單體座椅結構和成型方法

2023-10-10 05:40:49 1

專利名稱：單體座椅結構和成型方法
技術領域：
本公開文本總體涉及車輛座椅，更具體地，涉及用在座椅框架中的座椅結構以及用於形成該座椅結構的方法。
背景技術：
座椅結構(例如，座椅靠背框架、座椅底座墊框架、下部座椅結構、靠背框架座椅安全帶塔(tower)等)可為座椅組件提供強度以滿足如下的強度和/或耐用性要求，這些要求通常涉及政府法規(例如，FMVSS，ECE等)規定；或者由其他組織(例如，車輛製造商， 保險集團等)建議和/或要求。座椅結構還可被配置以滿足顧客(從而也滿足車輛製造商) 的要求，使座椅組件提供增強的功能性或實用性(例如，旋轉、摺疊、滑動等)，同時改善用戶可調節的舒適度。實現預期的結構特徵(例如，強度、剛度、耐用性等)、功能特徵和實用性的特徵一般需要使用附加的部件，這些附加的部件會不利地影響到重量、成本和舒適度。 座椅結構一般是通過將結構和功能特徵相對於重量、舒適度和成本進行平衡博弈而設計成的。通常，已知的是通過如下方法來構造座椅結構使用常規的衝壓工藝(例如，級進式或傳送式的模等)分別製造多個單獨的構件；然後使用另一工藝將這些成型構件聯接以完成它們的接合，例如，使用焊接工藝(例如，雷射焊接、氣體金屬弧焊(GMAW)等)、機械接合、膠粘等。這樣的構造方法具有若干缺點，至少一些缺點如下所述。首先，焊接工藝(尤其是雷射焊接)——用於接合成型金屬部件最常用的方法——需要相對於參數(例如，間隙、輪廓容限等)的緊密度容限(tight tolerances)，以產生可靠的結構焊接部，這會需要增加成型工藝的複雜度(例如，增加步驟以允許對於額外的容限控制的工具作用)和/或複雜的焊接固定裝置。第二，對於由需要保持緊密度容限導致的降低可靠性的顧慮會使製造商使用過多的焊接部來聯接所述構件以增強可靠性，這增加了單體成本和製造的周期時間。第三，可能需要單獨的工具來生產每個單獨的構件，這增加了單體成本和維護成本，並且可能不提供重複使用的機會，因為顧客還要求他們獨特的框架形狀和性能。第四，用於構造座椅結構的單獨構件的數量越多，導致缺少一個構件就使座椅結構的整個製造過程中止的可能性也越高。第五，這樣的構造方法需要在製造過程的下遊使用相當大數量的零件處理，這增加了單體成本。第六，這樣的構造方法會限制重量和強度的優化。例如，為了減少具有在不同座椅結構之間共享的單獨構件的部件的成本，用於共享構件的設計被如下要求驅使，該要求會導致製造商在結構上將座椅結構的多個部分進行超裕度設計(overdesign) 以實現縮減零件。第七，一些常規的聯接方法(例如，GMAW、緊固件等)要求重疊和/或增加材料，例如多餘的零件或填充材料，這不利地影響了重量和成本。第八，將多個單獨的衝壓構件聯接一般需要相當多數量的接合部、焊接部等。例如，常規的四個構件的靠背框架結構可能需要二十個以上的焊接部來將所述構件聯接為一個框架組件。對這樣高數量的焊接部以及焊接固定裝置(例如，旋轉傳送固定裝置等)的需要導致緩慢的製造周期時間。因此，需要設計並形成如下重量減少且成本降低的結構部件，同時滿足或超出增加的強度和耐用性的要求。另外，因為車輛的座椅組件的結構部件提供安全相關的功能，通常需要增加在動態車輛碰撞事件中處於承載路徑(load path)中的方法和部件的可靠性。 還需要對舒適度、重量和成本具有最小影響的附加功能。另外，當產品移向其製造周期的下遊時，處理或修改所述部件的成本顯著增加，因此期望減少或消除下遊操作。

發明內容
因此，本公開文本涉及一種用於車輛座椅組件的單體座椅結構。用於車輛座椅組件的單體座椅靠背框架包括一個第一側部、一個第二側部、一個上部橫向部分、一個下部橫向部分，它們聯接在一起以形成一個矩形的整體式框架結構。所述座椅靠背框架還包括從所述靠背框架的一個正面和一個內邊緣延伸的內壁；以及一個從所述靠背框架的所述正面和一個外邊緣延伸的外壁，由此在所述正面上形成一個通道。多個形成物形成在所述靠背框架中，以增加所述靠背框架的剛度。所述座椅靠背框架還包括多個接口，用於附接其他座椅部件，諸如頭枕組件、或例如傾角調節器的座椅靠背機構組件。這些附接組件的一些部件可被納入主單體靠背框架，諸如傾角調節器保持器環或頭枕杆固定器等。所述座椅靠背框架由金屬片的單片板和/或卷、拼焊板(tailored welded blank)、和/或拼焊卷製成。此外還提供了一種由拼焊板或卷製成的用於車輛座椅組件的單體座椅結構。所述單體座椅結構包括第一部分，其由第一材料等級製成並且具有第一材料厚度；以及第二部分，其由第二材料等級製成並且具有第二材料厚度。所述第一部分和第二部分聯接在一起以形成一個拼焊板或卷，同時所述材料處於平板狀態，利用一種冷成型工藝由所述拼焊板或卷製成所述單體座椅結構。所述單體座椅結構還包括形成在所述座椅結構中的多個形成物，用於加固所述座椅結構、或提供用於附接其他座椅組件或機構的接口。還提供了一種形成單體座椅結構的方法。