有关动态舒适性的汽车座椅系统的研究

王超

摘 要：随着人们生活质量的提高，对汽车的需求量也随之增加。提高汽车座椅的舒适性是车企增强竞争力的重要途径，同时还可以提高驾驶的安全性，因此对汽车座椅动态舒适性的研究就显得极为重要。

关键词：动态舒适性；汽车座椅；安全性

汽车座椅在汽车使用中有着如下重要作用：（1）给驾驶员和乘客有力支撑。通过为人体提供合宜的体压分布，座椅能够充分保证汽车行驶中驾驶员和乘客的平衡和稳定。（2）固定驾驶员位置。良好的视野，便捷的挂档、刹车等操作是平稳驾驶的重要前提，座椅能够固定驾驶员的位置，加上安全带，能够保障驾驶员舒适地驾驶汽车。（3）保证驾驶员和乘客安全。舒适的座椅能够降低驾驶员的疲劳度，减少事故的发生，即便出现意外，座椅也能减轻对人员的伤害。简而言之，汽车座椅能够在规定的条件下，保障驾驶员和乘客的舒适度，并且能够保障安全驾驶，减轻意外伤害。

1 影响座椅动态舒适性的因素及评估方法

1.1 椅垫的体压分布

根据人体形态学可知，人在坐立时，坐骨结节处是人体受力最主要部位；而大腿下有着大动脉分布，不宜承重。因此，设计的座椅压力分布应该是不均匀的，在坐骨结节处应该更加舒软，用于缓解久坐的疲劳。

1.2 汽车车体的振动

当汽车行驶在凹凸不平的路面时，车辆会颠簸振动，同时汽车本身也有着机械振动，这样驾驶员将受到纵向、横向以及垂直方向的振动，甚至还有围绕这三个方向的角振动。在这些振动中，垂直振动和横向振动对人的影响最大，会引起晕车等不良反应。研究表明，人体对4～8Hz频率的振动最为敏感，人体在经受这些振动时，轻则产生疲劳，乏困反应；重则产生头晕恶心以至呕吐反应。因此，研究如何能够减轻4～8Hz频率段的振动是提高座椅舒适度的重要方面。[1]

1.3 汽车座椅动态舒适性的评估方法

吸收功率法，即用人体振动系统内部吸收的平均能量来衡量人体的舒适性。单一不舒适性指数法，这个方法是NASA最先使用的，是将汽车行驶中，五个方向的振动幅度和车内噪声加以监控，将统计数据，输入经验公式，从而得到不舒适指数。

2 国内外对座椅舒适性的研究

2.1 国外对汽车座椅舒适性的研究

早在上世纪40年代，就有国外学者对汽车座椅舒适性进行研究；到了60年代，随机振动理论兴起，借助这个理论，对汽车行驶中的振动也进行了更深入研究，找到了对人体影响最大的振动。在理论研究的同时，国外学者也不断地改进座椅设计，进行了大量的实验。例如，人-椅系统的传递特性、不同姿态下人体振动模型等，这些实验、模型都取得了不错的成果。直到90年代，有企业成功研制出了空气悬挂式座椅，这极大地改善了载货汽车和大客车驾驶员的驾驶体验。并且逐渐成为汽车座椅动态舒适性研究的一个新方向，吸引着研究者前仆后继。目前以美国ROHO为首的研发机构，已经研制出了充气坐垫椅，这一革新技术，极大改善了驾驶体验，也越来越被汽车生产厂家重视。

2.2 我国对汽车动态座椅舒适性的研究

我国在这一块研究起步较晚，与世界前沿有着明显的差距。上世纪80年代，计算机在我国开始普及，极大地提高了汽车座椅动态参数的建模，优化分析能力，各大车企产出了丰富的研究成果。例如，洛阳拖拉机研究院成功改造了矿业车和拖拉机的座椅，设计出了剪式悬挂座椅，大大缓解了车辆颠簸对驾驶员的影响。不过，总的说来，我国汽车座椅动态舒适性的研究还是比较落后，归纳原因，有以下几点。（1）研究方法不够先进。由于我国起步晚，加之国外对最前沿技術的垄断封锁，我国研究人员缺少必要的理论支撑，自主创新能力又不足。座椅减振是一项综合技术，涉及系统动力学，机械振动等，而我国在这些方面的研究也跟不上，所以，我国汽车座椅舒适性研究只能缓慢进行。（2）监管层面不够重视。在我国，座椅舒适度没有硬性要求，不作为出厂检测的强制指标，所以大多数企业不够重视，抱着能生产销售就可以的态度，低标准生产。未来随着客户追求的提升，可能会倒逼企业加强对座椅舒适度的研究。

3 改善汽车座椅动态舒适性的新技术

3.1 充气坐垫

该革新产品是由美国ROHO集团研制，能够很好地提高驾驶舒适性。坐垫为48*48厘米的正方形，厚度为5厘米，总重量为1公斤；[2]该坐垫使用的材质是氯丁橡胶，有很好的耐磨和抗挤压性；为了克服驾驶员坐立时身体浸入坐垫内，当驾驶员坐满坐垫时，坐垫会调节位置，使驾驶员和座椅之间的距离保持在1厘米左右。

3.2 充气坐垫原理简介

充气坐垫各单元是相通的，空气能在彼此之间相互流动。当驾驶员挪动时，坐垫的外形会随之变化，保证了体压的均衡。因此，充气坐垫内部的一个个充气单元就相当于传统坐垫中的减震器，其阻尼系数由充气单元所受压力、尺寸以及单元之间空气交换速率决定。[3]坐垫内相邻的充气单元结构能够通过一个简单的模型来说明，即每个充气单元四周封闭，单元之间空气的流动是依靠底部的通道。

3.3 充气坐垫的优势

坐垫采用的是ROHO公司特有的拟合技术，合理的体压设计，能够帮助驾驶员调节臀部血液循环，减少疲劳感，避免长期驾驶带来的麻木感，整体上提高了驾驶的舒适感。还可以缓冲车辆行驶途中，碰撞、振动对人体带来的不适。充气坐垫能够帮助驾驶员纠正坐姿，减轻后背的疲劳感。从物理学角度来看，由于各充气单元的联通，空气的自由流动，坐垫在承受不同压力时，能够自我调整坐垫内每个单元的形状，增大受力面积，降低人体受力压强。柔韧的氯丁橡胶外膜和极易形变的内充空气，能够彻底摆脱传统泡沫坐垫使用久后硬化的弊端。且充气坐垫的制作成本较低，能够很快地得到推广。

4 结束语

如上文所述，汽车座椅的动态舒适性是汽车驾驶体验的重要组成部分，也是消费者购买欲望的重要参考指标。提高座椅的舒适性不仅是迎合消费者心理的需要，更是保障驾驶员生命安全的需要，还是汽车企业提高核心竞争力的需要。因此，国内企业要紧跟技术革新的步伐，参与竞争，投入必要的研发力量，加强同世界先进机构的合作，生产更加安全，更加贴近消费者需求的座椅，这样在面对日益增大的中国汽车消费市场才能不失良机，跨越发展。

参考文献

[1]崔志磊，苏东，王金娥.汽车座椅电动滑轨舒适性测试系统的研究[J].苏州市职业大学学报，2014，4：15-17+45.

[2]赵妞.全顺汽车座椅乘坐舒适性的改进[J].土木机床，2013，3：31-33.

[3]李彦晶，张亚萍，尹新权.基于人机工程的汽车驾驶座椅舒适性设计研究[J].机械研究与应用，2014，5：28-30.