悬浮面料座椅冷却系统的制作方法

背景技术：

本发明涉及一种悬浮面料座椅，更具体地，涉及一种用于悬浮面料座椅的冷却系统。

悬浮或悬挂面料已普遍用作座椅的硬质表面和泡沫填充表面的替代物。这种悬浮面料座椅表面可以以类似于硬塑料座椅的重量和相对低的成本提供泡沫填充表面的舒适性。有利地，悬浮面料座椅使用悬浮面料中的预设张力来提供增强的舒适性，该预设张力可针对反作用力而调节，以满足舒适性需求，提供可调节的像素元素间距和可调节的像素化面部尺寸和形状。

然而，车辆座椅通常为泡沫填充类型，并且为舒适而设计。这种泡沫填充座椅包括焊接在一起以形成座椅结构子组件的钢结构和冲压部件。添加在乘员下方的钢悬浮层以桥接座椅结构梁之间的距离。钢悬架在座椅结构中的结构支柱之间提供一些吊床以增强舒适性。泡沫填充物，例如聚氨酯(pu)覆盖了钢结构和悬架，并且在使用过程中提供了力与挠度的柔度，从而为乘员提供舒适感。在典型的构造中，泡沫层覆盖有装饰罩，装饰罩可包括皮革、乙烯基和/或聚酯纺织面料、蓬松面料透气层和防止起皱的毡或粘合层。这些层通常用于管理舒适性要求以及碰撞事件期间的重力。

然而，泡沫的缺点在于，尽管它提供了舒适性，但难以冷却。当前的汽车座椅冷却设计使用鼓风电动机来产生真空，从而通过容纳在泡沫座垫内的歧管抽出空气。该泡沫不是多孔的，因此在泡沫内设计了空隙通道，这些通道将空气漏入间隔面料中以将空气吸入鼓风电动机风扇中。来自乘员的水分被从身体拉出进入歧管，从而导致水分蒸发，以提供凉爽感觉。

为了美观，传统的座椅设计使用由皮革或乙烯树脂制成的座椅罩或装饰罩。这些装饰罩本质上是无孔的。在装饰罩表面中开有小孔以产生将空气和湿气从乘员身上吸走的空气路径，从而提供冷却功能。这些穿孔对于关注样式的设计者可能是个问题，因为它们降低了美观性并且降低了装饰罩的坚固性。装饰罩中的孔被开得尽可能小，以限制从冷却的前排座椅到通常未冷却的第二和第三排座椅的外观差异。

较小的孔还减少了空气流动并且需要更大的、更强大的真空鼓风机来实现指定的冷却水平和冷却时间。因此，这些更大、功率更强的鼓风机汲取增加的电流，这在设计包括交流发电机的车辆电气系统时是限制因素。这不利地影响可用于车辆动力总成的发动机马力，最终影响了车辆里程评级。当使用所有仅依赖于电池充电的电动动力总成时，电流汲取尤其重要。因此，电流管理是汽车设计中的重要目标。

座椅冷却系统也相当复杂。除了空气/真空鼓风机之外，如上所述，需要泡沫填充中的空隙和装饰罩中的孔以便从座椅抽出空气。需要歧管和保护歧管的间隔面料以将空气从泡沫空隙抽至鼓风机。歧管可以形成为泡沫空隙系统的一部分，但也可以是连接到空隙和鼓风机的单独的部件。当泡沫和/或歧管被压缩时，当前的冷却歧管会出现性能问题，从而限制了空气流。较大的座椅乘员会压缩泡沫和/或歧管，从而导致减少或甚至没有用于冷却的空气流。

冷却系统还需要物理空间来容纳用于冷却功能的歧管。由于对空气流的阻力，鼓风电动机尺寸也相对较大。所有这些因素导致系统部件所需的空间增加，并且还增加整个座椅的厚度。

此外，在由电池供电的电动车辆中，电池容纳在覆盖车辆地板面板的电池托盘中。电池托盘需要空间(主要是高度)，这导致车顶线条升高，或者座椅结构的厚度减小。里程目标受到升高的车顶线的影响，升高的车顶线增加车辆阻力并降低车辆空气动力学性能。

还已知冷却系统用于悬浮座椅系统。当前的悬浮座椅冷却系统使用悬浮面料孔隙率来减小热传递阻力。这使得乘员能够获得周围环境的温度和湿度水平以提供冷却和体温调节。这种冷却系统的一个缺点是，用于冷却乘员的强制空气和环境空气所需的孔隙度需要悬浮面料中有孔，这对座椅的美观设计有影响。