所述方法包括如下步驟提供第一部分的材料，所述第一部分由第一材料等級製成並且具有第一材料厚度；提供第二部分的材料， 所述第二部分由第二材料等級製成並且具有第二材料厚度；通過將所述第一部分聯接至第二部分形成一個拼焊板；以及利用一種冷成型工藝由所述拼焊板製成所述單體座椅結構。 所述方法還包括如下步驟在所述座椅結構中形成多個形成物，以加固所述座椅結構。所述方法還包括如下步驟利用一種成型工藝(諸如冷成型工藝)由拼焊卷、拼焊板、或具有一致材料等級和厚度的單片板或卷中的一個製造所述單體座椅結構。本發明的一個優點在於，本發明的座椅結構具有減輕的重量，同時滿足或超出了強度、剛度和耐用性要求。本發明的另一優點在於，本發明的座椅結構易於製造，從而製造成本不那麼昂貴。本發明的再一優點在於，單體結構使得與形狀、尺寸、接口、以及強度和剛度的要求相關的適應性滿足材料等級、材料厚度和幾何形狀的最佳選擇。本發明的其他特徵和優點將是容易明了的，因為在閱讀了下面結合附圖進行的說明之後，這些特徵和優點會變得更好理解。


圖1是根據一個示例實施方案的車輛的立體圖。圖2是根據一個示例實施方案的座椅組件的立體圖。圖3是示出用於生產示例座椅結構的製造方法的實施例的流程圖。圖4A是根據一個示例實施方案用於形成供座椅組件使用的座椅結構(例如單體座椅靠背結構)的拼焊板的主視圖。圖4B是根據一個示例實施方案的單體座椅靠背結構的立體圖。圖4C是沿對應於圖4A和4B中的線A-A和B-B的區域所取的圖4B的單體座椅靠背結構的替代橫截面圖。圖5是根據一個示例實施方案用於形成供座椅組件使用的座椅結構(例如單體座椅靠背結構)的另一拼焊板的主視圖。圖6是根據一個示例實施方案的單體座椅靠背結構的立體圖。圖7是根據一個示例實施方案的由多個單獨成型部件所構造的座椅靠背結構的立體圖。圖8A是根據一個示例實施方案的、在冷成型之前的用於形成供座椅組件使用的座椅結構(例如單體座椅靠背結構)的另一拼焊板的——在多個部分接合之前的——多個部分的主視圖。圖8B是在通過一種接合方法——諸如雷射焊接——將所述多個部分接合之後的圖8A的拼焊板的主視圖。圖8C是圖8B的拼焊板的主視圖，包括側部構件部分中的預成型件。圖8D是圖8C的拼焊板的主視圖，其示出成型過程中的彎曲線的位置。圖8E是圖8A-8C的拼焊板在成型之後的立體圖，其示出了通常高應力區域的局部的改良截面特性。圖8F是根據一個示例實施方案在成型之前的用於形成供座椅組件使用的座椅結構(例如單體座椅靠背結構)的另一拼焊板的主視圖。圖9是根據一個示例實施方案的座椅底座結構的立體圖。圖10是根據一個示例實施方案的座椅底座託架組件的立體圖。圖11是根據一個示例實施方案的座椅底座墊盤(pan)的立體圖。圖12是根據一個示例實施方案的座椅底座墊盤的另一實施方案的立體圖。圖13是根據一個示例實施方案的升降器(riser)結構的立體圖。圖14是根據一個示例實施方案的雙人座椅靠背結構的立體圖。圖15是根據一個示例實施方案的可樞轉的雙人座椅底座結構的立體圖。圖16是根據一個示例實施方案的靠背框架的立體圖。圖17是圖16的靠背框架的部分前視立體圖和後視立體圖。圖18是在向後負載下的圖16的靠背框架的後視圖、側視圖和立體圖。圖19是根據一個示例實施方案的表面特徵優化的單體靠背框架的前視立體圖和後視立體圖。圖20是比較根據所述示例實施方案的靠背框架和一個表面特徵優化的靠背框架的性能的曲線圖。
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圖21是根據一個示例實施方案的單體冷成型靠背框架的前視等軸視圖。圖22是根據一個示例實施方案的單體冷成型靠背框架的後視等軸視圖。圖23是根據一個示例實施方案的單體冷成型靠背框架的主視圖。圖M是根據一個示例實施方案的單體冷成型靠背框架的側視圖。圖25是根據另一個實施方案的單體靠背框架的前視立體圖。圖沈是圖沈的單體靠背框架的後視立體圖。圖27是圖沈的單體靠背框架的側視圖。圖觀是圖沈的單體靠背框架的主視圖。圖四是圖沈的單體靠背框架的後視圖。圖30是圖沈的單體靠背框架的俯視圖。圖31是圖沈的單體靠背框架的仰視圖。圖32是沿A-A線所取的圖沈的單體靠背框架的橫截面圖。圖33是根據另一實施方案的圖沈的單體靠背框架的後視立體圖，該單體靠背框架包括一個頭枕附接組件。圖34是圖34的單體靠背框架的前視立體圖。圖35是根據另一實施方案的單體靠背框架的後視立體圖，該單體靠背框架包括一個頭枕附接組件和一個用於增強側部碰撞負載性能的可選裝置。圖36是圖36的單體靠背框架的前視立體圖。
