использующие принцип кондиционера ― отбор или выдачу тепла при изменении агрегатного состояния хладагента.

Сиденья зачастую представляются маркетингом как нечто новое и уникальное. Но Nissan Gravity Seats в кроссовере Murano (слева) или «поддерживающие таз» кресла Мазды 3 конструктивно не оригинальны. Просто усовершенствована карта давлений.

Среди современных тенденций ― максимальная индивидуализация под конкретного человека с применением персональных ложементов, как это издавна делается в автоспорте и индустрии спорткаров. Если Ferrari довольно давно продаёт три размера кресел для дорожных машин, то Porsche уже предлагает индивидуальную формовку «ковшей» трёх степеней жёсткости для трековых версий моделей 911 и 718.

Porsche обещает индивидуально формованные «ковши» для дорожного применения с мая 2021 года. Концептуальное сиденье Lexus Kinetic Seat обозначает важный тренд в сторону облегчения конструкции, ведь только пены в стандартном кресле не менее восьми килограмм.

В массовых машинах стараются увеличить число регулировок. Рекордсмен ― марка Lincoln, с 2017 года предлагающая кресла с 15 настраиваемыми параметрами, включая индивидуальные изменения длины и наклона подушек каждого бедра. На американский манер, подразумевая, что все размеры можно менять в двух направлениях, их называют сиденьями с 30 регулировками.

Опциональные кресла Perfect Position седана Lincoln Continental позволяют индивидуально регулировать вылет и высоту правой и левой передних частей подушки в зоне опоры бёдер. По статистике, мужчины, молодёжь и стройные люди при прочих равных менее придирчивы к креслам.

Массажем уже вообще никого не удивить, он предлагается даже для пикапов Ford F-150. Несложные датчики, встроенные в сиденья, скоро позволят контролировать пульс водителя и предупреждать о потере бдительности. Наверняка в серию пойдут и развитые сенсоры нагрузки на сиденья, отслеживающие «карту» давления седока на обивку. Это полезно не только для оптимизации регулировок самого кресла, но и для настроек систем активной безопасности. И даже для противоугонных систем! Поэтому мы запросто можем вскоре прочитать на щитке приборов что-нибудь типа «ваши седалищные бугорки распознаны, хорошей поездки».

Источник