Liberečtí strojaři vyvíjejí sedačku pro bezpečnou a pohodlnou jízdu autem. Průběžnou optimalizací tuhosti jednotlivých podpůrných prvků a její proměnlivostí lze předcházet přetěžování některých částí lidského těla a přizpůsobovat sezení aktuálnímu způsobu jízdy. Možnosti regulovat tvrdost sezení individuálním a momentálním potřebám uživatelů však nabízejí uplatnění i mimo kabiny vozidel.
Vývojem moderní sedačky zvyšující komfort sezení i při dlouhých jízdách se řadu let zabývá vědecký tým katedry mechaniky, pružnosti a pevnosti Fakulty strojní Technické univerzity v Liberci (FS TUL). Už v roce 2012 získal český patent na zařízení upravující tvrdost sedáku automobilu podle potřeby uživatele. V současné době pracuje ve spolupráci s průmyslovým partnerem — libereckou firmou Elitronic a tureckými firmami Diniz Adient Oto Donahim, Flokser a MAN Türkiye na konkrétní podobě sedačky. Podle docenta Davida Cirkla z FS TUL je možné tento patent použít i v jiných oblastech než v automobilovém průmyslu.
Pneumatické prvky optimalizují sezení Je zřejmé, že dlouhodobé sezení v sobě skrývá různá rizika, například předčasná únava řidiče může způsobit prodloužení reakčního času a zvýšit riziko nehody. Výrobci automobilových sedaček se proto snaží co nejvíce přizpůsobovat sedák individuálním potřebám uživatelů, a to třeba pomocí regulace sklonu opěry, výšky sedáku či bederní podpěrou. Liberecký patent přišel s novou funkcí: umožňuje změnu tlakového profilu mezi pasažérem a sedákem a představuje další krok k personalizaci sezení. „Systém umožňuje kontinuální změnu tlakové špičky v rozmezí několika desítek procent. Elektropneumatický zpětnovazební obvod zajišťuje dostatečně rychlou odezvu na požadavky uživatele. Tato změna je buď prováděna uživatelem, nebo automaticky ve zvoleném režimu. Regulace probíhá plynule bez rušivého pocitu, ovládání je jednoduché a snadno použitelné,“ říká vedoucí týmu docent David Cirkl. Systém vyvinutý v laboratořích FS TUL je aplikovatelný na tvar sedačky navržený výrobcem a na standardní materiály a upravuje výhradně míru tvrdosti sedáku. Jde o to, že někteří výrobci preferují tvrdé, a jiní naopak měkké sedačky. Tím se interiéry automobilových značek odlišují a uživatel si prostě musí zvyknout. Přesto občas slyšíme ve svém okolí stížnosti lidí, kterým standardní úprava sedaček nevyhovuje. Nová technologie z Liberce ale umožní nastavit si tvrdost sedáku podle pocitu a momentální dispozice. Spočívá v tom, že do sedáku se vloží pneumatický pružící prvek, který se přifukuje nebo odfukuje. Tlak se zvyšuje vháněním vzduchu pomocí kompresoru. Čím víc vzduchu, tím je celý sedák tvrdší a naopak. „Do připraveného prostoru v sedáku vložíme tzv. insert ve tvaru kostky 10 × 10 × 35 cm. Vložíme ho do místa tzv. tlakové špičky, to je obvykle místo pod sedacími kostmi, kde je největší zatížení. Tlak se rozprostře po celém sedáku a tlaková mapa na monitoru ukazuje, jak tlakové špičky postupně zanikají se snižováním tvrdosti sedáku. Velikosti změny se pohybují do 20 až 30 %,“ říká docent Cirkl s tím, že v rámci projektu vyvíjejí v Liberci sedačku pro pasažéry autobusů a sedačku osobního automobilu.