具體實施例方式總體參照各附圖，示出了用於在機動車輛10的座椅組件12內使用的單體座椅結構5，以及用於形成該座椅結構5的方法。單體座椅結構5可被配置以實現各種特徵，例如期望的強度、耐用性、功能、實用性、重量、成本和/或用戶舒適度。參照圖1，示出了一個具有座椅的車輛10。車輛10可包括為車輛10的乘員提供的一個或多個座椅組件12。儘管示出的車輛10是一個四門轎車，應理解，座椅組件12可用於迷你貨車、運動型車輛、飛機、輪船或任何其他類型的交通工具。現在參照圖2，示出了一個座椅組件12。座椅組件12可包括座椅靠背18，以向就坐的乘員提供舒適、支承和保護。一個座椅墊(底座)20可操作地連接至座椅靠背，同樣向就坐的乘員提供舒適、支承和保護。一個頭枕22位於所述座椅靠背的上端。所述座椅組件12包括可操作地連接至所述座椅靠背和座椅墊的傾角調節器機構24，以提供座椅靠背 18相對於座椅墊20的可旋轉調節。所述座椅組件使用一個導軌組件沈固定至車輛。這個實施例的導軌組件提供座椅組件的相對位置的可調節性或移動，以使得就坐的乘員感到舒適或方便。座椅靠背18可包括例如，泡沫襯墊(pad) 28、裝飾罩30，以及單體座椅靠背結構32。座椅墊20可包括例如，泡沫襯墊34、裝飾罩36，以及單體座椅墊結構38。示出的座椅組件12是一般用於車輛前排的單人座椅，但是單體結構5可被包含在任意座椅組件 (例如，第二排長椅、第三排摺疊放平椅等)中，所述座椅組件可利用任意類型的座椅功能， 用於任意交通工具中。圖3是示出構造座椅結構——諸如該實施例的單體座椅結構5——的方法或過程的流程圖。該方法始於步驟500，用於製備加工材料(例如，卷片材料)的開始階段。該方
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法前進至步驟502，開始一個用於向所述材料(例如，金屬片)添加值的階段。該方法前進至步驟504，開始一個淨成型/近淨成型(net/near net shape)的階段。該方法前進至步驟506，開始一個用於形成可選的後成型操作的階段。該方法前進至步驟508，完成最後的單體結構。總的來說，板40(例如，拼焊板16等)可通過如下方法構造而成例如，使用常規手段(例如，雷射焊接等)將兩個或更多個部分42 (例如，鋼部分等)聯接成如下的一種(a)直接形成板40的形狀；或者(b)可被卷繞成待被處理以形成板40的材料卷46的材料44的長度。所述板40接下來可通過一種成型工藝48 (例如，冷成型工藝等)來形成，以形成單體座椅結構5 (例如，單體座椅靠背框架32等)。可選地，在初始成型工藝48之後， 可執行後成型或二次操作52以提供增強功能或性能的附加特徵，以及提供改善的特性、特徵、配置等。這些後成型或二次操作52可包括例如用於增加強度的局部熱處理等的操作。 這個工藝還可在利用單片材料板或卷的時候使用。拼焊板16可通過如下方法構造製成通過使用各種合適技術中的任一種將多個部分42直接聯接成板16的形狀。例如，所述多個部分42可通過從一卷片材46或多卷片材 46 (例如，其中片材的特性在每個指定卷上都是一致的，但是一個卷與另一卷的片材特性則有所不同)中切割出期望尺寸和形狀的段(section) M而獲得。從卷46中切割出的部分 M接下來可被以期望配置來定位並聯接在一起，從而形成拼焊板16，接下來可使用冷成型工藝使所述拼焊板成型。拼焊板16可通過如下多種方式來配置例如，通過改變多個部分 54的形狀、尺寸、數量、材料和厚度，以及在聯接之前改變不同部分的相對位置。或者，從卷中切割出的部分例如，由不同材料製成的具有不同材料厚度的部分等)可被聯接(例如，通過雷射焊接等)在一起，然後再被卷繞成單個鋼卷以形成沿其寬度具有不同特性的材料的拼焊卷56。所述拼焊卷56接下來可被部分展開，從中切割出一個段58，所述段58可通過任意合適的技術被修整以形成一個完整的拼焊板16。作為另一替代方案，所述段58可切割自所述拼焊卷56 (以及可能地，其他的卷)，這些段58可接下來被以期望配置定位並被聯接在一起以形成拼焊板16，接下來使用冷成型工藝將所述拼焊板 16成型。另一替代方案是直接將拼焊卷56持續進給到一個模(die) 60 (例如，級進式或傳送式的模)中以形成拼焊部件62。由拼焊卷56製成的板16可通過如下各種方式來配置 例如，改變卷56的條寬、改變所述部分42的形狀、尺寸、數量、材料和/或厚度，以及改變不同部分42在聯接之前的相對位置。根據本公開文本製造的拼焊板16提供了以下能力，例如，使多個部件集成在一起、使廢料最小化、減少處理、降低成本以及使強度和重量最優化。例如，可通過將拼焊板16 的不同部分的材料(即，機械特性)和厚度靈活地最優化以滿足強度和製造的要求，從而將重量和成本最優化。接下來可通過冷成型工藝形成所述拼焊板16以製造單體結構部件5， 所述單體結構部件可具有複雜的幾何形狀但只需要較少的二次操作和較便宜的固定裝置或工具加工(tooling)。所述單體座椅結構5的成本和重量可被最優化，以滿足或超出強度和耐用性要求以及常規座椅結構的強度和耐用性。座椅部件的重量減少對於車輛製造商可具有連鎖反應，因為重量減少影響其他部件(例如，制動器，傳動系等)的設計。這樣的重量減少還使得能夠納入具有較輕重量、較小尺寸、更高效等的其他部件，這可導致車輛10 的其他成本節省。被聯接以形成拼焊板16 (或者形成最終變成拼焊板16的拼焊卷56)的部分42可具有不同特徵。例如，部分42可由不同材料製成，和/或它們可具有不同厚度。拼焊板16 在關於改變待要聯接的不同部分42的特性(例如，板尺寸、形狀、機械特性、厚度等)方面是靈活的，這通過允許將每個部分42設計為滿足特定強度從而使單體結構5的重量和結構特徵最優化。