有關動態舒適性的汽車座椅系統的研究

王超

摘 要：隨著人們生活質量的提高，對汽車的需求量也隨之增加。提高汽車座椅的舒適性是車企增強競爭力的重要途徑，同時還可以提高駕駛的安全性，因此對汽車座椅動態舒適性的研究就顯得極為重要。

關鍵詞：動態舒適性；汽車座椅；安全性

汽車座椅在汽車使用中有著如下重要作用：（1）給駕駛員和乘客有力支撐。通過為人體提供合宜的體壓分布，座椅能夠充分保證汽車行駛中駕駛員和乘客的平衡和穩定。（2）固定駕駛員位置。良好的視野，便捷的掛檔、剎車等操作是平穩駕駛的重要前提，座椅能夠固定駕駛員的位置，加上安全帶，能夠保障駕駛員舒適地駕駛汽車。（3）保證駕駛員和乘客安全。舒適的座椅能夠降低駕駛員的疲勞度，減少事故的發生，即便出現意外，座椅也能減輕對人員的傷害。簡而言之，汽車座椅能夠在規定的條件下，保障駕駛員和乘客的舒適度，并且能夠保障安全駕駛，減輕意外傷害。

1 影響座椅動態舒適性的因素及評估方法

1.1 椅墊的體壓分布

根據人體形態學可知，人在坐立時，坐骨結節處是人體受力最主要部位；而大腿下有著大動脈分布，不宜承重。因此，設計的座椅壓力分布應該是不均勻的，在坐骨結節處應該更加舒軟，用于緩解久坐的疲勞。

1.2 汽車車體的振動

當汽車行駛在凹凸不平的路面時，車輛會顛簸振動，同時汽車本身也有著機械振動，這樣駕駛員將受到縱向、橫向以及垂直方向的振動，甚至還有圍繞這三個方向的角振動。在這些振動中，垂直振動和橫向振動對人的影響最大，會引起暈車等不良反應。研究表明，人體對4～8Hz頻率的振動最為敏感，人體在經受這些振動時，輕則產生疲勞，乏困反應；重則產生頭暈惡心以至嘔吐反應。因此，研究如何能夠減輕4～8Hz頻率段的振動是提高座椅舒適度的重要方面。[1]

1.3 汽車座椅動態舒適性的評估方法

吸收功率法，即用人體振動系統內部吸收的平均能量來衡量人體的舒適性。單一不舒適性指數法，這個方法是NASA最先使用的，是將汽車行駛中，五個方向的振動幅度和車內噪聲加以監控，將統計數據，輸入經驗公式，從而得到不舒適指數。

2 國內外對座椅舒適性的研究

2.1 國外對汽車座椅舒適性的研究

早在上世紀40年代，就有國外學者對汽車座椅舒適性進行研究；到了60年代，隨機振動理論興起，借助這個理論，對汽車行駛中的振動也進行了更深入研究，找到了對人體影響最大的振動。在理論研究的同時，國外學者也不斷地改進座椅設計，進行了大量的實驗。例如，人-椅系統的傳遞特性、不同姿態下人體振動模型等，這些實驗、模型都取得了不錯的成果。直到90年代，有企業成功研制出了空氣懸掛式座椅，這極大地改善了載貨汽車和大客車駕駛員的駕駛體驗。并且逐漸成為汽車座椅動態舒適性研究的一個新方向，吸引著研究者前仆后繼。目前以美國ROHO為首的研發機構，已經研制出了充氣坐墊椅，這一革新技術，極大改善了駕駛體驗，也越來越被汽車生產廠家重視。

