汽車座椅舒適性的技術研究

錢志剛

摘 要：座椅設計時需要考慮人體生理結構，避免使人體受到靜態載荷，肌肉長期受載會對人體生理機能產生不良的影響。在受迫情況下血液循環將受影響從而涉及到正常新陳代謝過程中營養物質的交換，嚴重的更會形成硬化區域。為了防止這種現象的產生，一個設計合理的座椅系統首先應當考慮人體生理結構，其次需要考慮結合人體工程學原理，最后需要優化座椅本身的設計參數。

關鍵詞：舒適性；壓陷負荷；模數比

中圖分類號：U463 文獻標志碼：A

1 人體生理結構與乘坐舒適性的關系

1.1 舒適坐姿時人體的解剖學原理：當人體以正常姿勢入座后，靠背腰椎部分承受的負荷最大，腰曲最易于變形，即腰曲部位向前傾。形成諸如貓背姿勢，腰椎會變得筆直或向后彎的不自然狀態，使人體感覺不舒適，脊柱處于非正常生理彎曲狀態，使腰曲弧度減小，椎間盤的前緣受壓、后緣受拉，從而導致韌帶受壓迫繃緊，容易引起腰酸等不適的感覺。對于工體工程學而言，有95%的病變均發生于第4和第5腰椎的椎間盤，當乘客在運行的車上時脊柱處于正常生理彎曲狀態，通過座靠海綿的弧面造型，以及面罩對人體加大磨擦系數，在車運行過程中一般座椅設計需要在這個位置設置腰托裝置或腳托，這樣才能對胸曲部分的肩胛骨提供憑靠，減輕胸曲壓迫與變形。當然身體某一部分受力也不能夠過大，否則人體同樣會產生不適感。

1.2座椅合理的體壓分布與乘坐舒適性的關系：①適當提高坐墊與水平方向的夾角，約5°～10°為宜，這樣的話可以使壓力集中于大腿后部的坐骨結節周圍，同時還能夠防止行車過程中乘客臀部向前滑動的趨勢，避免造成生理和心理上的疲勞感；②腿夾角，一般在105°～115°左右為舒適，軀干和大腿之間的角度稱為體腿夾角，在體腿夾角為105°～115°左右時，能夠保證人體腹部與大腿之間的血管不受壓迫且血液通暢，這一生理需求同樣要求座椅靠背稍微向后傾；③小腿與大腿之間達到105°～115°左右為舒適，這樣的話，小腿可以向前伸，保持人體血液流暢，此外，坐位時大腿稍微傾斜并向后下、小腿稍微向前的位置也使得靜脈血易于回流，可以減少疲勞的發生；④對座椅左、中、右側設立不同檔位的扶手，有了扶手的支撐，能促進上肢靜脈血回流及減輕疲勞的作用，對于扶手的高度，應滿足75kg人體手臂自然下垂的模擬狀態；⑤可增加靠背腰托裝置對乘客合理的體壓分布，在靠背對應人體的第4和第5腰椎的椎間盤處，增加靠背腰托裝置后會明顯增加對于人體腰部區域的支撐，避免腰部區域受載過大變形而造成人體疲勞。乘客乘坐時人體脊柱的自然生理彎曲，對由肩胛骨提供憑靠的支承和腰曲部位的支承，通行頂腰對肩靠和腰墊的兩點支撐來達至乘坐舒適的支撐點。

2 人體測量數據與座椅設計參數的關系

2.1座椅尺寸中按人體測量學相應的部位，坐墊寬度滿足95%女性的人體臀部尺寸，推薦尺寸500mm～525 mm；坐墊長度在滿足5%最小女性臀部到腿彎部的尺寸，推薦尺寸440mm左右；坐墊高度在滿足5%最小女性的腿彎部高度尺寸，推薦尺寸不超過363mm，推薦為346mm左右；④靠背寬度在滿足95%男性的肩部（測量值取自H點以上220mm的數據）推薦為384mm；⑤靠背高度在從H點沿軀干線測量滿足5%最小女性靠背，推薦為410mm～550mm ；⑥腰托頂出時腰托最凸出一點到軀干點之間的距離一般這個值選擇為90mm～110mm。

