董明 戴善其

（泛亞汽車(chē)技術(shù)中心有限公司）

汽車(chē)座椅作為消費(fèi)者駕駛、乘坐和享受汽車(chē)的主要安全件和功能件，受到消費(fèi)者的特別關(guān)注和評(píng)價(jià)。座椅的乘坐舒適性已經(jīng)成為汽車(chē)廠(chǎng)商關(guān)注的主要內(nèi)容之一，其包括靜態(tài)舒適性和動(dòng)態(tài)舒適性，前者主要與尺寸參數(shù)、表面質(zhì)量以及調(diào)節(jié)特征有關(guān)，后者則需要保證駕駛員較長(zhǎng)時(shí)間工作而不感覺(jué)到疲勞[1]。目前汽車(chē)座椅系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由頭枕、靠背、座墊、滑道等總成組成。其中座椅座墊由座墊骨架、彈性元件、座墊發(fā)泡以及面套組成[2]。有研究表明，調(diào)節(jié)座墊發(fā)泡的密度以及硬度，可以有效地改善乘坐舒適性。文章通過(guò)大量的客觀(guān)試驗(yàn)，分析了發(fā)泡硬度分布對(duì)乘坐舒適性的影響；通過(guò)對(duì)座墊不同區(qū)域發(fā)泡硬度的定義，在保持靜態(tài)舒適性的同時(shí)，改善了汽車(chē)駕乘過(guò)程中的動(dòng)態(tài)舒適性；綜合主觀(guān)試驗(yàn)評(píng)價(jià)對(duì)研究成果進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 座椅舒適性因素與多硬度發(fā)泡

1.1 影響舒適性的關(guān)鍵因素

1.1.1 H 點(diǎn)

H 點(diǎn)（Hip-Point）是指二維或三維人體模型樣板中人體軀干與大腿的連接點(diǎn)，即胯點(diǎn)。H 點(diǎn)既是整車(chē)總布置的基準(zhǔn)點(diǎn)，也是座椅設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)點(diǎn)。H 點(diǎn)的位置是決定與駕駛員操作方便性、乘坐舒適性相關(guān)的車(chē)內(nèi)尺寸的基準(zhǔn)[3]。如果實(shí)際H 點(diǎn)與設(shè)計(jì)H 點(diǎn)相差較大，將直接影響座椅的舒適性，同時(shí)也與國(guó)家法規(guī)相違背，因此對(duì)H 點(diǎn)的控制對(duì)座椅舒適性特別重要[4]。

1.1.2 發(fā)泡壓陷力與壓陷系數(shù)

發(fā)泡壓陷力（F）是把發(fā)泡壓縮到原始厚度的50%所需的載荷，一般定義為50%IFD，如圖1所示。發(fā)泡壓陷力將直接影響到乘員在乘坐時(shí)的壓陷量，以及人體的受力均勻性，最終影響靜態(tài)舒適性。該值越大，說(shuō)明發(fā)泡越硬，所以又稱(chēng)之為硬度[5]。

圖1 發(fā)泡壓陷力（50% IFD）示意圖

一般來(lái)講，長(zhǎng)距離乘坐時(shí)，硬度高的發(fā)泡體會(huì)比硬度低的發(fā)泡體給人帶來(lái)更好的動(dòng)態(tài)乘坐舒適性，人不容易疲勞；但是，短距離乘坐或處于靜態(tài)時(shí)，硬度低的發(fā)泡體反而會(huì)提供更高的靜態(tài)舒適性。

發(fā)泡壓陷系數(shù)（Sag Factor）一般是指65%IFD 除以25%IFD 的值。該值越高，在長(zhǎng)距離駕乘過(guò)程中，動(dòng)態(tài)舒適性會(huì)越好。在汽車(chē)用座椅的發(fā)泡體中，一般要求該值大于2.7。

