李巖 李劼 許繼藝

摘要：隨著汽車技術(shù)不斷進(jìn)步，汽車座椅舒適性測(cè)試評(píng)價(jià)越來越得到人們的關(guān)注。本文分析了座椅結(jié)構(gòu)中影響體壓分布的若干因素。通過這些分析，可為工程師在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和改進(jìn)上提供有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：體壓分布、座椅舒適性、影響

汽車座椅的主要功能在于支撐司機(jī)和乘客的重量，衰減或緩和由車身地板傳來的振動(dòng)和沖擊。汽車座椅舒適與否對(duì)乘員身體健康、乘坐安全以及駕駛疲勞程度均有著十分密切的關(guān)系。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)汽車座椅舒適性的研究主要體現(xiàn)在動(dòng)態(tài)舒適性、操作舒適性和靜態(tài)舒適性三個(gè)方面。動(dòng)態(tài)舒適性是指汽車在行駛狀態(tài)下通過座椅骨架以及座椅泡沫等將振動(dòng)傳遞到人體后給人的舒適特性[1]，現(xiàn)行的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為QC/T 55-1993《汽車座椅動(dòng)態(tài)舒適性試驗(yàn)方法》。操作舒適性主要是研究布置在座椅上的裝置是否便于操控使用，要按照各操作元件的重要程度，按照主次原則進(jìn)行合理的布置。而靜態(tài)舒適性是指座椅在靜態(tài)狀態(tài)下人體-座椅之間的相互匹配是否可使人體達(dá)到和保持舒適乘坐姿勢(shì)，并能夠提供舒適程度的水平[2]。靜態(tài)舒適性是一個(gè)復(fù)雜的主觀概念，目前主要用體壓分布的測(cè)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.體壓分布

體壓分布是指人坐在座椅上時(shí)，人體重力作用在坐墊和靠背上其壓力分布情況。通過對(duì)各個(gè)部分的受力情況，能夠驗(yàn)證座椅結(jié)構(gòu)的合理性，為產(chǎn)品測(cè)試、新品研發(fā)、產(chǎn)品改進(jìn)等提供重要的依據(jù)。

根據(jù)人體工程學(xué)的研究，最適宜的體壓分布應(yīng)保證人體的大部分質(zhì)量以較大的支承面積、較小的單位壓力合理地分布到坐墊和靠背上，壓力分布從小到大平滑過渡，避免突然變化[3]。

1.1 人體在坐墊上的體壓分布

人體在坐墊上最適宜的體壓分布如圖1所示。從圖中可以看出：坐骨結(jié)節(jié)處壓力最大，并以它為中心向四周逐漸減小，在與坐墊前緣接觸的大腿彎處達(dá)壓力最小值[4]。這是因?yàn)楦鶕?jù)人體解剖學(xué)的研究，人的臀部承壓能力最強(qiáng)，但臀部不同部位所能承受的壓力也不同，所以人體在坐墊上的壓力應(yīng)按臀部不同部位承壓能力合理分布而非平均分布。

1.2人體在靠背上的體壓分布

人體在靠背上最適宜的體壓分布如圖2所示。從圖中可以看出：肩胛骨和腰椎骨兩個(gè)部位壓力應(yīng)最大，以保證座椅靠背能為人體肩部提供舒適的支撐且減輕腰部疲勞。

2.座椅體壓分布測(cè)量

2.1試驗(yàn)條件

一般座椅生產(chǎn)廠會(huì)采用將座椅安裝在夾具上進(jìn)行體壓分布測(cè)量。測(cè)量前調(diào)節(jié)座椅頭枕位于最下方，調(diào)節(jié)座椅靠背角度為25，調(diào)節(jié)座椅導(dǎo)軌位于水平方向的中間位置，前后位置為試驗(yàn)者開車最舒適的位置。測(cè)試過程中要求人的坐姿自然，上身放松，靠在靠背上，腳平放于地板，雙手自然地置于方向盤上，模擬駕駛員的姿勢(shì)，試驗(yàn)過程中保持坐姿不變。

2.2試驗(yàn)設(shè)備

測(cè)試采用的是加拿大XSENSOR科技公司的座椅體壓分布測(cè)試系統(tǒng)，如圖3。坐墊壓力墊感測(cè)尺寸為40cm*40cm，靠背壓力墊感測(cè)尺寸為40cm*64cm。

