影响体压分布的汽车座椅结构分析

2020-11-23李岩李劼许继艺

装备维修技术 2020年4期

关键词：影响

李岩李劼许继艺

摘要：随着汽车技术不断进步，汽车座椅舒适性测试评价越来越得到人们的关注。本文分析了座椅结构中影响体压分布的若干因素。通过这些分析，可为工程师在产品的设计和改进上提供有价值的参考。

关键词：体压分布、座椅舒适性、影响

汽车座椅的主要功能在于支撑司机和乘客的重量，衰减或缓和由车身地板传来的振动和冲击。汽车座椅舒适与否对乘员身体健康、乘坐安全以及驾驶疲劳程度均有着十分密切的关系。国内外学者对汽车座椅舒适性的研究主要体现在动态舒适性、操作舒适性和静态舒适性三个方面。动态舒适性是指汽车在行驶状态下通过座椅骨架以及座椅泡沫等将振动传递到人体后给人的舒适特性[1]，现行的试验标准为QC/T 55-1993《汽车座椅动态舒适性试验方法》。操作舒适性主要是研究布置在座椅上的装置是否便于操控使用，要按照各操作元件的重要程度，按照主次原则进行合理的布置。而静态舒适性是指座椅在静态状态下人体-座椅之间的相互匹配是否可使人体达到和保持舒适乘坐姿势，并能够提供舒适程度的水平[2]。静态舒适性是一个复杂的主观概念，目前主要用体压分布的测量进行评价。

1.体压分布

体压分布是指人坐在座椅上时，人体重力作用在坐垫和靠背上其压力分布情况。通过对各个部分的受力情况，能够验证座椅结构的合理性，为产品测试、新品研发、产品改进等提供重要的依据。

根据人体工程学的研究，最适宜的体压分布应保证人体的大部分质量以较大的支承面积、较小的单位压力合理地分布到坐垫和靠背上，压力分布从小到大平滑过渡，避免突然变化[3]。

1.1 人体在坐垫上的体压分布

人体在坐垫上最适宜的体压分布如图1所示。从图中可以看出：坐骨结节处压力最大，并以它为中心向四周逐渐减小，在与坐垫前缘接触的大腿弯处达压力最小值[4]。这是因为根据人体解剖学的研究，人的臀部承压能力最强，但臀部不同部位所能承受的压力也不同，所以人体在坐垫上的压力应按臀部不同部位承压能力合理分布而非平均分布。

1.2人体在靠背上的体压分布

人体在靠背上最适宜的体压分布如图2所示。从图中可以看出：肩胛骨和腰椎骨两个部位压力应最大，以保证座椅靠背能为人体肩部提供舒适的支撑且减轻腰部疲劳。

2.座椅体压分布测量

2.1试验条件

一般座椅生产厂会采用将座椅安装在夹具上进行体压分布测量。测量前调节座椅头枕位于最下方，调节座椅靠背角度为25，调节座椅导轨位于水平方向的中间位置，前后位置为试验者开车最舒适的位置。测试过程中要求人的坐姿自然，上身放松，靠在靠背上，脚平放于地板，双手自然地置于方向盘上，模拟驾驶员的姿势，试验过程中保持坐姿不变。

2.2试验设备

测试采用的是加拿大XSENSOR科技公司的座椅体压分布测试系统，如图3。坐垫压力垫感测尺寸为40cm*40cm，靠背压力垫感测尺寸为40cm*64cm。

2.3 试验方法

将坐垫压力垫和靠背压力垫尽量平整地铺设于已确认好状态的座椅上，测试人员乘坐到座椅上，调整好坐姿并保证压力垫无褶皱。待测试人员坐稳后采集时域数据，采集时间为30s，测试过程中测试人员坐姿保持一致。每次试验选取三组一致性较好的数据取平均值。

3.汽車座椅结构中影响体压分布的因素

根据人体工程学的研究，人体的舒适坐姿应满足人体脊椎处于正常生理弯曲状态，腰背肌肉放松，血液循环不受压迫。因此，汽车座椅结构应与人体的尺寸和生理特征相匹配，座椅在满足强度要求的前提下，座椅造型应与人体放松时的背臀部曲线吻合，对腰椎部位起到良好的支撑作用，使驾乘人员长时间乘坐不感到疲劳。在长期大量的体压分布测量过程中，通过研究体压分布2D图和座椅结构，总结出若干影响体压分布的因素：

3.1 座椅尺寸设计不合理

为使不同身高的驾乘人员获得良好的舒适性，座椅的外形尺寸必须合适。坐垫太浅或坐垫过低都会因大腿无足够的支撑造成臀部承受压力过大而使人体感到不适（如图4），坐垫太深会造成人体躯干相对靠前，腰部得不到良好支撑引起疲劳（如图5）;

3.2 靠背角度不合理

靠背的设计角度太小会造成腰椎不能正常弯曲，人体背部不能与座椅靠背良好接触，导致腰背部容易感到疲劳（如图6）。

3.3 坐垫防潜结构不合理

坐垫防潜功能一般是将坐垫钣件设计成前端较高后端较低形成一定角度以防车辆刹车或碰撞时乘客向前运动而造成伤害[5]，可是角度过大的话则会让大腿靠前部位压力值大，受到压迫，使得人体血流不畅引起麻木疲劳（如图7）;

3.4 座椅造型不当

有些座椅的泡沫和面套会出现密度较高的条形的缝线造型，造成臀部、背部在造型凸起的位置出现压力峰值条形区域（如图8～图9），使乘员感到不适。

3.5 座椅对称性差

座椅骨架安装的不对称或泡沫发泡软硬程度的不均匀都将导致臀背部压力分布一边大一边小的情况（如图10～图13），受力大的一侧人体血液循环将受到影响，长时间乘坐会使人感到不适。

3.6 安全带扣位置不合理

座椅安全带扣一般安装于坐垫骨架侧面，如果带扣位置不合理，则容易在臀部侧面形成压力峰值（如图14），影响乘坐舒适性。