汽车座椅舒适度的研究与探索

2018-10-22杨立平隋美丽

汽车实用技术 2018年19期

杨立平，隋美丽

（北京电子科技职业学院，北京 100000）

前言

现代汽车特别是轿车的座椅舒适度要求越来越高，这不仅基于汽车本身各方面因素的考虑，更主要的是驾乘人员的刚性需求。舒适度直接影响到司机或乘务人员的疲劳感，尤其是长途旅行更为重要。间接的影响到安全性，如果不疲劳驾驶则安全系数就高很多。所以汽车座椅设计的优略将直接影响汽车的市场和安全性。

1 汽车座椅考虑的设计因素

汽车座椅在设计时必须考虑的因素，是座椅本身的基础和未来设计座椅是否具有合理科学的依据。

1.1 结构与功能性的设计

在座椅考虑的诸多因素中，其本身的结构和功用是首选必须考虑的。主要包括：座椅的整体是一人单独、两人或是三人；前排、中排（对于商务车而言）及后排各自人数的分配。座椅的构造及类型，驾驶员座椅的特殊性设计，座椅的移动方式和方向，座椅的尺寸与上下结构（头枕）等。

这里结构性设计包括尺寸设计、整体还是分体设计、座椅内部骨架减振等；功能性设计包括司机座椅具备的功能、前排、中排或后排所具备的功能要求等。

1.2 应对座椅的流行与发展趋势的考虑

目前，汽车座椅的发展趋势主要包括安全性、舒适性与多功能性、人性化、轻量化、节能与环保及平台化等。

比如为了安全的主动式头枕及主动式防下潜，座椅侧施加气囊等；舒适与多功能主要有多向电动调节、加热通风、按摩、家居化、超薄、颈托、充气式、自适应、便利性和娱乐性、隐藏式、空间优化等；人性化包括残疾人座椅、记忆功能座椅等。

2 座椅舒适度设计因素分析

一个好的设计方案必须根据人体的坐姿、扶手、头枕位置、腰部、臀部等体姿和生理部位的需要，进行综合考虑并加以优化后完成其设计。

2.1 人体因素

人体坐姿的生理特性是以最大限度的控制疲劳感，这就必须了解人体脊柱的结构和特征。人体的脊柱由椎骨、骶骨及尾骨共计24块所连接而构成。椎骨包括7节颈椎，12节胸椎和5节腰椎。所谓舒适是指必须确保腰部曲线处于正常状态的弯曲程度，同时保证腰部肌肉完全放松状态。座椅必须具备支撑状态下的各种坐姿。坐姿角度的计算如下：（尺寸位置参考下图）

图1 尺寸位置参考下图

当人体坐好后的舒适度角度为：A42应该大于或等于1000；A44 在 950～1300；A46 在 1050～1450。对于角度的范围，实际当中采用可调节坐椅来满足不同身高对于角度的要求。

而人体的压力分布，也是考虑的重点环节。按照人机工程学的研究结论，最佳而又合理体压分布是，体重应有较大的支撑面积且压力又较小，按比例分配到坐垫与靠背上。体压分配应平滑过度不应有突变转折。

2.2 与坐椅相关的人机工程设计

所谓人机功能的设计包括：座椅各个方向的调节及调节方式的选择。目前，常采用的控制方式有电动和手动两种，电动控制还包括记忆性控制。

2.2.1 调节手柄或按钮位置的选择

选择原则是便于驾乘人员操作且容易识别。座椅调节手柄或按钮布置有着十分详细的数据范围要求。比如座椅旁侧板上的调节手柄或调节按钮，与坐垫上表面高度的垂直距离不应小于 75mm，这样才能保证驾乘人员进出车辆时，与座椅面不发生冲突。

2.2.2 调节手柄、手轮或按钮尺寸及承受力的设计原则

由于汽车空间所限，手轮、手柄或按钮的尺寸必须合理，有时其形状还需要特别设计。应便于抓握且适合于各种大小的手掌。另外，手柄或按钮的操作力应适中，应适合于男女的手力。手柄操作的旋转角度在300～400范围内。