1.2 多硬度發(fā)泡

座椅的發(fā)泡設(shè)計(jì)在座椅的舒適性開(kāi)發(fā)過(guò)程中起著尤為重要的作用。一方面，座椅發(fā)泡在經(jīng)過(guò)面套包覆后，需要滿(mǎn)足整椅H 點(diǎn)的法規(guī)要求以及造型的外觀(guān)需求；另一方面，發(fā)泡作為主要支撐零件，需要滿(mǎn)足乘員的舒適性要求。由1.1.2 節(jié)可知：發(fā)泡硬度值越高，動(dòng)態(tài)舒適性越好；發(fā)泡硬度值越低，靜態(tài)舒適性越好，這形成了一對(duì)天然的技術(shù)矛盾。通過(guò)TRIZ 的空間分離原則，對(duì)不同區(qū)域的發(fā)泡硬度分別定義，如圖2所示，用來(lái)更好地平衡汽車(chē)座椅的靜態(tài)舒適性與動(dòng)態(tài)舒適性。圖2中，可以定義：區(qū)域2 硬度值最低，主要用來(lái)滿(mǎn)足乘員進(jìn)入汽車(chē)時(shí)的靜態(tài)舒適性要求；區(qū)域1 硬度值中等，主要用來(lái)滿(mǎn)足乘員的側(cè)向支撐需求；區(qū)域3 硬度值最高，主要用來(lái)滿(mǎn)足乘員的動(dòng)態(tài)舒適性要求。

圖2 多硬度汽車(chē)座椅發(fā)泡

2 多硬度發(fā)泡的客觀(guān)以及主觀(guān)評(píng)價(jià)

2.1 客觀(guān)性評(píng)價(jià)試驗(yàn)

2.1.1 發(fā)泡壓陷系數(shù)與壓縮系數(shù)

為了更好地分析發(fā)泡的硬度對(duì)舒適性的影響，分別對(duì)傳統(tǒng)發(fā)泡與多硬度發(fā)泡進(jìn)行壓陷系數(shù)與壓縮系數(shù)的測(cè)量，如表1所示。

表1 常規(guī)發(fā)泡與多硬度發(fā)泡相關(guān)系數(shù)

由表1可以看出，多硬度發(fā)泡與傳統(tǒng)發(fā)泡的壓陷系數(shù)比較接近，這表明多硬度發(fā)泡在短距離乘坐時(shí)，可以提供常規(guī)發(fā)泡的靜態(tài)舒適性；而多硬度發(fā)泡的壓縮系數(shù)比傳統(tǒng)發(fā)泡的壓縮系數(shù)高很多，可以使座椅的壓力分布更加均勻，從而在長(zhǎng)距離駕乘時(shí)提供較好的動(dòng)態(tài)舒適性。

2.1.2 整椅的H 點(diǎn)測(cè)量以及壓力分布

汽車(chē)座椅不僅需要發(fā)泡，同時(shí)還需要經(jīng)過(guò)面套的包覆。面套材料的選擇（皮面套還是織物面套）、材料的延伸率、回彈率和手感等對(duì)整椅的H 點(diǎn)以及舒適性均有一定影響。通過(guò)選用不同材料的面套對(duì)多硬度發(fā)泡進(jìn)行包覆，測(cè)量出整椅實(shí)際H 點(diǎn)以及壓力分布。表2示出汽車(chē)座椅多硬度發(fā)泡H 點(diǎn)測(cè)量值。

表2 汽車(chē)座椅多硬度發(fā)泡H 點(diǎn)測(cè)量表 mm

由表2可知，多硬度發(fā)泡在經(jīng)過(guò)包覆后，整椅的實(shí)際H 點(diǎn)能夠滿(mǎn)足整車(chē)的H 點(diǎn)要求，即與理論H 點(diǎn)距離小于20 mm，駕乘人員能夠在駕乘過(guò)程中將坐姿調(diào)整到設(shè)計(jì)的舒適性坐姿，從而獲得很好的支撐以及操控舒適性。

為了更形象地體現(xiàn)多硬度發(fā)泡對(duì)座椅舒適性的改善，分別對(duì)傳統(tǒng)發(fā)泡以及多硬度發(fā)泡包覆的座墊進(jìn)行了發(fā)泡壓陷對(duì)比測(cè)試以及人體壓力分布測(cè)試，圖3示出發(fā)泡壓陷對(duì)比測(cè)試圖。