相比於常規座椅結構，拼焊板16通過所述部分42更高效地嵌套(nesting) 而使廢料最小化來降低零件成本，以及通過要求較簡單和/或較少的工具加工來實現可靠焊接而使工具加工成本最小化。拼焊板16的工具加工可以更簡單和更便宜，因為被聯接的板16不是在聯接之前形成的，由此具有更為尺寸穩定的聯接特徵，這允許使用較不複雜或較便宜的固定裝置以實現必要的接合或焊接參數(例如，間隙等)來產生可靠焊接。這樣的焊接可靠性的增加還允許減少過多的焊縫，這進一步降低了成本並縮短了周期時間。重量更加最優化的拼焊板16可被冷成型製造(S卩，在常規環境溫度下在工具加工之間壓制)， 以形成重量和成本最優化的單體座椅結構5。單體座椅結構5可要求使用比常規結構更少的二次操作，因為工具加工可製造出複雜的幾何形狀，與常規結構相比，這極大地減少了處理操作。參照圖4A至圖5，示出了用於構造單體座椅靠背結構32的拼焊板16的實施例。 從而，每個拼焊板16都包括六個部分(P1_P6)64、66、68、70、72、74，但是取決於如下多個因素，所述部分的數目可以或多或少，例如焊接成本、材料成本、性能要求等。所述部分可具有相互不同的各種特徵。例如，第二部分66和第三部分68可以由第一類型的鋼製成且具有第一厚度，第一部分64可由第二類型的鋼製成並且具有第二厚度，第六部分74可由第三類型的鋼製成並且具有第三厚度，第四部分70和第五部分72可由第四類型的鋼製成且具有第四厚度。例如，第一部分(Pl)64可以由0.8mm厚的中等級屈服強度)高強度低合金(HSLA)鋼製成。第二部分和第三部分(Ρ2和Ρ3)66、68可以由0. 955mm厚的中等級HSLA 鋼製成。第四部分和第五部分(P4和P5)70、72可以由1.0mm厚的高等級(550_1000ΜΙ^屈服強度)HSLA鋼製成。第六部分(P6)74可以由0. 9mm厚的低等級(340MPa屈服強度)HSLA 鋼製成。應理解，這些材料和厚度僅作為示例示出，它們可以被適當修改。選擇之一是將已知為高強度鋼(HSS)的高強度低合金(HSLA)鋼替代為諸如雙相(DP)或復相(CP)鋼的增強高強度鋼(AHSS)，以利用它們的增強鋼特性，諸如高屈服和極限強度，從而實現相對高的延伸和高加工硬化速率。提供增強的成型特徵的其他類型的鋼(如TWP和TRIP)也是可能的。另一選擇是利用後成型的可熱處理的鋼，其中二次操作可提供強度的增加，同時在材料具有高的成型能力時的基礎階段形成一個零件。相同的策略也可應用在單片板或卷的情況下。圖5示出使用由兩個或更多個不同類型的材料(例如，第一鋼144、第二鋼146、以及第三鋼148等)構造單體座椅結構5 (例如，單體座椅靠背框架32等)的三種示例選擇。 例如，根據第三選擇，單體座椅結構5可由具有不同材料特性的六個部分構成。這些特性可被表示為在具有不同厚度的不同高強度鋼(HSS)例如SAE J2340 340、420或550XF、或者具有合適厚度的增強高強度鋼(AHSS)例如雙相(DP)或復相鋼(CPS)的等級內。利用AHSS 使得能夠利用較薄規格的材料來實現剛度性能要求，因此節省座椅結構的重量。使用第三選擇提供最大的材料布置靈活性，這為重量減少提供了更多機會。如果卷或板由單片材料製成，則可應用相同的策略。
在成型之前，多個部分(Pl到？6)64、66、68、70、72、74通過常規工藝(例如，雷射焊接等)被聯接成一個拼焊板16。每個部分的簡單幾何形狀通過具有更多尺寸穩定的焊接特徵(例如，間隙等)改善了焊接可靠性，並且通過允許使用不那麼複雜的工具加工降低了工具加工成本，從而需要對更少的尺寸穩定零件進行補償。將成型後的部件聯接的常規方法促成了這樣的尺寸不穩定性，並且需要使用更多昂貴的固定裝置來確保可靠焊接。拼焊板16的增加的焊接可靠性允許去除多餘的焊接部，這些多餘的焊接部在常規結構上由於較不可靠的焊接是需要的。一個示例的包括六個部分的拼焊板16可由六個焊接部相聯接，而另一個實施方案的包括四個部分的拼焊板16可由四個焊接部相聯接，這相對於可具有二十個以上焊接部的常規的四構件靠背框架是一個顯著改進。拼焊板16還具有改進的嵌套性能，這減少了廢料並降低了成本。圖4B示出了一個示例單體座椅靠背結構32，其重量和成本被最優化，可由圖4A的拼焊板16經過冷成型形成。這一相同的單體結構還可由具有一致材料等級和厚度的單片板或捲來形成。所述冷成型製造如下的單體座椅靠背結構32 具有變化的橫截面，如圖4C 中所示，並且具有複雜的幾何形狀，這允許如所需的其他組件(例如，頭枕組件22、傾角調節器組件M、可裝載的傳動杆等)的聯接。單體結構5可高效地形成複雜的幾何形狀，例如，所需的多個孔可通過一個工位形成(例如，切割、穿孔)。與常規結構相比，將需要一個級進模中的多個工位來形成所有孔。另外，單體結構5可在一個模(例如，傳送模等)中形成，而常規結構將需要多個級進模，每個級進模包括多個工位以形成單獨部件，因此降低了工具加工成本。通過利用拼焊板16減少重量可轉化為單體冷成型座椅結構5所需的包裝空間的縮少。