2.2座椅泡沫的影響：為了給乘客靠部與臀部提供合理的體壓分布支撐，座墊彈性結構的剛度應該遵循體壓分布原則進行合理分配。在座墊長度的2/3區域處，即乘坐時人體坐骨接觸部位的硬度應該比其他部分的硬度高，以此承受坐骨部位的較大壓力。由于座墊前沿在大腳處會產生較大的支撐力，所以在座墊前沿需采用人體工程學的曲線造型，在座海綿前沿采用曲線與大腿進行貼合，同時減少前沿海綿的硬度，從而減小大腿的支撐力對海綿前沿施加的較大支撐力，避免壓迫大腿下面的神經和血管使經脈舒緩達到舒適的乘座空間。中間的海綿可采用不同組份配方的海綿料進行加工，使之在同一海綿上產生密度不同的工藝，以實現合理的硬度分配。為了阻止乘員橫向滑移，泡沫結構中在座墊與靠背兩側增加翼狀結構，增加這種結構，能夠明顯提高兩側硬度，從而可以形成必要的橫向穩定支承。

根據研究表明，人體對頻率4Hz-8Hz的振動是最敏感的，這種頻率的振動會使人感到精神疲憊，這種振動對心臟虛弱的人傷害更為嚴重，經過振動人體的心臟會最身體各項技能的供血不足，很容易引起心臟病人的病發從而造成生命危險。對于人體工程學來說，與人接觸電的座椅面罩下的海綿物性要求為：密度（kg/m3）座為55±5，靠為65±5，頭枕為35±5；壓陷負荷25%（硬度），靠背≧160N，座墊≧180N，頭枕≧30N，扶手≧30N；模數比（舒適性系數）65%/25%≧2.6；④落球回彈率≧50%；⑤伸長率≧90%；⑥拉伸強度≧100MPa；撕裂強度≧1.8N/cm；壓縮永久變形（75%）在70±1℃22小時應≦8%；能滿足乘客在長時間旅途中的顛波共振產生的部分疲勞的緩解與消除。

3 設計優化安全帶在車輛運行過程中對乘客舒適性的影響

乘客使用座椅上的安全帶（三點式）進行安全防護，從而在車輛出現交通事故過程中，起到預防與減少人員損傷的作用，從而挽救生命。乘客在佩戴和使用安全帶過程中的主觀感受為設計優化的方向，其中①對安全帶上固定點的高度需同垂直于座椅縱向中心面并與乘客軀干呈65°夾角，對于后排座椅此夾角需≤60°，減少安全帶對身體的壓迫感，對安全帶導向槽需會隨乘座人員肩高進行轉角，使乘客在佩戴和使用要具有舒適性，使人體在自然放松的心理狀態下進行乘座；②安帶的織帶拉出過程不會出現卡澀現象，造成拉出織帶費力；拉出力值400mm處應≤9N時，800mm處應≤12N，安全帶在使用后能自動回彈到位，不會出現織帶扭曲或回彈力過大的甩力；③對安全帶鎖扣需同座椅H點呈25°夾角，使兩點式卷收與三點式卷收在乘客人體腹部與肩部呈一個舒適的最佳角度，同時鎖扣解鎖力應在10N～25N與座椅乘座后的變形量無干涉造成解鎖困難，且不會使乘客乘座及或頂觸造成不適；④隨著整車座椅全車安全帶，安全帶的噪聲也對乘客的舒適度產生影響，安全帶在車開動過程中與抽出過程中卷收器的噪聲，特別是卷帶筒和框架以及安全和加速度敏感機構中慣性塊與支座的磨擦撞擊應不大于55dB；⑤卷收器鎖止的敏感程度會影響乘客在車輛出現急剎車或路面顛頗導致的慣性沖擊，GB14166法規要求當車體加度大于0.45g或者織帶加速度大于0.8g，傾角角度達到27°時安全帶卷收器應自動進行鎖止，以確保乘客在座位上不出現突發性的巨烈位移，對乘客產生不適與慣性瞬間大強度壓迫感；⑥安全帶兩≤240mm座椅縱向中心平面距離≤120mm。

結語

司機與乘客座椅是客車不可缺少的重要組成部分，直接關系到乘坐舒適性。隨著全國高鐵與同城化及旅游的發展，人們出行旅游熱情高漲，出行對乘坐舒適性提出更高要求，乘客座椅設計必順以人體工程學原理為指導，在滿足座椅強度與吸能性的基礎上并注重人性化設計提高司機與乘客座椅乘坐舒適性。

參考文獻

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