调节手柄尺寸与调节力具有一定的关系，同时根据参与操作手指的数量其操作力也有所不同。遵循的规律是：当一个拇指参与操作时，其手柄长度为35mm，手柄宽度为6mm，操作力为16N；当一个其他手指参与操作时，其手柄长度为35mm，手柄宽度为6mm，操作力为3.0～10N；当参与操作手指为2个时，其手柄长度为60mm，手柄宽度为15mm，操作力为 19N；当参与操作手指为 3个时，其手柄长度为85mm，手柄宽度为15mm，操作力为24N；当参与操作手指为4个时，其手柄长度为110mm，手柄宽度为15mm，操作力为27N。

调节手轮的尺寸通常其最小直径在60～80mm范围内；为防止滑动同时易抓握，一般设计成多棱并表面带有波纹的形状。手轮指尖抓握高度应大于 13mm；手轮的断面高度应在25mm以上；手轮周围的手指间隙应在25～30mm；从手轮断面到其他邻近表面的手部间隙应大于 77mm。手轮操作的调节力应小于2N.m。

座椅背部调节按钮的设计要求如下：

①需要调节时（如打开车门），易被发现且易接触调节操作。

②其位置及周边应与其无干涉，避免无意中的误操作。

③调节标识应易发现，其位置不应再任何角度有遮挡。

④解锁时应有明显的反馈感，如顿挫；锁止时必须由响声的提示。

⑤拉环类的的尺寸其内环直径应在50mm以上；其周围的手指间隙不得小于25mm通常在30mm左右。

⑥扣手类尺寸宽度为50mm以上；深度在25mm以上；开启间隙必须大于 25mm；后指尖间隙不得小于 20mm；转动行程最大不超过300～450。

⑦拉手形状应易抓握，表面有防滑纹。操作参与应为拇指及一个或多个其他手指。

拉手宽度与操作力的关系如下：当容纳1个手指时，拉手宽度为20mm，操作力为10N；当容纳2个手指时，拉手宽度为50mm，操作力为35N；当容纳3个手指时，拉手宽度为80mm，操作力为35N；当容纳4个手指时，拉手宽度为110mm，操作力为45N。

2.2.3 后排座椅空间设计

一般就坐于后排的人的膝盖据前排座椅最小间隙应不低于 75mm。当然，为得到更大的后排空间，也可以通过各种优化设计和将前排的座椅骨架设计成折弯形状，以便获得更大的后排空间。

而后排乘员的脚步空间设计原则是：以前排座椅某点（距坐垫上方190mm处为圆心）为圆心，190mm 为半径画一个圆，要求前排座椅骨架和靠背骨架均不能超过外圆弧面；左右脚的宽度设为340mm，与坐垫骨架在宽度上两侧距离不得小于10mm，因此座椅骨架在总体宽度上应大于360mm。

3 控制行车运动力的设计

我们知道，当汽车进入弯道时将产生离心力，而离心力则会是驾乘者产生外倾感觉，使得乘坐的舒适度大大降低。为解决这一问题，可以考虑移动式座椅加几何结构的结合设计方案。

可以将座椅的下骨架，制作成一个横向有弧度且带滚轮的可移动的形式。当汽车进入弯道时，由于离心力的作用座椅也被甩向外侧，由于有弧度座椅在外移的同时将其上的乘坐人员推向内侧，从而保持乘坐人员的垂直坐姿。当汽车驶出弯道时，在弧形骨架的作用下，座椅自然回到原来位置。该设计是创新性的理念，只是一个想法，实施当中还有许多具体问题有待解决，但应该说是一个突破传统的想法且效果应该是很不错。

4 座椅振动及异响控制的设计

由于座椅对轻度有极高的要求，因此采用的材料都是金属及高硬度塑料。在汽车行进中可能会产生噪音及异响。直接影响驾乘人员的舒适度，在设计中必须进行控制。

4.1 采用金属挂塑处理

该措施主要用在钢丝与骨架的衔接及接触处，避免金属件之间直接接触而产生噪音和异响。

4.2 采用施加外衬套的处理

该方法是在有相对旋转运动的骨架之间加装衬套，将金属旋转件隔离开避免产生相对摩擦运动而发生噪音。例如，驾驶员座椅靠背骨架与坐垫骨架通过台阶螺栓连接，在台阶螺栓、靠背骨架和坐垫骨架之间采用尼龙衬套隔离。后排座椅防噪声是在靠背与车身的旋转连接处，采用塑料衬垫和尼龙衬套把车身钣金件与靠背骨架进行隔离以避免产生摩擦噪声。