這種包裝空間的縮小允許座椅組件12具有增大體積的輕重量泡沫以提高乘員的舒適度，或者增添特徵以增加功能性或實用性。單體座椅結構5生成具有與常規座椅組件相同強度的減少重量和降低成本的座椅組件12，這允許增加舒適度而對重量和成本的縮減具有較小影響，或者允許包括附加功能以抵消縮減的重量和成本。單體冷成型的座椅結構5還使下遊處理操作縮減，這進一步以省去用於零件處理的勞動力以及省去工具加工的方式降低了成本。單體座椅結構5還可通過將常規方法所需的分立部件集成在一起，減少下遊所需的緊固件的數量。設想了，各個部分42的數目、位置和配置以及各個部分42的特性(例如，機械特性、厚度)可被改變，例如以滿足特定的設計要求(例如，成本、重量、強度等)。圖4A到圖 5僅示例說明了由拼焊板16製成的單體結構5的靈活性。這種靈活性導致形成重量、強度和成本最優化的座椅結構部件5。這種相對於材料的靈活性允許在高成型應力的位置使用拉伸品質的鋼、或者相變誘發塑性(TRIP)鋼或孿生誘發塑性(TWIP)鋼，並且允許在存在高強度要求的位置使用高強度鋼(HSS)。圖6示出了由圖如的拼焊板16冷成型製造的單體座椅靠背結構76的一個實施例。拼焊板16的冷成型允許單體座椅靠背結構76具有變化的橫截面和複雜的幾何形狀， 同時特定區域具有被設計用於滿足強度和可成型性要求的獨特材料。冷成型工藝是靈活的，且不受指定材料的限制，因為它們僅說明了將常規的多個部件集成為一個複雜部件，該複雜部件的重量和強度可被最優化。現在參照圖6和圖7，示出了根據本發明的座椅靠背框架76(圖6)和一個常規座椅靠背框架77(圖7)的一些比較優點。常規的座椅靠背框架77(圖7)可通過使用常規技術(例如，焊接等)將多個單獨衝壓的零件——包括兩個側部構件78、80 ；—個上部橫向構件82 ；—個下部橫向構件84 ；以及兩個支撐構件86、88——相聯接而構成。這樣的常規工藝通常需要使用包括在座椅靠背框架77的構造中的支撐部件(Si和S2)86、88以滿足強度要求。或者是將側部構件78、80進行超裕度設計以適應僅在每個側部構件90、92的下部具有增加強度的需要。任一常規方法都導致出現額外的重量和成本(以單件成本和勞動力成本的形式)。構造座椅結構的常規方法包括用於材料處理和二次操作的相當大數量的無價值的額外時間。相反，單體座椅靠背結構76的示例實施方案(圖6)提供了大約22. 7% 的重量減少，同時提供了與圖7的常規多構件座椅靠背結構相同的強度。通過使用工業上認為傳統的(較低成本)材料諸如HSLA鋼，這種減少是可能的。單體座椅結構10的靈活性允許——單獨地或組合地——使用較少的常規材料(例如，高強度鋼、超高強度鋼、鋁、鎂等)，這些材料具有較高成本，但是存在獲得額外的重量節省的機會，並且還允許結合鋼使用這些材料(在這樣的情況下，可以考慮合適的接合方法，例如，釺焊、冷金屬過渡、導向焊 (steer welding)等)。圖6的示例替代實施方案提供了約觀.3%的重量減少，同時提供了與常規的多構件座椅靠背結構相同的強度。單體座椅結構5不受如下因素的限制指定材料的使用、多個部分的數量，或者示出的幾何形狀。因此，其他實施方案的重量減少不限於指出的數量。圖8A至圖8E示出了拼焊板16的另一實施例及其在構造單體座椅靠背結構32中的應用。在這個實施例中，拼焊板16可由如下四個部分構成，包括上部構件82、下部構件 84以及兩個側部構件78、80，如圖8A中所示。所述兩個側部構件78、80可取自同一鋼卷， 該鋼卷與上部構件82和下部構件84的不同，所述上部構件82和下部構件84中的每一個都來自單獨的鋼卷。例如，上部構件82可由第一材料製成並具有第一厚度，第一和第二側部構件78、80可由第二材料製成並具有第二厚度，下部構件84可由第三材料製成並具有第三厚度。所述多個部分可經由如上所述的接合工藝相互聯接以形成示例的拼焊板16，如圖 8B中所示。取決於目標幾何形狀的複雜度，示例的拼焊板16可具有初始形狀或預成型形狀94，其示出在圖8C中。示例的拼焊板16接下來可被冷成型，由此板16進行關於預定彎曲線96 (示出在圖8D中)的彎曲，以通過使構件向後形成為覆蓋其自身之上來增加單體結構32的截面特性(例如，轉動慣量等)，從而達到所要求的強度，其中在局部區域具有兩個材料厚度，如圖8E中所示。另一實施例可通過使構件向後形成為覆蓋其自身一次以上來形成具有增加的截面特性，其中在局部區域具有三個或更多個材料厚度。冷成型工藝的靈活性允許局部增加的強度以有效地應對單體結構在車輛中將要承受的負載。這樣的靈活性在高負載區域中是有用的，例如，其中傾角調節器機構M被聯接至座椅靠背結構18。根據另一實施方案，板可由單片材料的拼焊板16製成，所述拼焊板可整體具有共同的材料。圖8F 示出了在成型工藝的一個狀態中的板，其中板的中心已被去除，以使得能夠構造座椅靠背框架的所需形狀。參照圖9至圖13，其示出其他單體座椅結構5的一個實施例和常規座椅結構的實施例，它們表現了集成為單體座椅結構5的機會。