基于TRIZ 原理提升汽车座椅腰部支撑机构行程
杨常，李满贺，战磊
（长春富维安道拓汽车饰件系统有限公司，长春130033）
0引言
汽车行业经过100多年的发展至今，对于乘坐舒适性的要求越来越高。汽车座椅作为直接与乘员接触并提供保护和支撑的部件，是驾乘舒适感的重要组成部分。腰部支撑结构简称腰托，能够提升乘员的腰部的舒适感。D.E.De Carvalho 等[1]的研究阐述了座椅腰部支撑对于乘员腰部健康的重要影响。孟祥杰等[2]的研究说明，汽车座椅腰靠高度需要达到一定高度才能够降低乘员的腰部负载，起到提高舒适性的作用。
目前越来越多的汽车座椅设有腰托功能，高端车型多为电动调节，中低端车型多为
手动调节。目前
某车型应用的
腰部支撑结构
为手动调节方
式，具体结构如
图1所示。
结构图1简
化为图2，简单
描述，即闸线缠绕器受乘员手部驱动进行旋转，闸线缠绕其上，闸线长度缩短，进而横向和竖向钢丝向前平移，起到腰部支撑的作用。实际上，当乘员加载到最大旋转角度
时（如图3），钢丝向前的最大行程只能达到20mm ，不能达到要求值（30mm ），导致乘员乘坐舒适性不佳。1TRIZ 理论介绍
TRIZ 是发明问题解决理论的简称，是由苏联的科学家、发
明家根里奇-阿奇舒
勒（G.S.Altshuller ）于
1946年创立的一门理论。TRIZ 是研究人员在研究分析了200多万项高水平的专利后，发现了发明背后存在的某种规律和模式，又经过研究人员研究和验证，最终形成的一套研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则。
TRIZ 理论体系如图4所示，有多种工具用于分析问题、解决问题[3]。TRIZ 解决实际工程问题时，一般流程如图
摘要：目前座椅手动腰部支撑机构的调节行程不足，不能满足乘坐者的舒适性要求，为了改善此问题，通过应用TRIZ理
论，采用资源分析、功能分析、根原因分析等工具分析问题产生的根本原因，并运用矛盾冲突、物场模型、标准解等工具，最终得到13个解决方案。对所得方案进行评价，根据项目情况选择方案9和方案12，有效提高了机构的行程，解决了问题。
关键词：TRIZ；汽车座椅；腰部支撑；行程
中图分类号:U 463.83文献标志码:A
文章编号：1002-2333（2021）04-0069-05
Improved Lumbar Support Mechanism Length Adjustment of Car Seat Based on TRIZ Theory
YANG Changqun,LI Manhe,ZHAN Lei
(Changchun Faway Adient Automotive Systems Co.,Ltd.,Changchun 130033,China)
Abstract:At present,the length adjustment of the seat manual lumbar support mechanism is insufficient,which cannot meet the comfort requirements.In order to improve the problem,this paper uses TRIZ theory,resource analysis,functional analysis,root cause analysis and other tools to analyze the root cause of the problem,and uses conflict analysis,substance field analysis and standard solution tools to obtain 13solutions.In the end,the resulting scheme is evaluated,options 9and options 12are selected according to the project situation,which can effectively improve the length adjustment and solved the problem.
