促进原始设备制造商的变革：设计适合未来需求的汽车内饰

自动驾驶汽车、替代动力系统技术的日益普及、汽车连接性的提高以及未来的“共享”出行是塑造2019年全球汽车市场的一些关键趋势——而其中的许多趋势都受到正在质疑是否需要拥有自己的汽车的千禧一代的巨大影响(Deloitte20191)。由于全球千禧一代比其他几代人更愿意使用汽车共享或类似服务，所以他们正在重新定义未来汽车的参数。与此同时，千禧一代正在进入“真正”的成年期并越来越多地开始投资购买新车——2因为他们中的许多人正在成家立业。汽车制造商需要预测这些偏好将如何影响千禧一代的购车决定，因为北美汽车销售的增长情况完全取决于他们的选择3。

 

 

这些发展为汽车制造商设计过程中的各个阶段带来了新的挑战。例如，汽车共享意味着需要由不同的驾驶员更频繁地调整内饰机构，因为每个驾驶员都有自己的偏好和尺寸。座椅或汽车后视镜中的机构需要通过确保平稳调节来满足这种需求，以适应使用量的增加。展望未来，自动驾驶将变得越来越受欢迎，而随着内饰变得更加灵活，也会引入更多调节机构，尤其是不再需要驾驶员的时候。

 

汽车内饰设计的可能性将从目前面向前方的内饰进行转变和拓展，成为可以让所有乘客彼此面对面的旋转座椅或能够让单人乘客在长途驾驶中躺下来小憩的座椅。再加上替代动力系统的最新进展，例如，电动汽车和混合动力汽车通常比化石燃料动力发动机产生的噪音更低，这降低了它们掩盖内部异响的能力，内饰机构需要通过设计来降低噪音，避免影响到驾驶员和乘客。

 

这种对于平稳调节和低噪音要求的提高给内部工程师带来了难题。轴承通常是内饰系统中的重要部件，它可能会由于结合部件的制造公差而出现摩擦变化。在这种环境中，较大的轴承间隙可以确保低摩擦，但也会增加发出异响的风险。因此，我们需要一种能够在没有间隙的情况下始终保持低调节力的解决方案，从而减少或完全消除异响。

 

那么，设计工程师要如何做呢？一种确保无间隙性能且始终具有低调节力的方法就是使用弹簧钢。这种材料用在公差环中，其弹簧状特性用于补偿制造公差，让径向力保持不变。然而，由弹簧钢制成的公差环本质上不是低摩擦设计，并且通常用作径向紧固件来将结合部件固定在一起。为了解决这个问题，有一个简单但却极其有效的解决方案：在弹簧钢的一侧增加PTFE滑动层，提供设计工程师所需的低摩擦表面。PTFE层还具有消除润滑需求的额外优势，确保该部件能够在车辆寿命内持久使用。这种独特的组合将整个结合部件公差范围内的一致力和低摩擦系数结合在一起，确保平稳轻松的调节且不会产生异响，因此能够在车辆整个使用寿命期间解决工程师的难题。

 

虽然现在看来这种设计非常简单，但工程师在使用这种材料组合进行概念验证时，却进行了长时间的详细研究。例如，Saint-Gobain在美国进行的测试表明在典型制造公差范围内，以最小、标称和最大间隙条件操作内部滑动系统所需操作力的大小（参见图1）。目前常用的工程塑料解决方案提供的操作力较高且一致性欠佳，而创新的弹簧钢和PTFE解决方案能够大大降低操作力，而且在公差范围内还表现出良好的一致性。此外，与通常让人感觉质量欠佳的工程塑料系统相比，弹簧钢和PTFE组合还能够明显地减少粘滑摩擦或分离力，带来质量更佳的感觉。

 