圖9示出第一排座椅底座結構98的示例實施方案，其包括兩個底座側部託架(「B-託架」)100、102，兩個橫向管104、106，至少一個增強託架108(圖10)，以及多個構件110以將所述底座側部託架100、102聯接至導軌組件沈和橫向管104、106。可通過將這些部件任意組合集成在一起來冷成型製成單體座椅結構5。圖11示出了墊盤112(例如，具有完整墊盤的第一排座椅底座)的一個實施例，該墊盤在側部託架100、102上方被聯接至圖9的第一排座椅底座結構98，並且支撐座椅墊組件20的泡沫。墊盤112可與側部託架100、102集成以形成重量和成本最優化的單體座椅結構10。圖12示出一般用於增加座椅墊20的結構剛性的半個墊盤114 (例如，第一排座椅底座的半個墊盤)，其可與其他座椅墊部件——例如側部託架100、102以及圖10的增強構件——相集成，以形成如圖13中所示的示例單體升降器結構115。參照圖14，其示出了支撐多個乘員的常規座椅靠背結構117的另一實施例，其包括至少一個成型管116 ；至少一個背板118 ；多個託架120，以附接安全帶卷收器組件122 ； 超高強度塔(tower) 124，以轉移來自卷收器122的負載；多個安裝託架120，以連接至傾角調節器機構24 ；以及，多個託架120，以附接頭枕組件22。通過將多個部件集成為單體座椅靠背結構32或待通過二次操作進行聯接的多個單體座椅結構5，這個實施例提供了縮減重量和成本的相當大的機會。參照圖15，其示出了支撐多個乘員的常規可樞軸轉動的座椅墊結構126的另一實施例，其包括至少一個成型管128 ；至少一個墊盤130 ；多個託架132，以附接至車輛14的地板；用於樞軸轉動墊結構136的後部的裝置134 ；至少一個前支腳託架138，用於使墊的前部140相對於地板安裝託架132樞軸轉動；多條金屬線142，用於支撐泡沫34並附接裝飾件36。這個實施例的座椅通過將多個部件集成為單體座椅墊結構38或待通過二次操作進行聯接的多個單體座椅結構5，提供了縮減重量和成本的相當大的機會。本領域技術人員將認識到通過冷成型製造包括拼焊板16的單體結構5使座椅結構最優化的能力的廣泛應用。總體參照圖16至圖24，示出了單體靠背框架32的另一示例實施方案。所述單體靠背框架32總體包括第一側部構件78、第二側部構件80、上部橫向構件82、下部橫向構件 84、正面154和背面156。單體靠背框架32還包括從正面延伸的內側壁158、內邊緣155、從正面延伸的外側壁160、以及外邊緣157，以形成並限定一個基本U形的通道或輪廓172。單體靠背框架32還可具有一個以預定角度成角的彎曲部或部分168。在這個實施例中，彎曲部168位於第一和第二側部構件上，並位於上部橫向構件82和下部橫向構件84之間。如圖16中所示，單體靠背框架32由一種材料製成(例如，0.8mm厚、TWIP材料等)。在向後負載的情況下(例如，後部衝擊)，單體靠背框架32可能會遇到失效模式(例如，在側部構件78、80的中部彎折，等)，如圖17所示。使用快速線性優化工具或剖析圖能夠確認最優沿口圖樣(beadpattern)，以變硬、加固或增加靠背框架32的剛性，從而在向後負載情況下實現較高的承載負載能力，如圖18中所示。圖19示出了單體靠背框架32的另一實施例。單體靠背框架32包括形成在靠背框架32內的多個形成物150，例如肋/加固物、縫合摺(dart)、沿口、突出物、隆起、凹陷、變形、衝壓等，以增強座椅靠背框架32的強度和剛性性能，而不顯著增加其重量，如圖21-24 中所示。形成物150的數量、長度、形狀、寬度、尺寸、位置、定向等可適當變化和/或根據需要變化，以使單體靠背框架32的強度和性能最優化。圖20示出了一個將改進的單體靠背框架32與一個現有技術設計的靠背框架的性能(負載vs.時間(位移))進行比較的曲線圖。如圖20中所示，通過隨時間的過去經受得住顯著較高的力/長度，改進的單體靠背框架32遠遠優於未改進的靠背框架。改進的靠背框架32具有比現有技術的靠背框架設計高大約19%的負載承載能力，而對重量沒有任何影響。另外，改進的設計將彎折從側部構件78、80的中部移向側部構件78、80的底部，在側部構件的底部，通常附接有傾角調節器板152。這提供了可能對目前座椅靠背框架設計不滿意而改良和使用其他增強方案的機會。現在參照圖25-32，示出了根據再另一實施方案的單體靠背框架232。所述單體靠背框架232總體包括第一側部構件278、第二側部構件280、上部橫向構件282、下部橫向構件284、正面254和背面256。單體靠背框架232還包括從正面254的內邊緣255延伸的內側壁258、以及從正面254的外邊緣257延伸的外側壁260，以形成並限定一個基本U形的通道或輪廓272。單體靠背框架232還可具有一個彎曲部或部分268，該彎曲部或部分位於單體靠背框架232的一部分上，並且以一個預定角度成角度。在這個實施例中，該彎曲部268 位於上部橫向構件282和下部橫向構件284之間。所述單體靠背框架232還包括形成在靠背框架232中的多個形成物250、262，例如肋/加固物、沿口、縫合摺、突出物、隆起、凹陷、變形、衝壓等，以增強座椅靠背框架232的強度和剛性性能，而不顯著增加其重量。