Keywords:TRIZ;car seat;lumbar support;adjustment
图1手动腰部支撑结构图
骨架
调节手柄
闸线缠绕器
钢丝挂钩
闸线
闸线导向挂钩
闸线固定挂钩
闸线套管及接头
横向钢丝
竖杆竖向钢丝图2手动腰部支撑结构简化图
钢丝挂钩
虚线为调整后的闸线和钢丝闸线导向挂钩
闸线固定挂钩
闸线
闸线缠绕器旋转
闸线
套管
钢丝挂钩
横向钢丝
竖向钢丝
图3手动腰部支撑机构行程不足
20mm 初始位置最终位置
5所示，即：先将行业问题转化为TRIZ 语言的问题模型，再使用TRIZ 工具解题，得到方案的模型，方案还需要结合应用行业内外的专业知识，才能得到最终的解决方案，本文将使用部分图4的典型工具，根据图5的流程，解决手动腰部支撑结构行程不足的问题。
2利用TRIZ 理论
优化腰部支撑机构
行程2.1问题描述
本系统为“座
椅腰部支撑系统”，
系统功能为“实现要求的变形”，系统的问题是变形的程度过小（20mm ），对新系统的技术要求是：增加变形程度，≥30mm 。
2.2最终理想解（IFR ）
最终理想解是创造性思维的方法，能够达到最终理想解（IFR ）的系统的一种表述就是：作为物理实体不存在，却能实现所有必要的功能。对于本系统，IFR 就是腰部支撑结构能自行调整到所需位置。利用IFR 得到技术方案如下：1）方案1。通过声音识别系统识别乘客发出的指令，将指令转化为信号通过电子控制系统驱动支撑结构的调节。2）方案2。通过脑电波接收系统接收乘客的脑电波并分析出指令，将大脑指令转化为信号，通过电子控制系统驱动支撑结构的运动。2.3资源分析
九屏幕法是从结构、时间及因果关系的角度对问题进行分析，即分析系统、超系统及子系统的不同时间的可用资源。本系统的九屏幕图如图6所示。
方案3、方案4示，方案3型出靠背支撑，域安装气袋，充气，支撑。如图8EPP 泡沫，通过
手柄驱动弯曲
钢丝旋转，进而
驱动EPP 泡沫向
前移动。
2.4功能分析
大切诺基5.7
系统的功
能模型图是由系统组件和组件中相互作用关系构成，可以揭示存在问题的功能和组件及相互作用关系。系统功能模型如图9所示，可以看出，横向钢丝、竖向钢丝和竖杆的运动受到有害的限制，同时闸线缠绕器和闸线挂钩及闸线套管和卡接接头对于闸线的作用力是不足的。
根据价值分析，将价值较低的几个零件用新的组件替
换，得到更新的功能分析图如图10所示，得到方案5（如图11），使用
凸轮和固
定于凸轮
上的弯曲钢丝代替原来的闸线系统。实现方法：手柄旋转带动凸轮旋
转，进而
图5TRIZ 的一般解题模式及流程
TRIZ 工具
待解决的问题最终解决方案
解决方案模型问题模型转化
应用图4
TRIZ 的理论体系
图6九屏幕法
木质座椅骨架，
乘客
座椅金属骨架，聚氨酯泡沫，乘客
复合材料、压铸座
椅骨架，EPP 靠背泡沫，乘客腰部支撑无调节
手动调节腰部
支撑
电动、气动、声控宝来1.4t保养
腰部支撑
表皮，填充物钢丝，闸线，调节
手柄
电动机，气泵，充气袋，开关按钮
超系统
系统
子系统
过去
现在
未来
图7方案3
镁合金
压铸骨架气袋
气泵图8方案4旋转钢丝
高密度EPP 泡沫
聚胺酯泡沫乘客
图10新功能分析图
手
转动
调节手柄
支撑骨架
转动竖杆
凸轮带动推动固定
限制驱动推动横向钢丝
靠背泡沫弯曲钢丝带动限制推动推动竖向钢丝图9功能分析图
手
调节手柄
骨架
竖杆
闸线挂钩
带动
推动固定
限制推动横向钢丝
靠背泡沫
二手飞度闸线套管和卡接接头
带动
限制
推动竖向钢丝
闸线缠绕器收紧
压迫
支撑
闸线
带动
限制
固定
固定
带动此弯曲钢丝旋
转，推动竖向钢丝
移动。
2.5根原因分析
根原因分析是
调查问题的重要方
法，出问题的真正原因，并依此提出改正和预防的措施，防止同类事故再次发生。根原因分析的工具有很多，如5Why法、鱼骨图法、因果链法等，本问题采用因果链法进行根原因分析，如图12所示。造成问题的根本原因有以下4点：1）闸线缠绕器直径小；2）闸线收拉变形伸长；3）横向钢丝固定于骨架上，受骨架限制；4）竖向钢丝强度大。
2.6技术冲突
在解决问题时经常遇到的情况是：提高产品某些性能时，可能影响相关联的零部件，可能使另一些方面的性能受到负面影响，这就是TRIZ理论描述的技术冲突[4]。1）技术冲突1。根据根因果分析，腰部支撑行程不足的原因之一是缠绕器直径小，增大其直径能够改善问题，但是会造成结构质量增加。用