因此，需要一种具有降低的复杂性的悬浮座椅冷却系统。期望地，这样的系统使用低轮廓设计，其包括冷却系统的部件的尺寸的减小以节省车辆中的空间。更期望地，这样的系统具有增加的电效率以降低冷却系统的电需求。更期望地，这种系统消除了目前泡沫座椅所需的间隔面料的需要。

技术实现要素：

一方面，公开了一种座椅及其冷却系统。座椅包括多孔座椅表面和设置在悬浮座椅表面的一侧上的空气间隔件。空气间隔件限定了空气通道。具有在其中的开口的基本不透气的屏障与空气通道连通，并且鼓风机被配置成通过座椅表面并从空气通道抽吸空气。从座椅表面的乘员周围抽取的空气从乘员吸走水分，使水分蒸发，以提供凉爽感觉。在一个实施例中，从座椅周边到真空鼓风机的整个空气行程中，吸入的空气平行于乘员皮肤并且尽可能靠近乘员皮肤流动。在一个实施例中，空气通道或歧管是薄的，靠近座椅表面以最大化乘员皮肤处的湍流空气流，从而实现高水分蒸发率。

在一个实施例中，座椅表面、空气间隔件和屏障沿着其周边密封。在一些实施例中，屏障形成为空气间隔件的一部分。空气间隔件和屏障可以形成为聚合物构件。聚合物构件可以具有一系列突起，并且这些突起之间的间隙至少部分地限定空气通道。

在其他实施例中，屏障是与空气间隔件分开的构件。在一个实施例中，空气间隔件由聚合物长丝形成。在一个实施例中，空气间隙部分地由多孔座椅表面界定。多孔座椅表面可以由例如织造面料材料形成。面料可以由经纱和纬纱纤维编织而成，并且屏障可以安装在经纱和纬纱纤维之一的选定位置上。

在一个实施例中，鼓风机围绕屏障中的开口安装。进气间隔件可以被安装到屏障上以将鼓风机与屏障隔开。第二屏障可以定位在鼓风机和鼓风机间隔件之间的进气间隔件上。

在实施例中，空气间隔件和屏障被配置为当座椅表面被加载时与座椅表面一起移动，并且鼓风机被安装为与座椅表面、空气间隔件和屏障一起移动。

在另一方面，座椅包括多孔座椅表面、在其中具有开口的基本不透气的屏障以及在座椅表面和屏障之间的空气间隙。真空源与空气间隙连通，使得通过真空源将空气经由座椅表面抽吸到空气间隙中并从空气间隙抽吸空气。空气被抽吸通过座椅表面并且离开座椅表面上的乘员以实现乘员的冷却。

座椅可以在空气间隙中包括空隙材料。在一个实施例中，不透气的屏障和空隙材料形成为整体构件。在实施例中，真空源是鼓风机，并且鼓风机被安装成随着座椅表面被加载而与座椅表面一起移动。安装件可以是例如悬浮安装件。

结合附图并结合所附权利要求书，根据以下描述，本装置的这些和其他特征和优点将变得明显。

附图说明

在阅读以下详细描述和附图之后，本实施例的益处和优点对于相关领域的普通技术人员将变得更加明显，其中：

图1是具有冷却系统的已知座椅设计的示例的图示；

图2是根据本公开的悬浮面料座椅冷却系统的实施例的图示，为了便于图示，座椅面料的一部分被移除；

图3是图2的悬浮面料座椅冷却系统的分解图；

图4是单丝间隔元件的照片；

图5是歧管层间隔件的图示；

图6a和6b是模制的挡板间隔元件的图示；

图7a和7b是模制的像素化间隔元件的图示；以及

图8a和图8b示出了无负载(图8a)和有负载(图8b)时的悬浮面料座椅冷却系统。

具体实施方式

尽管本公开容许各种形式的实施例，但在附图中示出并将在下文中描述一个或多个实施例，应理解，本公开仅被认为是说明性的，而不旨在将本公开限制于所描述或说明的任何具体实施例。

参考附图，特别是图1，示出了传统的座椅1和座椅冷却系统2。座椅1包括刚性框架3；泡沫4，例如框架3上方的聚氨酯泡沫；以及座椅装饰5，例如皮革、乙烯树基、布料等。冷却系统2包括安装到框架3和/或泡沫4的真空歧管6、垫圈7或类似间隔件以及安装到垫圈的真空/鼓风机8。