进一步测试表明，当滑动系统上下和左右振动时，弹簧钢和PTFE解决方案在低频时的振动噪声降低约8dB(A)，而在高频时的降低幅度较小（参见图2）。声级增加8dB(A)相当于声音增加大约70%。由于新型PTFE涂层弹簧钢解决方案可以最大限度地减少这种异响，因此可以显著降低整体噪音。这让汽车内饰变得更安静，确保在未来不断发展的汽车中，乘客不会注意到目前被更大的发动机噪音所掩盖的噪音，并且可以减轻日常通勤带来的一些压力。

 

此外，Saint-Gobain的工程师还对两种不同滑动速度（5和25mm/s，使用和不使用润滑剂）的滑动力一致性进行了测试。结果（图3）表明，弹簧钢-PTFE和工程塑料解决方案在两种滑动速度中的表现相当一致，而在较高速度下的摩擦力也只是略有增加。然而，工程塑料解决方案在干燥和润滑条件下再次显示出更高的滑动力，以及高粘滑摩擦。对于最终用户来说，高滑动力意味着在操作调节机构时需要花费更大的力气，而高粘滑性会带来劣质笨重的感觉。

 

弹簧钢和PTFE的组合能够实现无间隙轴承条件，不仅可以减少振动噪音，同时还能在典型的公差范围内始终保持低摩擦。这显著改善了使用该技术的内饰系统（例如，座椅）的质量感知，因为它们消除了与低质量轴承相关的粘滑摩擦。通过这种组合，工程师不再需要面对高摩擦变化或噪音难题，并且无需润滑，整体系统成本和组装复杂性也能得到降低。

 

对于汽车制造商而言，这也能够让千禧一代消费者获得他们期望在技术更先进的汽车（如自动驾驶汽车或电动汽车）内部空间中获得的高品质调节感。随着未来汽车面临的主要挑战变得更加复杂——从联网汽车的大数据、自动驾驶汽车的安全问题以及为汽车或乘车共享创造舒适的内部空间——内饰系统中看似微小的创新，就可以帮助设计工程师创建出新的出行解决方案。自动驾驶汽车、替代动力系统技术的日益普及、汽车连接性的提高以及未来的“共享”出行是塑造2019年全球汽车市场的一些关键趋势——而其中的许多趋势都受到正在质疑是否需要拥有自己的汽车的千禧一代的巨大影响(Deloitte20191)。由于全球千禧一代比其他几代人更愿意使用汽车共享或类似服务，所以他们正在重新定义未来汽车的参数。与此同时，千禧一代正在进入“真正”的成年期并越来越多地开始投资购买新车——2因为他们中的许多人正在成家立业。汽车制造商需要预测这些偏好将如何影响千禧一代的购车决定，因为北美汽车销售的增长情况完全取决于他们的选择3。

 

这些发展为汽车制造商设计过程中的各个阶段带来了新的挑战。例如，汽车共享意味着需要由不同的驾驶员更频繁地调整内饰机构，因为每个驾驶员都有自己的偏好和尺寸。座椅或汽车后视镜中的机构需要通过确保平稳调节来满足这种需求，以适应使用量的增加。展望未来，自动驾驶将变得越来越受欢迎，而随着内饰变得更加灵活，也会引入更多调节机构，尤其是不再需要驾驶员的时候。

 

汽车内饰设计的可能性将从目前面向前方的内饰进行转变和拓展，成为可以让所有乘客彼此面对面的旋转座椅或能够让单人乘客在长途驾驶中躺下来小憩的座椅。再加上替代动力系统的最新进展，例如，电动汽车和混合动力汽车通常比化石燃料动力发动机产生的噪音更低，这降低了它们掩盖内部异响的能力，内饰机构需要通过设计来降低噪音，避免影响到驾驶员和乘客。

 

这种对于平稳调节和低噪音要求的提高给内部工程师带来了难题。轴承通常是内饰系统中的重要部件，它可能会由于结合部件的制造公差而出现摩擦变化。在这种环境中，较大的轴承间隙可以确保低摩擦，但也会增加发出异响的风险。因此，我们需要一种能够在没有间隙的情况下始终保持低调节力的解决方案，从而减少或完全消除异响。

 