圖3 汽車(chē)坐墊發(fā)泡壓陷對(duì)比測(cè)試圖

由圖3可知，在發(fā)泡壓陷對(duì)比測(cè)試中，在壓陷量小于40%時(shí)，垂直雙硬度發(fā)泡比普通發(fā)泡更軟，能讓人感覺(jué)到柔軟；壓陷量大于40%時(shí)，垂直雙硬度發(fā)泡比普通發(fā)泡更硬，能給人提供更均勻的支撐，獲得更好的舒適性。

人體壓力分布是指乘員坐在座椅上時(shí)，人體與座椅之間接觸區(qū)域的壓力變化。圖4示出汽車(chē)座椅座墊壓力分布云圖。從圖4可以看出，傳統(tǒng)發(fā)泡在座墊中間位置出現(xiàn)了局部壓力過(guò)大的紅點(diǎn)，而多硬度發(fā)泡的座墊比傳統(tǒng)發(fā)泡的座墊壓力分布更加均勻，這表明多硬度發(fā)泡可以解決局部壓力過(guò)大的問(wèn)題，從而給人體提供更加均勻的支撐，這種均勻支撐可以使身體的各部分肌肉處于放松狀態(tài)。同時(shí)，多硬度發(fā)泡的座墊壓力峰值也比傳統(tǒng)發(fā)泡的壓力峰值低，這可以使得駕乘人員在長(zhǎng)途駕駛過(guò)程中不會(huì)感受到局部發(fā)酸發(fā)麻。

圖4 汽車(chē)座椅座墊壓力分布云圖

2.2 主觀(guān)性評(píng)價(jià)試驗(yàn)

為了更加清晰地說(shuō)明客觀(guān)分析的結(jié)果對(duì)駕乘舒適性的影響，分別邀請(qǐng)了10 位不同百分位的人員參與主觀(guān)性評(píng)價(jià)試驗(yàn)，如表3所示。

表3 汽車(chē)座椅舒適性主觀(guān)評(píng)價(jià)測(cè)評(píng)人員身高體質(zhì)量表

座椅舒適性主觀(guān)評(píng)價(jià)表，如表4所示。分別從座墊的側(cè)向支撐、對(duì)尾骨的壓力、大腿下面的支撐等維度進(jìn)行分析，最終每位測(cè)評(píng)者根據(jù)表格對(duì)座墊的總體舒適性進(jìn)行主觀(guān)打分。

表4 座椅舒適性主觀(guān)評(píng)估表

測(cè)評(píng)者在經(jīng)過(guò)10 min 的靜態(tài)評(píng)估以后，發(fā)動(dòng)整車(chē)，經(jīng)過(guò)1 h 的動(dòng)態(tài)駕乘，再次對(duì)座椅進(jìn)行1 h 的動(dòng)態(tài)評(píng)估打分。10 位測(cè)評(píng)人員的主觀(guān)評(píng)價(jià)分值，如圖5所示。通過(guò)主觀(guān)測(cè)評(píng)可以看出，盡管測(cè)評(píng)人員的性別、身高、體質(zhì)量不同，但使用多硬度發(fā)泡的座椅不僅具有相當(dāng)?shù)撵o態(tài)舒適性，而且提供了更加優(yōu)越的動(dòng)態(tài)舒適性，進(jìn)一步驗(yàn)證了客觀(guān)試驗(yàn)的結(jié)果。

圖5 座椅舒適性主觀(guān)評(píng)估對(duì)比

3 結(jié)論

研究表明，通過(guò)對(duì)發(fā)泡硬度在不同區(qū)域的分別定義，可以較好地平衡汽車(chē)座椅的靜態(tài)舒適性與動(dòng)態(tài)舒適性的矛盾，明顯改善座墊對(duì)人體的支撐，使人體臀部壓力減小，保持肌肉處于放松狀態(tài)，從而提高駕乘人員的駕乘舒適性。同時(shí)，結(jié)合主觀(guān)與客觀(guān)評(píng)價(jià)的研究方法，能更好地反映出汽車(chē)座椅舒適性的真實(shí)狀態(tài)。