现在参考图2和图3，示出了根据本公开的悬浮面料座椅10和悬浮面料座椅冷却系统12。座椅10包括面料座椅表面14，该面料座椅表面在座椅表面14的边缘上具有载体16。面料座椅表面14和载体16形成座椅表面/载体组件18。座椅表面/载体组件18被定位在框架20中。在实施例中，载体16被包覆模制到座椅表面14上并且框架20被包覆模制到座椅表面/载体组件18上。在其他实施例中，可使用紧固件、粘合剂等将座椅表面14安装到载体16并且将座椅表面/载体组件18安装到框架20。

空气/真空间隔元件22(在本文中称为“空气间隔件”)邻近座椅表面/载体组件18设置，并且不透气构件或屏障24(例如膜或其他相对不透气的元件)设置在空气间隔件22的与座椅表面/载体组件18相对的一侧上布置。不透气构件24在其中具有开口26。应当理解，不透气屏障24基本上是不透气的，并且可以不是完全不透气的。即，尽管空气可穿过不透气构件24，但与由构件24保持的空气相比，穿过构件24或围绕构件24的任何空气可忽略不计。

进气间隔件28设置在不透气构件24上，第二不透气构件30设置在进气间隔件28上。进气间隔件28和第二不透气构件30均在其中分别具有彼此对准的开口32、34。

鼓风机安装件36在进气间隔件28和第二不透气构件30的相应开口32、34处安装到进气间隔件28和第二不透气构件30。具有鼓风电动机39的鼓风机38安装在鼓风机安装件36上。在一个实施例中，鼓风机38用作真空并从座椅表面14抽出空气。

在一个实施例中，座椅表面14、第一和第二不透气构件24、30以及进气间隔件28都是相对柔性的，以便如将在本文中更详细地描述的那样弯曲并与座椅表面14一起移动。

简要参考图5，在一个实施例中，座椅表面14由面料形成。在一个实施例中，面料由纤维或纱线(在本文中可互换地使用)织造，并且包括图示为垂直纤维的一系列经纱纤维40和图示为水平纤维的纬纱纤维42。典型地，经纱纤维40是纬纱并且在座椅底表面的前后方向或座椅背面或头靠的上下方向上延伸。纬纱纤维42通常是在横向于经纱纤维40的左右方向上延伸的单丝纤维。在coffield的美国第8，329，281号专利中公开了织造面料的示例，该专利与本申请共同转让，其公开内容全文并入本文。单丝纤维的示例在coffield等人的美国专利第8，857，033号和coffield的美国专利第9，156，211号中，专利与本申请共同转让，专利的公开内容以全文引用的方式并入本文中。

经纱纤维或纱线40是相对无弹性的，并且伸长小于约12-15％，优选小于约5％。经纱纤维40赋予面料蓬松度和厚度，并且能够被着色以用于有色面料悬浮组件。经纱纤维40用于通过将单丝(纬纱)纤维42拉出直线位置而使座椅表面14成形，以在整个面料座椅表面14中形成抛物线形状。经纱纤维40可以由例如聚酯纱线等合适的材料形成。

纬纱纤维42通常是弹性的，并且可以由例如嵌段共聚物单丝形成。当在应力应变曲线上测量时，这些纤维42可以定向和伸长超过10％，至多约30％。单丝纬纱纤维42可被定向和调节(如在升高的温度下)，并且可被分区地处理以获得座椅10形状的期望乘员压力图，从而使座椅10更舒适。

应当理解，这样的织物座椅表面14是多孔的，以促进空气在纤维或纱线40、42之间流过织物。

在一个实施例中，织造座椅表面14面料用载体16包覆成型。载体16材料可以是，例如，在化学上类似于织物单丝(纬纱纤维42)的嵌段共聚物，其在注模过程中允许化学结合。机械粘合也在包覆成型期间发生。然而，如上所述，在实施例中，座椅表面14也可使用紧固件、摩擦配合、粘合剂等安装到载体16。

再次参考图3，空气间隔件22设置在座椅表面14面料的底侧上。空气间隔件22在座椅表面14与第一不透气构件24之间产生了持续的空气间隙、通道或歧管44，通过该持续的空气间隙、通道或歧管可以从座椅表面抽取空气。空气间隔件22可以通过多种已知方式中的任何一种(例如粘合剂等)附接到座椅表面14上。可替代地，空气间隔件22可相对于座椅表面14“浮动”，同时通过例如框架20或座椅10结构的其他部分保持就位。

