汽車座椅的設計與優化

徐建軍

摘 要：根據坐姿的生理形態和體壓分布，對汽車座椅的設計采用了人機工程學的方法進行分析，并用優化設計理論對座椅靠背曲線進行擬合，得出更符合人體生態曲線的座椅靠背曲線，以提高乘坐的舒適性，并適應人體的健康需要。座椅對人體的健康會產生較大的影響，目前國家對客車座椅的安全性牢固性有較高的要求，而對座椅與人體健康之間的關系沒有明顯的要求，因此座椅在設計時必須重視該方面的內容，改變傳統的設計理論方法，促進汽車工業行業的快速發展。本篇文章通過對該方面進行分析研究并提出意見建議，為汽車座椅的設計與優化工作提供一定參考。

關鍵詞：汽車座椅;設計;優化

0 引言

隨著社會經濟的快速發展，我國的各種交通汽車量已經高達上億臺，一些人員因為日常工作的要求，產生了不同程度的職業病和腰背部疼痛病，而且由于腰背疼痛以及不舒服的坐姿，也導致交通事故發生的概率在不斷的增加。這是由于在實際的車輛行駛過程中，坐姿上的問題導致司機無法將精力集中在車輛駕駛上，因此產生了不同程度的交通安全事故問題。文章通過對汽車座椅的設計和優化工作進行分析研究，以人機工程理論等為基礎內容對座椅的設計模型進行計算，對靠背曲線進行優化和設計，能夠使靠背的設計更加符合人體的坐姿需求，有效的提高了座椅乘坐的舒適度和座椅外形的美觀程度，保障了人體的健康。

1 影響座椅設計的因素

1.1 人的坐姿生理形態

人體在實際的坐姿狀態下，主要的支持結構為脊柱、盆骨、腿等部位最舒適的坐姿方式是將臀部稍靠里，椅背向前。在這種狀態下，人上體會向后方稍傾斜，能夠保持與大腿之間的夾角成90到115度，而且此時的小腿會向前伸，大腿與小腿、小腿與腳掌之間也會達成一定的角度。如果未保持這樣的姿勢，人在長時間的坐立狀態下會出現腰部酸痛疲勞等不適的感覺。并且人在坐姿狀態下，腰椎、骶骨和腰間盤等軟組織會承受身體的大部分重量，另外在這個過程中還要進行彎腰扭轉等動作，因此在座椅靠背設計過程中，必須要重視腰椎、骶骨等部分的設計工作。

1.2 坐姿體壓分布

人在靠背和坐墊上分布的壓力，被稱作坐姿壓力分布。在實際的研究過程當中，人體最舒適的坐姿應當保證大部分的質量能夠被大面積的支撐面積所承受而小單位的壓力，坐墊和靠背進行合理的分布，在壓力的分布過程中應當從小到大逐步過渡，盡量避免出現劇烈的變化給人的坐姿狀態產生影響。

另外通過調查研究能夠明顯的發現，人體在最舒適的坐姿狀態下，肩部和臀部承擔著身體大部分的重量，在坐墊上不會均勻的分布各項壓力。因此在座椅設計的過程中，可以根據不舒適的各個部位所承受的壓力進行合理的設計，保證壓力能夠更加合理的分布。一般在坐墊的設計過程中，坐墊的壓力分布主要在坐骨部位承受最大的壓力負荷，以主為中心向臀部外圍進行擴展，壓力逐漸減小，在坐墊與大腿下面接觸的部位壓力值最小，在靠背上肩胛骨和腰椎兩個部位所承載的壓力負荷最大，因此設計師在設計時應當重視這兩個部位的設計內容。

2 汽車座椅的設計優化

2.1 靠背參數的設計優化

在座椅的設計過程中，通過對座椅靠背的參數進行合適的設計和設置，能夠保證人體在坐姿狀態下，背部的緊張程度被緩解，使人體脊柱處于更加自然的形態，提高座椅的舒適程度。一般在座椅靠背的設計過程中，可以對座椅面和靠背之間的角度形狀等內容進行調整和設計，但由于每個人的脊柱長度存在較大的差異性而人體身材也不相同，因此，脊柱曲線變化的差異性會影響到座椅靠背的參數設計，使其設計的高度和形狀之間存在較為復雜的關系。

在座椅靠背的設計過程中，座椅靠背整體的形狀和脊柱自然彎曲的程度應當相符，這樣能夠為腰椎和肩胛骨提供足夠的支撐點。尤其是腰椎，只有提供充足的支撐，才能夠有效的緩解腰肌的疲勞感。在設計時需要保證腰部有足夠的支撐，同時要在骶骨附近留出一定的空隙，這樣便于使用者在使用的過程中根據自身的身體狀況進行合適的調整，能夠有效避免由于臀部與靠背過于相近而無法實現自然的彎曲影響到人們的坐姿舒適度的情況發生。

根據數據調查表明，在座椅靠背設計時，靠背傾斜角可以在105度到115度范圍內，靠背座椅的高度可在530～560毫米范圍內，寬度為480毫米，坐墊的傾斜角應當在6度到9度范圍內。

2.2 靠背曲線的設計優化

對座椅的靠背曲線進行優化主要是運用相關數據對整體設計進行優化，保證靠背的曲線更符合人體的背部需求，以此來不斷的提高整體乘坐的舒適程度。

在優化的過程中首先進行模型的建立，將多個點的數據進行收集和分析，繪制一條光滑的曲線，利用三次樣條插值算法進行計算，該算法能夠滿足函數值的需求，利用已經得到的函數表，將原來的函數值利用端點近似值進行代替，保證每個區間都為三次多項式。根據公式就能夠對曲線的各項參數進行優化和設計，為了保證整體曲線的幅度在可控范圍內，需要給變量的上下界添加約束條件。通過這樣的方式，能夠得到靠背曲線的優化設計結果，保證設計結果的合理性，能夠有效的解決靠背設計存在的問題。

3 結束語

綜上所述，本篇文章根據人機工程理論以及優化理論對座椅靠背進行優化和設計，通過設計后的結果能夠有效的提高座椅的乘坐舒適度。在實際的方案設計過程中應當根據實際的使用情況進行綜合性的分析，不斷的提高座椅優化設計的質量，以此來保障人體的健康，提高汽車在市場環境下的競爭力。

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