Z laboratoří se dostává do výroby V současné době se nová technologie dostává do fáze výroby. Tým liberecké fakulty strojní a liberecké firmy Elitronic, zabývající se vývojem a výrobou průmyslové elektroniky, řeší v rámci projektu Pokročilé evropské sedačky pro globální inovaci v automobilovém sektoru další stupeň chytrého elektronického řešení široce použitelného v oblasti automobilových sedaček. „My vyrábíme řídicí jednotku k ovládání pneumatického prvku. Součástí naší práce je i tvorba softwaru pro řídicí jednotku, a právě vytváření vysoce sofistikovaných regulačních algoritmů je základem celého projektu. Tato technologie umožní využití automatické regulace k dosažení změny tlaku v kontaktní zóně mezi sedákem a sedící osobou. Z hlediska hardwarového řešení se jedná víceméně o standardní procesorem řízenou jednotku, jakých v moderních dopravních prostředcích najdete více. To, co našemu řešení vtiskává punc určité výjimečnosti, je soubor nových funkcionalit, které řídicí elektronika dokáže z nového typu pneumatických prvků vytěžit. Pneumatický prvek vyvinutý na katedře mechaniky, pružnosti a pevnosti FS TUL má jedinečné fyzikální vlastnosti, které ho pro aplikaci v sedadlech přímo předurčují. Řídicí jednotka dokáže díky senzorům a elektropneumatickým akčním členům měnit tuhost v jednotlivých zónách sedáku, a tím aktivně ovlivňovat pohodlí sedící osoby,“ konstatuje Ing. Radovan Mikulecký z firmy Elitronic a zároveň uvádí několik příkladů z oblasti této problematiky: Pocit pohodlí totiž závisí, kromě mnoha dalších faktorů, i na hmotnosti řidiče, která ovlivňuje deformaci pružné části sedadla. Řídicí jednotka na základě změřené hmotnosti a rozložení tlaků v jednotlivých zónách sedáku dokáže optimalizovat tuhost jednotlivých podpůrných prvků tak, aby nedocházelo k přetěžování některých částí lidského těla. Navíc při dlouhé jízdě může řídicí elektronika tuhost ovládaných zón cyklicky měnit, což má pozitivní účinek na krevní oběh v zatěžované části těla i v dolních končetinách. Díky tomu se může značně oddálit pocit „přesezení“, ztuhlosti a tím i celková únava řidiče. Dalším příkladem může být podle Ing. Mikuleckého aktivní přizpůsobení sedačky stylu jízdy řidiče. „Při dynamickém průjezdu zatáčkou řídicí jednotka vyhodnotí vektor směru a zrychlení jízdy a na základě toho může dočasně zvýšit tuhost bočních zón sedáku, aby udržela polohu řidiče v optimální poloze, což kromě subjektivního pocitu jistoty přispívá i k bezpečnějšímu ovládání vozidla. Dále mohu jmenovat třeba automatické přizpůsobení sedačky aktuální kvalitě povrchu vozovky a podobných chytrých funkcí pro zvýšení komfortu cestování máme v zásobě ještě více,“ dodává Ing. Mikulecký.
O moderní řešení sedaček je zájem v zahraničí Do projektu se jako první zapojily turecké firmy: výrobce dílů pro motorová vozidla (včetně sedaček) Diniz Adient Oto Donahim, největší turecký závod na výrobu autobusů MAN Türkiye a jeden z největších průmyslových podniků v Turecku Flokser, který řeší vývoj materiálů vhodných pro výrobu částí pneumatického systému a sedaček (polyuretany a další polymery). Jednání ale probíhají kvůli pandemii covidu- 19 jen on-line „Na základě konzultací a požadavků tureckých partnerů už pracujeme na funkčním vzorku sedáku s pneumatickým prvkem a řídicí jednotkou. Probíhají intenzivní zkoušky a prototyp sedačky ‚šitý na míru‘ by měli turečtí partneři představit už příští rok. Chceme mimo jiné vyřešit režim sinusoidy, aby sedák jemně a pomalu pulzoval, což by podle našich předpokladů mělo zlepšit prokrvení nohou. Intenzivně na tom pracujeme. Musíme samozřejmě počítat s očekávatelnými technickými problémy souvisejícími třeba s životností. Čekají nás laboratorní zkoušky na elektrickou a kapacitní náročnost a na životnost kompresoru,“ nastiňuje další vývoj docent Cirkl.
Spolupráce firmy s akademickou půdou je užitečná Zástupci firmy Elitronic se shodují v tom, že spolupráce s vědeckými týmy na univerzitě jsou pro ně přínosem. Již delší dobu firma spolupracuje s fakultou textilní TUL v oblasti nositelné elektroniky, kdy prvním společným počinem byla chytrá bunda pro cyklisty s integrovanou automatickou světelnou signalizací odbočení a dalšími bezpečnostními prvky. Vývoj inteligentní sedačky je vlastně dalším rozšířením spolupráce s libereckou univerzitou. „Pro naši firmu je velice cenné, že se nám s tímto projektem pootevírají dveře do oblasti automotive produkce. A protože prvním cílovým odběratelem našeho zařízení je prestižní výrobce autosedaček a sedadel do autobusů, musí i naše elektronika splňovat přísné požadavky spojené s výrobou pro automobilový sektor. Nejedná se však pouze o dosažení potřebných technických parametrů naší elektroniky, ale rovněž o splnění přísných požadavků na proces výroby a řízení jakosti. Společně s vývojem elektroniky tak pracujeme na potřebných organizačních a technických opatřeních, aby naše výroba odpovídala požadavkům na výrobu v automobilovém průmyslu. Většinu funkcí by měla řídicí jednotka vykonávat autonomně a zcela nenápadně. Optimálním výsledkem by mělo být konstatování řidiče, že se mu právě v tomto voze lépe řídí a je z cesty méně unavený, i když vlastně neví proč. Hledání, jak takového kýženého stavu dosáhnout, je právě smyslem spolupráce vědeckého pracoviště s vývojovým oddělením výrobce elektroniky spolu s dalšími zkušenými výrobci dopravních prostředků a jejich komponent. Myslím, že je to pro všechny účastníky projektu skvělá příležitost k inovaci, a hlavně k získání jedinečného know- -how v problematice komfortu sezení v sektoru dopravy,“ hodnotí spolupráci s libereckou fakultou strojní Radovan Mikulecký.
Najde širší uplatnění Díky jednoduché konstrukci, kompaktním rozměrům a variabilitě může systém pneumatického pružícího prvku podle docenta Cirkla nalézt uplatnění i v různých medicínských aplikacích a může tak výrazně snížit rizika bolestivých otlaků u lidí odkázaných na invalidní vozík nebo u pacientů dlouhodobě upoutaných na lůžko. /Jaroslava Kočárková/