通用的技术参数描述，即改善的参数是运动物体的长度，恶化的参数是运动物体的质量。通过查询矛盾矩阵，推荐的发明原理是：8.质量补偿原理；15.动态特性原理；29.气压和液压结构原理；34.抛弃或再生原理。根据“29.气压和液压结构原理”，得到方案6：将缠绕器零件尺寸增大的同时，采用微孔发泡技术注塑成型闸线缠绕器，使成品密度降低、结构增大同时质量增加有限。
2）技术冲突2。根据因果分析，增加闸线的强度能够减少闸线变形的损耗，有利于改善问题。但是会导致闸线难以弯曲，恶化调节手柄时的力。用通用的技术参数描述，即改善的参数是强度，恶化的参数是力。通过查询矛盾矩阵，推荐的发明原理是：10.预先作用；18.机械振动原理；3.局部质量原理；14.曲面化原理。根据“3.局部质量原理”得到方案7：将闸线改为分段设计，A段闸线钢丝保持不变，仍可以顺利变形，B段钢丝材料由普通钢材改为强
3）技术冲突3。根据因果分析，如果横钢丝不再挂接到骨架上，钢丝变形时将不再受骨架约束，改善使钢丝变形的力，但是会导致座椅受冲击时承受外力的能力下降。用通用的技术参数描述，即改善的参数是力，恶化的参数是强度。通过查询矛盾矩阵，推荐的发明原理是：35.物理或化学参数改变原理；10.预先作用原理；14.曲面化原理；
27.廉价替代品原理。根据“14.曲面化原理”，得到方案8：将横钢丝骨架
挂接处设计为
螺旋状，有利
于减小横钢丝
向前运动时所
受约束力，同
时对强度影响
很小。
4）技术冲突4。根据因果分析，将竖钢丝强度降低，能够降低使钢丝变形的力，但是会影响抵抗破坏的能力。用通用的技术参数描述，即改善的参数是力，恶化的参数是强度。通过查询矛盾矩阵，推荐的发明原理是：35.物理或化学参数改变原理；10.预先作用原理；14.曲面化原理；
27.廉价替代品原理。根据“35.物理或化学参数改变原理”，得到方案9：根据理论计算，将BC之间的距离减小有利于解决问题，将竖钢丝的结构按图16右图更改，卡接部分距离减小。
2.7物理冲突
对系统中某一个参数，提出两种不同的或者说相反的要求，即为物理冲突。
1）物理冲突1。根据因果分析，为了使横钢丝受力易变形，需要横钢丝的强度小；为了保证结构的强度和安全性，同时需要横钢丝的强度大，这是一对物理冲突。对于此物理冲突采取空间分离方法，选取“推荐原理3：局部质量原理”，得到方案10：将钢丝帘分成上下两部分，上部分主要保证结构的强度，下部分实现腰部支撑的调节，如图
图11方案5
凸轮
弯曲钢丝
图12根原因分析图13方案6
图14方案7
闸线缠绕器旋转
虚线为调整后的闸线和钢丝
闸线导向挂钩闸线固定挂钩
闸线
闸线
套管
钢丝
挂钩
横向
钢丝
竖向
钢丝
钢丝挂钩
B
图15方案8
图19方案12
17所示。
2）物理冲突2。根据因果分析，为了使闸线受拉力时应变小，要求闸线的强度大；为
了保证闸线在缠
绕上实现弯曲，要求闸线的强度小，这是一对物理冲突。对于此物理冲突采取空间分离方法，选取“推荐原理1：分
割原理”，得到方案11：参考链条形式，将闸线改为多节结构，既保证强度，又
能顺利弯曲。
3）物理冲突3。根据因果分析，为了增加闸线缠绕的长度，要求闸线缠绕器的直径大；为了降低零件的质量，需要闸线缠绕器的直径小，这是一对物理冲突。对于此物
理冲突采取空间分离方法，选取“推荐原理26：复制原理”，得到方案12：将闸线由1根改为2根，在不增加缠绕器直径的同时，理论上可以双倍增大闸
线的拉紧量。
2.8物场分析及标准解
阿奇舒勒通过研究，发现所有功能可以分解为两个物质及两个物质之间的相互作用场[5]。存在问题的物场模型可以在76个标准解中选择恰当的解，得到解决方案的物场模型，再通过挖掘其他知识工具，实现模型和方案的转换。
吃零食花掉半个亿1）物场分析1。在功能分析中，已经识别出闸线缠绕器对于闸线的收紧作用不足（如图20），功能模型如图21所示。
根据标准解法，选择“标准解S2.2.2：增加物质的分割程度”，分析得到方案与方案11相同，即链条多节结构，不再赘述。
2）物场分析2。在功能分析中，已经识别出骨架对于闸线挂钩的固定作用是不足的（如图22），根据标准解法，选择“标准解S2.2.1：使用更可控的场”，功能模型如图23所示，得到方案13（如图24）：改用电动机驱动方式收紧闸线，不受乘客操作手柄的行程限制，有效增大闸线收紧长度。
2.9
进化分析经典TRIZ 理论有八大技术进化法则，进化法则可以协助设计者预测技术未来的发
展[6]。根据其中
