楊立平，隋美麗

（北京電子科技職業(yè)學院，北京 100000）

前言

現(xiàn)代汽車特別是轎車的座椅舒適度要求越來越高，這不僅基于汽車本身各方面因素的考慮，更主要的是駕乘人員的剛性需求。舒適度直接影響到司機或乘務人員的疲勞感，尤其是長途旅行更為重要。間接的影響到安全性，如果不疲勞駕駛則安全系數(shù)就高很多。所以汽車座椅設計的優(yōu)略將直接影響汽車的市場和安全性。

1 汽車座椅考慮的設計因素

汽車座椅在設計時必須考慮的因素，是座椅本身的基礎和未來設計座椅是否具有合理科學的依據(jù)。

1.1 結(jié)構與功能性的設計

在座椅考慮的諸多因素中，其本身的結(jié)構和功用是首選必須考慮的。主要包括：座椅的整體是一人單獨、兩人或是三人；前排、中排（對于商務車而言）及后排各自人數(shù)的分配。座椅的構造及類型，駕駛員座椅的特殊性設計，座椅的移動方式和方向，座椅的尺寸與上下結(jié)構（頭枕）等。

這里結(jié)構性設計包括尺寸設計、整體還是分體設計、座椅內(nèi)部骨架減振等；功能性設計包括司機座椅具備的功能、前排、中排或后排所具備的功能要求等。

1.2 應對座椅的流行與發(fā)展趨勢的考慮

目前，汽車座椅的發(fā)展趨勢主要包括安全性、舒適性與多功能性、人性化、輕量化、節(jié)能與環(huán)保及平臺化等。

比如為了安全的主動式頭枕及主動式防下潛，座椅側(cè)施加氣囊等；舒適與多功能主要有多向電動調(diào)節(jié)、加熱通風、按摩、家居化、超薄、頸托、充氣式、自適應、便利性和娛樂性、隱藏式、空間優(yōu)化等；人性化包括殘疾人座椅、記憶功能座椅等。

2 座椅舒適度設計因素分析

一個好的設計方案必須根據(jù)人體的坐姿、扶手、頭枕位置、腰部、臀部等體姿和生理部位的需要，進行綜合考慮并加以優(yōu)化后完成其設計。

2.1 人體因素

人體坐姿的生理特性是以最大限度的控制疲勞感，這就必須了解人體脊柱的結(jié)構和特征。人體的脊柱由椎骨、骶骨及尾骨共計24塊所連接而構成。椎骨包括7節(jié)頸椎，12節(jié)胸椎和5節(jié)腰椎。所謂舒適是指必須確保腰部曲線處于正常狀態(tài)的彎曲程度，同時保證腰部肌肉完全放松狀態(tài)。座椅必須具備支撐狀態(tài)下的各種坐姿。坐姿角度的計算如下：（尺寸位置參考下圖）

圖1 尺寸位置參考下圖

當人體坐好后的舒適度角度為：A42應該大于或等于1000；A44 在 950～1300；A46 在 1050～1450。對于角度的范圍，實際當中采用可調(diào)節(jié)坐椅來滿足不同身高對于角度的要求。

而人體的壓力分布，也是考慮的重點環(huán)節(jié)。按照人機工程學的研究結(jié)論，最佳而又合理體壓分布是，體重應有較大的支撐面積且壓力又較小，按比例分配到坐墊與靠背上。體壓分配應平滑過度不應有突變轉(zhuǎn)折。

2.2 與坐椅相關的人機工程設計

所謂人機功能的設計包括：座椅各個方向的調(diào)節(jié)及調(diào)節(jié)方式的選擇。目前，常采用的控制方式有電動和手動兩種，電動控制還包括記憶性控制。

2.2.1 調(diào)節(jié)手柄或按鈕位置的選擇

選擇原則是便于駕乘人員操作且容易識別。座椅調(diào)節(jié)手柄或按鈕布置有著十分詳細的數(shù)據(jù)范圍要求。比如座椅旁側(cè)板上的調(diào)節(jié)手柄或調(diào)節(jié)按鈕，與坐墊上表面高度的垂直距離不應小于 75mm，這樣才能保證駕乘人員進出車輛時，與座椅面不發(fā)生沖突。

2.2.2 調(diào)節(jié)手柄、手輪或按鈕尺寸及承受力的設計原則

由于汽車空間所限，手輪、手柄或按鈕的尺寸必須合理，有時其形狀還需要特別設計。應便于抓握且適合于各種大小的手掌。另外，手柄或按鈕的操作力應適中，應適合于男女的手力。手柄操作的旋轉(zhuǎn)角度在300～400范圍內(nèi)。

調(diào)節(jié)手柄尺寸與調(diào)節(jié)力具有一定的關系，同時根據(jù)參與操作手指的數(shù)量其操作力也有所不同。遵循的規(guī)律是：當一個拇指參與操作時，其手柄長度為35mm，手柄寬度為6mm，操作力為16N；當一個其他手指參與操作時，其手柄長度為35mm，手柄寬度為6mm，操作力為3.0～10N；當參與操作手指為2個時，其手柄長度為60mm，手柄寬度為15mm，操作力為 19N；當參與操作手指為 3個時，其手柄長度為85mm，手柄寬度為15mm，操作力為24N；當參與操作手指為4個時，其手柄長度為110mm，手柄寬度為15mm，操作力為27N。