2.2 我國對汽車動態座椅舒適性的研究

我國在這一塊研究起步較晚，與世界前沿有著明顯的差距。上世紀80年代，計算機在我國開始普及，極大地提高了汽車座椅動態參數的建模，優化分析能力，各大車企產出了豐富的研究成果。例如，洛陽拖拉機研究院成功改造了礦業車和拖拉機的座椅，設計出了剪式懸掛座椅，大大緩解了車輛顛簸對駕駛員的影響。不過，總的說來，我國汽車座椅動態舒適性的研究還是比較落后，歸納原因，有以下幾點。（1）研究方法不夠先進。由于我國起步晚，加之國外對最前沿技術的壟斷封鎖，我國研究人員缺少必要的理論支撐，自主創新能力又不足。座椅減振是一項綜合技術，涉及系統動力學，機械振動等，而我國在這些方面的研究也跟不上，所以，我國汽車座椅舒適性研究只能緩慢進行。（2）監管層面不夠重視。在我國，座椅舒適度沒有硬性要求，不作為出廠檢測的強制指標，所以大多數企業不夠重視，抱著能生產銷售就可以的態度，低標準生產。未來隨著客戶追求的提升，可能會倒逼企業加強對座椅舒適度的研究。

3 改善汽車座椅動態舒適性的新技術

3.1 充氣坐墊

該革新產品是由美國ROHO集團研制，能夠很好地提高駕駛舒適性。坐墊為48*48厘米的正方形，厚度為5厘米，總重量為1公斤；[2]該坐墊使用的材質是氯丁橡膠，有很好的耐磨和抗擠壓性；為了克服駕駛員坐立時身體浸入坐墊內，當駕駛員坐滿坐墊時，坐墊會調節位置，使駕駛員和座椅之間的距離保持在1厘米左右。

3.2 充氣坐墊原理簡介

充氣坐墊各單元是相通的，空氣能在彼此之間相互流動。當駕駛員挪動時，坐墊的外形會隨之變化，保證了體壓的均衡。因此，充氣坐墊內部的一個個充氣單元就相當于傳統坐墊中的減震器，其阻尼系數由充氣單元所受壓力、尺寸以及單元之間空氣交換速率決定。[3]坐墊內相鄰的充氣單元結構能夠通過一個簡單的模型來說明，即每個充氣單元四周封閉，單元之間空氣的流動是依靠底部的通道。

3.3 充氣坐墊的優勢

坐墊采用的是ROHO公司特有的擬合技術，合理的體壓設計，能夠幫助駕駛員調節臀部血液循環，減少疲勞感，避免長期駕駛帶來的麻木感，整體上提高了駕駛的舒適感。還可以緩沖車輛行駛途中，碰撞、振動對人體帶來的不適。充氣坐墊能夠幫助駕駛員糾正坐姿，減輕后背的疲勞感。從物理學角度來看，由于各充氣單元的聯通，空氣的自由流動，坐墊在承受不同壓力時，能夠自我調整坐墊內每個單元的形狀，增大受力面積，降低人體受力壓強。柔韌的氯丁橡膠外膜和極易形變的內充空氣，能夠徹底擺脫傳統泡沫坐墊使用久后硬化的弊端。且充氣坐墊的制作成本較低，能夠很快地得到推廣。

4 結束語

如上文所述，汽車座椅的動態舒適性是汽車駕駛體驗的重要組成部分，也是消費者購買欲望的重要參考指標。提高座椅的舒適性不僅是迎合消費者心理的需要，更是保障駕駛員生命安全的需要，還是汽車企業提高核心競爭力的需要。因此，國內企業要緊跟技術革新的步伐，參與競爭，投入必要的研發力量，加強同世界先進機構的合作，生產更加安全，更加貼近消費者需求的座椅，這樣在面對日益增大的中國汽車消費市場才能不失良機，跨越發展。

參考文獻

[1]崔志磊，蘇東，王金娥.汽車座椅電動滑軌舒適性測試系統的研究[J].蘇州市職業大學學報，2014，4：15-17+45.

[2]趙妞.全順汽車座椅乘坐舒適性的改進[J].土木機床，2013，3：31-33.

[3]李彥晶，張亞萍，尹新權.基于人機工程的汽車駕駛座椅舒適性設計研究[J].機械研究與應用，2014，5：28-30.