所述形成物250、262的數量、長度、形狀、寬度、尺寸、位置、定向等可適當變化和/或根據需要變化， 以使單體靠背框架232的強度、穩定性和性能最優化。在這個實施例中，一個豎直肋250被布置在第一側部構件278和第二側部構件280的一部分上，以增強單體靠背框架232的前 /後剛度，一個水平肋250被布置在下部橫向構件284的一部分上，以應對側部負載。這些肋(形成物)250的複雜度可根據使用的材料的類型而變(通常，幾何形狀的複雜度可隨著使用較低強度材料而增加)。在這個實施例中，一個縫合摺結構262形成在第一側部構件 278和第二側部構件280的轉角邊緣處(在外側壁的底部)，以提供靠背框架壁的穩定性。 單體靠背框架232還可包括多個孔264 (洞、擠壓孔、開口、凹槽、通道等)，以及用於附接其他部件的接口 /表面區域266，所述其他部件諸如傾角調節器機構、傾角調節器板、傾角調節器軸、泡沫、裝飾罩、頭枕等。單體靠背框架232還可包括沿內側壁和外側壁158、160布置或從其中延伸出的多個邊緣或凸緣270，它們向結構提供剛度、為座椅泡沫/裝飾品提供耐用性、減少鋒利邊緣、以及為其他部件(諸如泡沫、裝飾罩等)提供附接/靜止面。現在參照圖33和34，示出了包括頭枕附接組件273的單體靠背框架232。所述單體靠背框架232總體包括圖25-32中公開的單體靠背框架的特徵。頭枕組件273包括託架構件274以及第一和第二頭枕管275、276，諸如用於聯接至相應的頭枕杆、軸等的管狀軸、 延伸部、杆、頭枕杆容納構件等。託架構件274總體是一個布置在上部橫向構件282的通道的一部分內的細長構件。第一和第二管275、276包括聯接至上部橫向構件282的第一末端、以及從上部橫向構件282的頂部向上延伸的第二末端。託架構件274將第一軸和第二軸275、276固定在預期位置，並且固定至上部橫向構件282，並且還為上部橫向構件282提供額外的強度和剛度。一對傾角調節器板252附接至第一和第二側部構件278、280的附接接口 /表面區域266和孔264。傾角調節器軸277將傾角調節器板252連接在一起。現在參照圖35和36，示出了包括頭枕附接組件373的單體靠背框架332。所述單體靠背框架332總體包括在圖25-32中公開的單體靠背框架的特徵。在這個實施例中，上部橫向構件382包括一對孔(例如，擠壓孔、或凹槽等)，用於插入、附接以及固定穿過其中的第一和第二頭枕軸375、376，使得第一和第二頭枕軸375、376向上朝上部橫向構件382的頂部延伸。在這個實施例中，單體靠背框架332還包括位於下部橫向構件384的U形通道
13372中的增強構件379。所述增強構件379幫助應對側部負載，並且增加單體靠背框架332 的強度和性能。所公開的單體座椅結構可由各種材料製成，諸如具有一致材料等級和厚度等的拼焊板、拼焊卷、單片板或卷。單體座椅結構可由各種鋼等級和類型製成，諸如HSLA、AHSS(雙相、復相、TRIP、後成型可熱處理的鋼(諸如鋁、錳等)等。所使用的材料可根據如下各種因素被最優化，諸如待要製造的結構或部分的類型、所述結構或部分的位置、所述結構或部分的幾何形狀要求、所述結構或部分的強度要求等。例如，較低強度材料通常具有較高的可成形性，這使得能夠在結構或部分的設計中納入更多(或較高複雜性)的幾何形狀，但是可能要求較大的厚度來通過使用較低強度材料來重新獲得丟失的強度。可根據結構或部分的類型以及它們在座椅組件內的位置所規定的需要，將材料的可成形性和強度進行最優化和平衡。應著重指出的是，各種示例實施方案中所示的單體座椅結構的構造和布置僅是示例性的。儘管在本公開文本中僅詳細描述了一些實施方案，但是本領域技術人員在閱讀本公開文本後將容易認識到，在不實質偏離此處所述的主題的新穎教導和優點的情況下，許多修改都是可能的(例如，改變各種元件的大小、尺寸、結構、形狀和比例，改變參數值、安裝布置、使用的材料、顏色、方位等)。此外，單體座椅結構可包括額外的常規已知用於車輛座椅的特徵。例如，示出為整體成型的元件可由多個部分或元件構成，元件的位置可以被顛倒或者以其他方式改變，分立元件的類型或數量或者位置可以被修改或改變。任何過程或者方法步驟的次序或順序都可根據替代實施方案被改變或重新排序。在上述教導的啟示下，本公開文本的許多修改和變化都是可能的。因此，在隨附權利要求的範圍內，可按照除了如具體所述以外的方式來實踐本公開文本。
權利要求
1.一種用於車輛座椅組件的單體座椅靠背框架，所述單體座椅靠背框架包括一個第一側部和一個第二側部，所述第一側部和第二側部間隔開並且相互平行，所述第一側部具有第一末端和第二末端，所述第二側部具有第一末端和第二末端；一個上部橫向部分，其具有第一末端和第二末端，所述第一末端聯接至所述第一側部的第一末端，所述第二末端聯接至所述第二側部的第一末端；一個下部橫向部分，其具有第一末端和第二末端，所述第一末端聯接至所述第一側部的第二末端，所述第二末端聯接至所述第二側部的第二末端；以及一個內壁，其從所述靠背框架的一個正面和一個內邊緣延伸；和，一個外壁，其從所述靠背框架的所述正面和一個外邊緣延伸，由此在所述正面上形成一個U形通道，其中所述靠背框架由具有一致材料等級和厚度的單片板材料製成。