調(diào)節(jié)手輪的尺寸通常其最小直徑在60～80mm范圍內(nèi)；為防止滑動同時易抓握，一般設計成多棱并表面帶有波紋的形狀。手輪指尖抓握高度應大于 13mm；手輪的斷面高度應在25mm以上；手輪周圍的手指間隙應在25～30mm；從手輪斷面到其他鄰近表面的手部間隙應大于 77mm。手輪操作的調(diào)節(jié)力應小于2N.m。

座椅背部調(diào)節(jié)按鈕的設計要求如下：

①需要調(diào)節(jié)時（如打開車門），易被發(fā)現(xiàn)且易接觸調(diào)節(jié)操作。

②其位置及周邊應與其無干涉，避免無意中的誤操作。

③調(diào)節(jié)標識應易發(fā)現(xiàn)，其位置不應再任何角度有遮擋。

④解鎖時應有明顯的反饋感，如頓挫；鎖止時必須由響聲的提示。

⑤拉環(huán)類的的尺寸其內(nèi)環(huán)直徑應在50mm以上；其周圍的手指間隙不得小于25mm通常在30mm左右。

⑥扣手類尺寸寬度為50mm以上；深度在25mm以上；開啟間隙必須大于 25mm；后指尖間隙不得小于 20mm；轉(zhuǎn)動行程最大不超過300～450。

⑦拉手形狀應易抓握，表面有防滑紋。操作參與應為拇指及一個或多個其他手指。

拉手寬度與操作力的關系如下：當容納1個手指時，拉手寬度為20mm，操作力為10N；當容納2個手指時，拉手寬度為50mm，操作力為35N；當容納3個手指時，拉手寬度為80mm，操作力為35N；當容納4個手指時，拉手寬度為110mm，操作力為45N。

2.2.3 后排座椅空間設計

一般就坐于后排的人的膝蓋據(jù)前排座椅最小間隙應不低于 75mm。當然，為得到更大的后排空間，也可以通過各種優(yōu)化設計和將前排的座椅骨架設計成折彎形狀，以便獲得更大的后排空間。

而后排乘員的腳步空間設計原則是：以前排座椅某點（距坐墊上方190mm處為圓心）為圓心，190mm 為半徑畫一個圓，要求前排座椅骨架和靠背骨架均不能超過外圓弧面；左右腳的寬度設為340mm，與坐墊骨架在寬度上兩側(cè)距離不得小于10mm，因此座椅骨架在總體寬度上應大于360mm。

3 控制行車運動力的設計

我們知道，當汽車進入彎道時將產(chǎn)生離心力，而離心力則會是駕乘者產(chǎn)生外傾感覺，使得乘坐的舒適度大大降低。為解決這一問題，可以考慮移動式座椅加幾何結(jié)構的結(jié)合設計方案。

可以將座椅的下骨架，制作成一個橫向有弧度且?guī)L輪的可移動的形式。當汽車進入彎道時，由于離心力的作用座椅也被甩向外側(cè)，由于有弧度座椅在外移的同時將其上的乘坐人員推向內(nèi)側(cè)，從而保持乘坐人員的垂直坐姿。當汽車駛出彎道時，在弧形骨架的作用下，座椅自然回到原來位置。該設計是創(chuàng)新性的理念，只是一個想法，實施當中還有許多具體問題有待解決，但應該說是一個突破傳統(tǒng)的想法且效果應該是很不錯。

4 座椅振動及異響控制的設計

由于座椅對輕度有極高的要求，因此采用的材料都是金屬及高硬度塑料。在汽車行進中可能會產(chǎn)生噪音及異響。直接影響駕乘人員的舒適度，在設計中必須進行控制。

4.1 采用金屬掛塑處理

該措施主要用在鋼絲與骨架的銜接及接觸處，避免金屬件之間直接接觸而產(chǎn)生噪音和異響。

4.2 采用施加外襯套的處理

該方法是在有相對旋轉(zhuǎn)運動的骨架之間加裝襯套，將金屬旋轉(zhuǎn)件隔離開避免產(chǎn)生相對摩擦運動而發(fā)生噪音。例如，駕駛員座椅靠背骨架與坐墊骨架通過臺階螺栓連接，在臺階螺栓、靠背骨架和坐墊骨架之間采用尼龍襯套隔離。后排座椅防噪聲是在靠背與車身的旋轉(zhuǎn)連接處，采用塑料襯墊和尼龍襯套把車身鈑金件與靠背骨架進行隔離以避免產(chǎn)生摩擦噪聲。

4.3 采用其他方法進行隔離的措施

現(xiàn)代的汽車經(jīng)常采用無紡布進行金屬件之間的隔離，比如，在座椅骨架和泡沫組件之間就采用了無紡布隔離措施。

另外，在地板鎖和靠背鎖的鎖鉤工作面增加緩沖耐磨層；采用W形滑軌和精密調(diào)角器；用空心頭枕桿以增加頭枕桿與塑料襯套的接觸面積，目的是減少松動和異響。上述這些都是減少座椅異響的措施。

當前，在提高座椅舒適度的方法上，應該是綜合的、合理的、科學的等考慮，同時還應充分結(jié)合人體的骨骼結(jié)構，受力及壓力點等，優(yōu)選各種方案和安全因素設計出更加舒適的座椅。