汽车座椅的设计与优化

徐建军

摘 要：根据坐姿的生理形态和体压分布，对汽车座椅的设计采用了人机工程学的方法进行分析，并用优化设计理论对座椅靠背曲线进行拟合，得出更符合人体生态曲线的座椅靠背曲线，以提高乘坐的舒适性，并适应人体的健康需要。座椅对人体的健康会产生较大的影响，目前国家对客车座椅的安全性牢固性有较高的要求，而对座椅与人体健康之间的关系没有明显的要求，因此座椅在设计时必须重视该方面的内容，改变传统的设计理论方法，促进汽车工业行业的快速发展。本篇文章通过对该方面进行分析研究并提出意见建议，为汽车座椅的设计与优化工作提供一定参考。

关键词：汽车座椅;设计;优化

0 引言

随着社会经济的快速发展，我国的各种交通汽车量已经高达上亿台，一些人员因为日常工作的要求，产生了不同程度的职业病和腰背部疼痛病，而且由于腰背疼痛以及不舒服的坐姿，也导致交通事故发生的概率在不断的增加。这是由于在实际的车辆行驶过程中，坐姿上的问题导致司机无法将精力集中在车辆驾驶上，因此产生了不同程度的交通安全事故问题。文章通过对汽车座椅的设计和优化工作进行分析研究，以人机工程理论等为基础内容对座椅的设计模型进行计算，对靠背曲线进行优化和设计，能够使靠背的设计更加符合人体的坐姿需求，有效的提高了座椅乘坐的舒适度和座椅外形的美观程度，保障了人体的健康。

1 影响座椅设计的因素

1.1 人的坐姿生理形态

人体在实际的坐姿状态下，主要的支持结构为脊柱、盆骨、腿等部位最舒适的坐姿方式是将臀部稍靠里，椅背向前。在这种状态下，人上体会向后方稍倾斜，能够保持与大腿之间的夹角成90到115度，而且此时的小腿会向前伸，大腿与小腿、小腿与脚掌之间也会达成一定的角度。如果未保持这样的姿势，人在长时间的坐立状态下会出现腰部酸痛疲劳等不适的感觉。并且人在坐姿状态下，腰椎、骶骨和腰间盘等软组织会承受身体的大部分重量，另外在这个过程中还要进行弯腰扭转等动作，因此在座椅靠背设计过程中，必须要重视腰椎、骶骨等部分的设计工作。

1.2 坐姿体压分布

人在靠背和坐垫上分布的压力，被称作坐姿压力分布。在实际的研究过程当中，人体最舒适的坐姿应当保证大部分的质量能够被大面积的支撑面积所承受而小单位的压力，坐垫和靠背进行合理的分布，在压力的分布过程中应当从小到大逐步过渡，尽量避免出现剧烈的变化给人的坐姿状态产生影响。

另外通过调查研究能够明显的发现，人体在最舒适的坐姿状态下，肩部和臀部承担着身体大部分的重量，在坐垫上不会均匀的分布各项压力。因此在座椅设计的过程中，可以根据不舒适的各个部位所承受的压力进行合理的设计，保证压力能够更加合理的分布。一般在坐垫的设计过程中，坐垫的压力分布主要在坐骨部位承受最大的压力负荷，以主为中心向臀部外围进行扩展，压力逐渐减小，在坐垫与大腿下面接触的部位压力值最小，在靠背上肩胛骨和腰椎两个部位所承载的压力负荷最大，因此设计师在设计时应当重视这两个部位的设计内容。

2 汽车座椅的设计优化

2.1 靠背参数的设计优化

在座椅的设计过程中，通过对座椅靠背的参数进行合适的设计和设置，能够保证人体在坐姿状态下，背部的紧张程度被缓解，使人体脊柱处于更加自然的形态，提高座椅的舒适程度。一般在座椅靠背的设计过程中，可以对座椅面和靠背之间的角度形状等内容进行调整和设计，但由于每个人的脊柱长度存在较大的差异性而人体身材也不相同，因此，脊柱曲线变化的差异性会影响到座椅靠背的参数设计，使其设计的高度和形状之间存在较为复杂的关系。

在座椅靠背的设计过程中，座椅靠背整体的形状和脊柱自然弯曲的程度应当相符，这样能够为腰椎和肩胛骨提供足够的支撑点。尤其是腰椎，只有提供充足的支撑，才能夠有效的缓解腰肌的疲劳感。在设计时需要保证腰部有足够的支撑，同时要在骶骨附近留出一定的空隙，这样便于使用者在使用的过程中根据自身的身体状况进行合适的调整，能够有效避免由于臀部与靠背过于相近而无法实现自然的弯曲影响到人们的坐姿舒适度的情况发生。

根据数据调查表明，在座椅靠背设计时，靠背倾斜角可以在105度到115度范围内，靠背座椅的高度可在530～560毫米范围内，宽度为480毫米，坐垫的倾斜角应当在6度到9度范围内。

2.2 靠背曲线的设计优化

对座椅的靠背曲线进行优化主要是运用相关数据对整体设计进行优化，保证靠背的曲线更符合人体的背部需求，以此来不断的提高整体乘坐的舒适程度。

在优化的过程中首先进行模型的建立，将多个点的数据进行收集和分析，绘制一条光滑的曲线，利用三次样条插值算法进行计算，该算法能够满足函数值的需求，利用已经得到的函数表，将原来的函数值利用端点近似值进行代替，保证每个区间都为三次多项式。根据公式就能够对曲线的各项参数进行优化和设计，为了保证整体曲线的幅度在可控范围内，需要给变量的上下界添加约束条件。通过这样的方式，能够得到靠背曲线的优化设计结果，保证设计结果的合理性，能够有效的解决靠背设计存在的问题。

3 结束语

综上所述，本篇文章根据人机工程理论以及优化理论对座椅靠背进行优化和设计，通过设计后的结果能够有效的提高座椅的乘坐舒适度。在实际的方案设计过程中应当根据实际的使用情况进行综合性的分析，不断的提高座椅优化设计的质量，以此来保障人体的健康，提高汽车在市场环境下的竞争力。

参考文献：

[1]陈国雨.刍议乘用车座椅结构安全性设计与优化策略[J].中国新技术新产品，2018（01）：147-148.

[2]唐国强.汽车座椅骨架结构的拓扑优化分析[J].时代汽车，2018

（01）：113-114.

[3]张泳华.基于LS-DYNA的后排汽车座椅挂钩仿真分析及优化设计[J].汽车零部件，2018（02）：12-17.

[4]李雪城，谭继锦，孙剑.基于模态匹配的汽车座椅骨架模态分析与优化[J].车辆与动力技术，2018（02）：47-50+55.