空气间隔件22可以由多种材料形成。例如，如图4所示，空气间隔件22的一个实施例是由例如单丝纤维形成的纤维间隔件。单丝纤维材料46足够坚固，其提供有限的压缩，但具有显著的孔隙度形成用于空气流的通道，同时还提供与座椅表面14一起拉伸和弯曲的能力，即使在高负载和点负载下也不会自身坍缩。

图5示出了空气间隔件122的另一实施例，其中，空气间隔件122形成为座椅表面114的一部分。在该实施例中，空气间隔件122由由座椅表面114面料限定的峰148和谷150形成。在一个实施例中，峰148和谷150由形成座椅表面114的纬纱纤维142(单丝纤维)形成。可以预料，在这样的实施例中，织物厚度将足以在经纱纤维140或纱线之间提供间隙以产生用于空气流的歧管144。在该构造中，峰148用作形成歧管144的间隔件并控制不透气构件124的附接，不透气构件124直接附接至座椅表面114的底侧。经纱纤维142行之间的谷150限定用于空气流的歧管144。不透气构件124在座椅表面114面料的底侧上密封歧管144，同时空气流朝向座椅表面114的顶侧朝向乘员发生。应当理解，在该实施例中，座位表面140、142的纤维，更具体地，座位表面114中的纬纱纤维142，连同不透气构件124一起形成歧管144，以使适当的空气流远离乘员。

在另一实施例中，如图6a和6b所示，空气间隔件222由低硬度的挡板形成，具有形成歧管244的一系列直立的可压缩突起252。空气间隔隔板222可以是由例如热塑性弹性体(tpe)材料形成的模制元件。挡板222被配置成允许歧管244根据舒适性的需要拉伸和弯曲/吊床，并且进一步允许挡板222附接到座椅表面(未示出)面料的底侧。挡板222可以在单次模制中形成为层，或者可以在悬浮框架上形成为由化学结合的两种材料模制的部件，以执行两种独立的功能。并且，与图5的实施例类似，空气间隔件222的该实施例也可用作第一不透气构件。

在另一实施例中，如图7a和7b所示，空气间隔件322可由定向聚合物构件形成，例如coffield等人的美国第8，185，985号专利和coffield的美国第9，131，776号专利中所公开的聚合物构件，两者均与本申请共同转让，其公开内容以全文引用的方式并入本文。在该实施例中，空气间隔件322由诸如嵌段共聚物的聚合材料形成，具有节点354和连接器356。如图7b所示，连接器356比节点354更薄。这样，连接器356之间的间隙358形成用于空气流的歧管344或通道。当聚合物构件322例如通过拉伸定向时，连接器356定向并拉伸至比结点354更大的程度，这给予聚合物构件拉伸和弯曲的能力，而非定向或较小定向的结点354提供保持座位表面(未示出)与第一不透气构件324之间的间隙或歧管344所必需的深度。在此实施例中，节点354之间的间隙或歧管344可用小壁料(未示出)填充，同时使连接器356之间和周围以及座椅表面与聚合物间隔件322之间的间隙敞开，使得聚合物构件不是多孔的，从而消除了对单独的第一不透气构件的需要。

第一不透气构件(统称为24)和第二不透气构件30可由多种材料形成。构件24、30是柔性的并且可以随着座椅表面(统称为14)的移动而伸展。第一构件24形成屏障，使得空气从座椅表面14(通过鼓风机38)通过空气间隔件(统称为22)吸入，而不是从周围但不穿过座椅表面14的环境吸入。如上所述，空气间隔件22的一些实施例不需要单独的第一不透气构件24，因为屏障形成为空气间隔件22的一部分。空气间隔件22包括开口26，鼓风机38通过该开口抽吸空气。

进气间隔件28设置在第一不透气构件24(或在其中第一不透气构件形成为空气间隔件的一部分的空气间隔件22)上。进气间隔件28在鼓风机安装件36与鼓风机38之间形成间隙以确保在鼓风机38与空气间隔件22之间存在空气间隙并且在鼓风机安装件36与鼓风机38周围提供柔性区域。进气间隔件28包括开口32，鼓风机安装件36和鼓风机38位于该开口32处。

第二不透气构件30在第一不透气构件24(或空气间隔件22)和进气间隔件28中的开口26周围提供密封。鼓风机安装件36和鼓风机38位于进气间隔件28和第二不透气构件30中的开口32、34处。