的能量传递法则：系统计划沿着缩短能量流动路径方向发展，得到方案14（如图25）：将腰部支撑的调节方式由旋转改为扳动，通过杠杆原理推动支撑板向前运动。
图17方案10
图18方案11图21功能模型1
图20功能分析1调节手柄收紧
压迫
转动
闸线缠绕器支撑
固定
闸线
闸线缠绕器
如何提高汽车舒适性闸线
机械场F
S1S2骨架
固定
闸线挂钩
支撑
固定
机械场
骨架
闸线挂钩
电场
F1
F2S2S1图22功能分析2图23功能模型2
图24方案13
图25方案14
支撑板
骨架
乘客
扳动
手柄靠背泡沫
（a ）调节前（b ）调节后
图16方案9
闸线缠绕器旋转
虚线为调整后的闸线和钢丝闸线导向挂钩闸线固定挂钩闸线
闸线套管钢丝挂钩横向钢丝竖向钢丝
天津夏利n3报价钢丝挂钩C
B
A
78A
83
3098
30
B
C 123现方案：闸线需调整15mm
A ′
100
104
30116
30B ′C ′
101
调整后：闸线需缩短12mm
理论计算
（上接第68页）
图7转换后明细表sheet 页面
Basic ，右击VBAProject 导入模块BOM 表转明细表V1.bas ，如图4所示。
4）明细表转换。双击模块-BOM 表转明细表V1，按快捷键F5运行程序，根据提示输入装配总图号和装配总图
名称，如图5所示。
转换前BOM 表sheet 页面如图6所示。转换后明细表sheet 页面如图7所示。4结语
明细表智能化编辑功能完善，实践证明，明细表编辑速度快且使用方便，使用户轻松地完成明细表编制。
[参考文献]
[1]濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计[M].9版.北京：高等教育出版社,2013.
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子工业出版社,2015.[4]
GAN G J.An Introduction to Excel VBA Programming:with
Applications in Finance and Insurance[M].Chapman and Hall/
CRC,2017.
（编辑
邵明涛）
作者简介：谭敬伟（1986—），工学学士，工程师，从事船舶设计工作。收稿日期：2020-10-09
表1方案汇总及评价
序号
名称
优点缺点
技术先进性目前可行性
1声音识别
自动化程度高
价格贵，系
统复杂☆☆☆☆☆
☆☆2脑电波控制自动化程度高价格贵，系
统复杂
☆☆☆☆☆
☆3压铸骨架气袋调节骨架生产率高，质量轻系统复杂，维修性差☆☆☆☆☆☆☆☆4靠背泡沫内嵌EPP 质量轻，形状复杂度高泡沫结构复杂☆☆☆☆☆☆☆☆5凸轮及钢丝驱动
传动可靠质量重☆☆☆☆☆☆☆☆6微孔发泡法缠绕器效率高成本高，结构设计受限☆☆☆☆☆☆☆7闸线分段设计
手柄操作力好成本高☆☆☆☆☆☆8横钢丝增加螺旋区增加钢丝变形量加工复杂☆☆☆☆☆☆9竖钢丝结构更改增加调节行程钢丝结构复杂
☆☆☆☆☆☆☆10钢丝帘分区设计增加调节行程，更改量小强度存在风险☆☆☆☆☆☆☆11闸线改为链条
手柄操作力好成本高☆☆☆☆☆☆12闸线一拖二增加行程成本略高☆☆☆
☆☆☆☆☆13电动机驱动增加行程成本高，质
量大
☆☆
☆☆☆☆14扳动调节效率高需要空间
大，质量大☆☆
☆☆☆
3方案评价
对上述方案优缺点及技术先进性、目前可行性进行对比分析，结果如表1所示。
4决策
根据方案对比分析结果，以及项目实际情况，最终选择结合方案9及方案12，综合实施，如图26所示，腰部支撑机构的行程可以达到30mm 以上。5结语
运用TRIZ 工具对汽车座椅腰部支撑机构行程不足的在提示及启发下，共到13个解决方案，有效解决问题。
通过本文描述的TRIZ 理论在汽车座椅结构设计当中的应用实例分析，认为TRIZ 理论可以用来解决汽车座椅设计的实际问题，值得大力推广TRIZ 理论及工具在解决实际问题中的应用。
[参考文献]
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[6]
檀润华，张青华，纪纯.TRIZ 中技术进化定律、进化路线及应用[J].工业工程与管理,2003(2):34-36.
（编辑邵明涛）
作者简介：杨常（1987—），女，硕士研究生，工程师，国家三级创新
工程师，国家一级创新咨询师，研究方向为汽车座椅设计、创新方法应用。
收稿日期：2020-09-27
图26最终方案