那么，设计工程师要如何做呢？一种确保无间隙性能且始终具有低调节力的方法就是使用弹簧钢。这种材料用在公差环中，其弹簧状特性用于补偿制造公差，让径向力保持不变。然而，由弹簧钢制成的公差环本质上不是低摩擦设计，并且通常用作径向紧固件来将结合部件固定在一起。为了解决这个问题，有一个简单但却极其有效的解决方案：在弹簧钢的一侧增加PTFE滑动层，提供设计工程师所需的低摩擦表面。PTFE层还具有消除润滑需求的额外优势，确保该部件能够在车辆寿命内持久使用。这种独特的组合将整个结合部件公差范围内的一致力和低摩擦系数结合在一起，确保平稳轻松的调节且不会产生异响，因此能够在车辆整个使用寿命期间解决工程师的难题。

 

虽然现在看来这种设计非常简单，但工程师在使用这种材料组合进行概念验证时，却进行了长时间的详细研究。例如，Saint-Gobain在美国进行的测试表明在典型制造公差范围内，以最小、标称和最大间隙条件操作内部滑动系统所需操作力的大小（参见图1）。目前常用的工程塑料解决方案提供的操作力较高且一致性欠佳，而创新的弹簧钢和PTFE解决方案能够大大降低操作力，而且在公差范围内还表现出良好的一致性。此外，与通常让人感觉质量欠佳的工程塑料系统相比，弹簧钢和PTFE组合还能够明显地减少粘滑摩擦或分离力，带来质量更佳的感觉。

 

 

进一步测试表明，当滑动系统上下和左右振动时，弹簧钢和PTFE解决方案在低频时的振动噪声降低约8dB(A)，而在高频时的降低幅度较小（参见图2）。声级增加8dB(A)相当于声音增加大约70%。由于新型PTFE涂层弹簧钢解决方案可以最大限度地减少这种异响，因此可以显著降低整体噪音。这让汽车内饰变得更安静，确保在未来不断发展的汽车中，乘客不会注意到目前被更大的发动机噪音所掩盖的噪音，并且可以减轻日常通勤带来的一些压力。

 

 

此外，Saint-Gobain的工程师还对两种不同滑动速度（5和25mm/s，使用和不使用润滑剂）的滑动力一致性进行了测试。结果（图3）表明，弹簧钢-PTFE和工程塑料解决方案在两种滑动速度中的表现相当一致，而在较高速度下的摩擦力也只是略有增加。然而，工程塑料解决方案在干燥和润滑条件下再次显示出更高的滑动力，以及高粘滑摩擦。对于最终用户来说，高滑动力意味着在操作调节机构时需要花费更大的力气，而高粘滑性会带来劣质笨重的感觉。

 

 

弹簧钢和PTFE的组合能够实现无间隙轴承条件，不仅可以减少振动噪音，同时还能在典型的公差范围内始终保持低摩擦。这显著改善了使用该技术的内饰系统（例如，座椅）的质量感知，因为它们消除了与低质量轴承相关的粘滑摩擦。通过这种组合，工程师不再需要面对高摩擦变化或噪音难题，并且无需润滑，整体系统成本和组装复杂性也能得到降低。

 

对于汽车制造商而言，这也能够让千禧一代消费者获得他们期望在技术更先进的汽车（如自动驾驶汽车或电动汽车）内部空间中获得的高品质调节感。随着未来汽车面临的主要挑战变得更加复杂——从联网汽车的大数据、自动驾驶汽车的安全问题以及为汽车或乘车共享创造舒适的内部空间——内饰系统中看似微小的创新，就可以帮助设计工程师创建出新的出行解决方案。

 

作者：Alfred Lethbridge , 圣戈班

 

参考资料：1.2019年全球汽车消费者研究——汽车行业消费趋势：Deloitte，20192.最大的增长动力：Dale Buss for Forbes，20183.千禧一代——曾被视为汽车市场的失落一代——现在是最大的增长动力：Dale Buss for Forbes，2018