2.根據權利要求1所述的單體座椅靠背框架，進一步包括形成在所述靠背框架中的多個形成物，用於增強和加固所述靠背框架。
3.根據權利要求2所述的單體座椅靠背框架，其中所述多個形成物包括沿所述第一側部的一部分豎直形成的肋，以及沿所述第二側部的一部分豎直形成的肋，用於增強和加固第一側部構件和第二側部構件；以及沿下部橫向構件的一部分水平形成的肋，用於增強和加固所述下部橫向構件。
4.根據權利要求3所述的單體座椅靠背框架，其中所述多個形成物包括在第一側部構件和外側壁之間的轉角邊緣的一部分上形成的轉角肋，以及在第二側部構件和外側壁之間的轉角邊緣的一部分上形成的轉角肋，用於增強、加固以及穩定所述靠背框架。
5.根據權利要求1所述的單體座椅靠背框架，進一步包括從外側壁和內側壁的邊緣延伸的多個凸緣。
6.根據權利要求1所述的單體座椅靠背框架，進一步包括用於附接座椅部件的多個孔。
7.根據權利要求1所述的單體座椅靠背框架，其中第一和第二側部構件包括一個彎曲部分，使得所述靠背框架的一部分向後彎曲一個預定角度。
8.根據權利要求1所述的單體座椅靠背框架，進一步包括聯接至上部橫向構件的一個託架構件，以及聯接至所述託架構件的一對頭枕管，所述託架構件用於將所述頭枕管固定並且向所述上部橫向構件提供額外強度。
9.根據權利要求1所述的單體座椅靠背框架，進一步包括一個加強構件，所述加強構件布置在第一側部構件和第二側部構件之間的下部橫向構件上，所述加強構件用於增強所述下部橫向構件。
10.一種用於車輛座椅組件的單體座椅結構，所述單體座椅結構包括第一部分，其由第一材料等級製成並且具有第一材料厚度；第二部分，其由第二材料等級製成並且具有第二材料厚度；以及其中所述第一部分和第二部分聯接在一起以形成一個拼焊板，利用一種冷成型工藝由所述拼焊板製成所述單體座椅結構。
11.根據權利要求10所述的單體座椅結構，進一步包括形成在所述座椅結構中的多個形成物，用於增強和加固所述座椅結構。
12.根據權利要求11所述的單體座椅結構，其中所述多個形成物包括形成在所述座椅結構中的肋，用於增強和加固所述座椅結構。
13.根據權利要求10所述的單體座椅結構，其中所述單體座椅結構是座椅靠背、座椅靠背框架、座椅靠背側部構件、座椅靠背橫向構件、座椅底座、座椅底座框架、座椅底座側部構件、座椅底座橫向構件以及座椅墊盤中的一個。
14.一種形成單體座椅結構的方法，所述方法包括如下步驟提供第一部分的材料，所述第一部分由第一材料等級製成並且具有第一材料厚度； 提供第二部分的材料，所述第二部分由第二材料等級製成並且具有第二材料厚度； 通過將所述第一部分聯接至第二部分形成一個拼焊板；以及利用一種冷成型工藝由所述拼焊板製成所述單體座椅結構，其中所述單體座椅靠背框架包括一個第一側部和一個第二側部，所述第一側部和第二側部間隔開並且相互平行，所述第一側部具有第一末端和第二末端，所述第二側部具有第一末端和第二末端；一個上部橫向部分，其具有第一末端和第二末端，所述第一末端聯接至所述第一側部的第一末端，所述第二末端聯接至所述第二側部的第一末端；一個下部橫向部分，其具有第一末端和第二末端，所述第一末端聯接至所述第一側部的第二末端，所述第二末端聯接至所述第二側部的第二末端；以及一個內壁，其從所述靠背框架的一個正面和一個內邊緣延伸；以及一個外壁，其從所述靠背框架的所述正面和一個外邊緣延伸，由此在所述正面上形成一個U形通道，其中所述靠背框架由具有一致材料等級和厚度的單片板材料製成。
15.根據權利要求13所述的方法，進一步包括在所述座椅結構中形成多個形成物的步驟，用於增強和加固所述座椅結構。
全文摘要
一種用於車輛座椅組件的單體座椅靠背框架，所述單體座椅靠背框架包括一個第一側部、一個第二側部、一個上部橫向部分、一個下部橫向部分，它們聯接在一起以形成一個矩形的整體式框架結構。所述座椅靠背框架還包括從所述靠背框架的一個正面和一個內邊緣延伸的內壁；以及一個從所述靠背框架的所述正面和一個外邊緣延伸的外壁，由此在所述正面上形成一個通道。多個形成物形成在所述靠背框架中，用於增加所述靠背框架的強度和剛度。所述座椅靠背框架還包括多個孔，用於附接其他座椅部件，諸如頭枕組件。所述座椅靠背框架由單片板、拼焊板、和/或拼焊卷中的至少一個製成。
文檔編號A47C7/02GK102481055SQ201080037533
公開日2012年5月30日 申請日期2010年7月27日 優先權日2009年7月27日
發明者A·A·凱梅德, A·J·埃拉爾德, A·凱斯汀, A·薩維斯基, C·M·阿莫德奧, D·J·薩金南, D·海耶斯, E·A·艾倫, F·希爾斯, J·D·科垂, J·F·普羅斯尼維斯基, M·M·彼得羅維奇, M·S·威廉姆森, N·L·佩託霍夫, O·澤卡維卡, P·W·威爾遜, R·J·希克斯, 熊有志 申請人:江森自控科技公司