影響體壓分布的汽車座椅結構分析

李巖 李劼 許繼藝

摘要：隨著汽車技術不斷進步，汽車座椅舒適性測試評價越來越得到人們的關注。本文分析了座椅結構中影響體壓分布的若干因素。通過這些分析，可為工程師在產品的設計和改進上提供有價值的參考。

關鍵詞：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和乘客的重量，衰減或緩和由車身地板傳來的振動和沖擊。汽車座椅舒適與否對乘員身體健康、乘坐安全以及駕駛疲勞程度均有著十分密切的關系。國內外學者對汽車座椅舒適性的研究主要體現在動態舒適性、操作舒適性和靜態舒適性三個方面。動態舒適性是指汽車在行駛狀態下通過座椅骨架以及座椅泡沫等將振動傳遞到人體后給人的舒適特性[1]，現行的試驗標準為QC/T 55-1993《汽車座椅動態舒適性試驗方法》。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，按照主次原則進行合理的布置。而靜態舒適性是指座椅在靜態狀態下人體-座椅之間的相互匹配是否可使人體達到和保持舒適乘坐姿勢，并能夠提供舒適程度的水平[2]。靜態舒適性是一個復雜的主觀概念，目前主要用體壓分布的測量進行評價。

1.體壓分布

體壓分布是指人坐在座椅上時，人體重力作用在坐墊和靠背上其壓力分布情況。通過對各個部分的受力情況，能夠驗證座椅結構的合理性，為產品測試、新品研發、產品改進等提供重要的依據。

根據人體工程學的研究，最適宜的體壓分布應保證人體的大部分質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：坐骨結節處壓力最大，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壓力最小值[4]。這是因為根據人體解剖學的研究，人的臀部承壓能力最強，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部位壓力應最大，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.座椅體壓分布測量

2.1試驗條件

一般座椅生產廠會采用將座椅安裝在夾具上進行體壓分布測量。測量前調節座椅頭枕位于最下方，調節座椅靠背角度為25，調節座椅導軌位于水平方向的中間位置，前后位置為試驗者開車最舒適的位置。測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，試驗過程中保持坐姿不變。

2.2試驗設備

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

2.3 試驗方法

將坐墊壓力墊和靠背壓力墊盡量平整地鋪設于已確認好狀態的座椅上，測試人員乘坐到座椅上，調整好坐姿并保證壓力墊無褶皺。待測試人員坐穩后采集時域數據，采集時間為30s，測試過程中測試人員坐姿保持一致。每次試驗選取三組一致性較好的數據取平均值。

3.汽車座椅結構中影響體壓分布的因素

根據人體工程學的研究，人體的舒適坐姿應滿足人體脊椎處于正常生理彎曲狀態，腰背肌肉放松，血液循環不受壓迫。因此，汽車座椅結構應與人體的尺寸和生理特征相匹配，座椅在滿足強度要求的前提下，座椅造型應與人體放松時的背臀部曲線吻合，對腰椎部位起到良好的支撐作用，使駕乘人員長時間乘坐不感到疲勞。在長期大量的體壓分布測量過程中，通過研究體壓分布2D圖和座椅結構，總結出若干影響體壓分布的因素：

3.1 座椅尺寸設計不合理

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），坐墊太深會造成人體軀干相對靠前，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

靠背的設計角度太小會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，導致腰背部容易感到疲勞（如圖6）。

3.3 坐墊防潛結構不合理

坐墊防潛功能一般是將坐墊鈑件設計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乘客向前運動而造成傷害[5]，可是角度過大的話則會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

有些座椅的泡沫和面套會出現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壓力峰值條形區域（如圖8～圖9），使乘員感到不適。

3.5 座椅對稱性差

座椅骨架安裝的不對稱或泡沫發泡軟硬程度的不均勻都將導致臀背部壓力分布一邊大一邊小的情況（如圖10～圖13），受力大的一側人體血液循環將受到影響，長時間乘坐會使人感到不適。

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面，如果帶扣位置不合理，則容易在臀部側面形成壓力峰值（如圖14），影響乘坐舒適性。

4.結束語

本文通過分析大量汽車座椅的體壓分布圖，總結出座椅結構中影響體壓分布的若干因素，這為座椅工程師在座椅結構的前期設計和后期優化以提高座椅靜態舒適性方面有著良好的借鑒意義。

參考文獻

[1]周劍.汽車座椅舒適性試驗-體壓分布測量[C]. 中國汽車安全技術國際研討會.2012.

[2]于貝貝.某客車乘客座椅的舒適性設計及優化[D].福建：廈門理工學院.2017.

[3]張蘭，柴軍.汽車座椅靜態舒適性研究[J].企業科技與發展，2011.

[4]葉彪.客車乘客座椅的乘坐舒適性[J].客車技術與研究.2003.

[5]劉鵬，段小剛，楊興明. 汽車座椅防潛結構設計研究[J].汽車科技.2015.