2.3 試驗(yàn)方法

將坐墊壓力墊和靠背壓力墊盡量平整地鋪設(shè)于已確認(rèn)好狀態(tài)的座椅上，測(cè)試人員乘坐到座椅上，調(diào)整好坐姿并保證壓力墊無褶皺。待測(cè)試人員坐穩(wěn)后采集時(shí)域數(shù)據(jù)，采集時(shí)間為30s，測(cè)試過程中測(cè)試人員坐姿保持一致。每次試驗(yàn)選取三組一致性較好的數(shù)據(jù)取平均值。

3.汽車座椅結(jié)構(gòu)中影響體壓分布的因素

根據(jù)人體工程學(xué)的研究，人體的舒適坐姿應(yīng)滿足人體脊椎處于正常生理彎曲狀態(tài)，腰背肌肉放松，血液循環(huán)不受壓迫。因此，汽車座椅結(jié)構(gòu)應(yīng)與人體的尺寸和生理特征相匹配，座椅在滿足強(qiáng)度要求的前提下，座椅造型應(yīng)與人體放松時(shí)的背臀部曲線吻合，對(duì)腰椎部位起到良好的支撐作用，使駕乘人員長(zhǎng)時(shí)間乘坐不感到疲勞。在長(zhǎng)期大量的體壓分布測(cè)量過程中，通過研究體壓分布2D圖和座椅結(jié)構(gòu)，總結(jié)出若干影響體壓分布的因素：

3.1 座椅尺寸設(shè)計(jì)不合理

為使不同身高的駕乘人員獲得良好的舒適性，座椅的外形尺寸必須合適。坐墊太淺或坐墊過低都會(huì)因大腿無足夠的支撐造成臀部承受壓力過大而使人體感到不適（如圖4），坐墊太深會(huì)造成人體軀干相對(duì)靠前，腰部得不到良好支撐引起疲勞（如圖5）;

3.2 靠背角度不合理

靠背的設(shè)計(jì)角度太小會(huì)造成腰椎不能正常彎曲，人體背部不能與座椅靠背良好接觸，導(dǎo)致腰背部容易感到疲勞（如圖6）。

3.3 坐墊防潛結(jié)構(gòu)不合理

坐墊防潛功能一般是將坐墊鈑件設(shè)計(jì)成前端較高后端較低形成一定角度以防車輛剎車或碰撞時(shí)乘客向前運(yùn)動(dòng)而造成傷害[5]，可是角度過大的話則會(huì)讓大腿靠前部位壓力值大，受到壓迫，使得人體血流不暢引起麻木疲勞（如圖7）;

3.4 座椅造型不當(dāng)

有些座椅的泡沫和面套會(huì)出現(xiàn)密度較高的條形的縫線造型，造成臀部、背部在造型凸起的位置出現(xiàn)壓力峰值條形區(qū)域（如圖8～圖9），使乘員感到不適。

3.5 座椅對(duì)稱性差

座椅骨架安裝的不對(duì)稱或泡沫發(fā)泡軟硬程度的不均勻都將導(dǎo)致臀背部壓力分布一邊大一邊小的情況（如圖10～圖13），受力大的一側(cè)人體血液循環(huán)將受到影響，長(zhǎng)時(shí)間乘坐會(huì)使人感到不適。

3.6 安全帶扣位置不合理

座椅安全帶扣一般安裝于坐墊骨架側(cè)面，如果帶扣位置不合理，則容易在臀部側(cè)面形成壓力峰值（如圖14），影響乘坐舒適性。

4.結(jié)束語

本文通過分析大量汽車座椅的體壓分布圖，總結(jié)出座椅結(jié)構(gòu)中影響體壓分布的若干因素，這為座椅工程師在座椅結(jié)構(gòu)的前期設(shè)計(jì)和后期優(yōu)化以提高座椅靜態(tài)舒適性方面有著良好的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1]周劍.汽車座椅舒適性試驗(yàn)-體壓分布測(cè)量[C]. 中國汽車安全技術(shù)國際研討會(huì).2012.

[2]于貝貝.某客車乘客座椅的舒適性設(shè)計(jì)及優(yōu)化[D].福建：廈門理工學(xué)院.2017.

[3]張?zhí)m，柴軍.汽車座椅靜態(tài)舒適性研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2011.

[4]葉彪.客車乘客座椅的乘坐舒適性[J].客車技術(shù)與研究.2003.

[5]劉鵬，段小剛，楊興明. 汽車座椅防潛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].汽車科技.2015.