图8a和8b示出了处于未负载状态(图8a)和负载状态(图8b)的悬浮面料座椅10和冷却系统12。应当理解，当座椅10被负载l时，各种部件或层，例如空气间隔件22、第一不透气构件24(如果使用的话)、进气间隔件28和第二不透气构件30都与座椅表面14一起弯曲和移动。鼓风机安装件36和鼓风机38通过进气间隔件28安装到座椅10并且照此不弯曲。更确切地说，进气间隔件28提供了弯曲和移动。该构造确保从座椅表面14到鼓风机38的空气流动路径不被座椅10的任何部件阻塞或阻碍，或者当被负载乘员时不被阻塞或阻碍。

还应当理解，在所公开的每个实施例中，由空气间隔件22提供的空气间隙包括不透气背层24(作为单独的第一不透气构件24或作为空气间隔件22的一部分)，其防止或限制来自座椅10底侧的非期望区域的空气流。以此方式，空气流将通过座椅表面14面料进入空气间隔件22。该空气流路径确保空气以足够的速度在非常靠近乘员的湍流中移动以促进水分蒸发。靠近乘员皮肤移动空气提供了一种有效方法，可以从乘员周围去除和蒸发水分以提供凉爽感觉。

作为示例，参考图3中的空气间隔件22，空气间隔件厚度被配置成使得空气速度足以维持来自乘员周围的水分蒸发和冷却。预计大约2mm至15mm的厚度将提供所需的性能；然而，空气间隔件22的其他厚度将是合适的并且在本公开的范围和精神内。

另外，座椅表面14和空气间隔件22在座椅10结构下方没有压缩硬点地自由伸展和吊床，并且导致空气间隔件22被挤压，如图8a和8b所示。间隔件22将抵抗塌陷，使得能够在过度负载和尖锐负载下实现冷却功能。鼓风机38与座椅表面14有足够的间隙以防止空气路径阻塞和可能的空气路径塌陷。鼓风机间隔件28的材料是用于防止鼓风机38进气口附近的局部负载的附加层。还可以预期的是，鼓风机38的位置可以移动到例如座椅10上的铰接点，以消除阻塞或折叠空气路径的任何风险并消除或减少对鼓风机间隔件28的需要。

在所公开的实施例中，空气流通道或歧管44不妨碍座椅表面14的悬浮吊床效果，并且照此，因为座椅表面14和歧管44在负载下一体移动，所以提高了乘员舒适度，如图8b所示。鼓风机38提供用于空气和水分蒸发的真空，其可直接附接到座椅表面14和歧管44组件。

因为座椅表面14是悬挂的，所以可以降低通常与鼓风电动机39相关的鼓风机38噪声，使电动机39与车辆硬点隔离，从而降低风扇和电动机振动噪声。

如上所述并且如图8a和8b所示，座椅14和歧管44组件不会在点负载或高负载下塌陷，因为座椅表面14、歧管44和鼓风机38以及电动机39作为一个整体移动，避免与硬点接触，否则将使歧管(空气路径)44塌陷。

应当理解，在从座椅表面14的周边到真空鼓风机38的整个空气行程中，吸入的空气平行于乘员的皮肤并尽可能靠近乘员的皮肤流动。在实施例中，空气通道或歧管44足够薄且靠近座椅表面14以最大化乘员皮肤处的湍流空气流，从而实现高水分蒸发率。

还可以理解，虽然未示出，但传感器、监视器和控制器可以集成到冷却系统12中，以例如监视系统12和座椅10内的某些位置处的温度、监视鼓风机38的风扇速度和时间、监视湿度水平等。因此，可以根据需要将诸如热电偶、恒湿器、电流和电压传感器之类的温度传感器结合到系统10中。作为一个示例，热电偶或其他温度传感器可并入座椅表面的纤维40、42中。

在本公开中，词语“一”或者“一个”应被理解为包括单数和复数。相反，在适当的情况下，对复数项目的任何引用应当包括单数。本领域技术人员将理解，相对方向术语例如上、下、向后、向前等仅用于说明目的，而不旨在限制本公开的范围。

本文中提及的所有专利或专利申请均以引用的方式并入本文中，无论是否在本公开的文本中具体这样做。

从上文可以看出，在不脱离本发明的新颖概念的真实精神和范围的情况下，可以实现许多修改和变型。应理解，没有意图或不应推断出对所示的特定实施例的限制。本公开旨在由所附权利要求书涵盖落入权利要求书范围内的所有此类修改。