客車內飾設計問題與優化措施

張于豪

（廈門金龍聯合汽車股份有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

客車的設計主要由車身造型、內飾和外觀組成，一個好的外觀決定了乘客對客車的第一印象，從而對客車產生興趣；而客車的內飾好壞則直接決定了乘客的乘坐體驗，一套有檔次的內飾，可以極大地提升乘客的舒適性。但在激烈的市場競爭中很多客車生產企業只重視客車優美的外形，沒有意識到客車內飾的重要性，導致很多客車只是看起來美觀，但乘坐體驗卻差強人意。因此該文主要針對客車內飾中的座椅設計進行研究和分析，結合客車內飾設計的原則，提出有效的設計策略，優化客車內飾設計水平，將提高我國客車市場競爭力作為當前的重點研究內容。

1 客車內飾設計突出問題

隨著私家車的普及，人們對客車的需求逐漸減小。為了增加市場競爭力，突出競爭優勢，許多客車生產企業越來越重視客車內飾的設計，但是仍然受到過去僅重視客車外觀設計的影響，客車內飾設計無論是在理論研究方面還是實際操作技術方面發展都比較緩慢。導致目前客車的車內設計發展還存在一定的問題，其中最為突出的是座椅設計和乘客在乘坐時的舒適度，這會直接影響乘客是否選擇乘坐。同時座椅是客車內飾中的重要組成部分，占有客車內部大部分空間，因此其設計質量對乘客的乘坐體驗具有極大的影響。不過就目前客車內飾的設計實踐來看，其僅考慮到座椅數量等較為低端的乘客需求，對座椅的人性化分析不足，導致座椅材質、風格樣式、間距、座椅高度、深度、靠背形狀、扶手等設計存在一定的不足，導致乘客的舒適度下降。另外對客車內飾進行設計時，忽視了座椅的功能性考慮，例如防顛簸設計不合理，座椅的柔軟程度和減震效果較差，乘客的舒適需求難以得到滿足，進而導致人們減少乘坐客車的頻次。上述問題的具體表現則是間距尺寸的不合理設計，例如同方向座椅間距不足650 mm、面對面座椅間距不足1200 mm、高度沒有達到400 mm等，導致座椅與人體腰椎活動度不匹配，很容易增強疲勞感等。

2 客車內飾設計中座椅的功能性及設計原則分析

2.1 座椅功能性分析

乘客是客車中最大的群體，只有保證乘客良好的乘坐體驗才能證明客車的優良性能。就基本的乘坐功能就是保證乘客有足夠的腿部和腳部活動空間，座椅應該具有一定的工學性能，不至于讓乘車不舒服。高級的乘坐功能除了這些，還包括座椅的角度調節功能、扶手、頭枕、甚至包括座椅加熱、按摩等功能。乘坐功能是客車的核心競爭力[1]。

2.2 座椅設計原則分析

結合客車內飾中座椅功能性需求，其設計的基本原則包括安全性和舒適性2個方面。同時因為客車座椅設計是一項比較復雜的系統性工程，在實踐中會涉及機械、紡織、化工、噴涂以及美學、人體工程學及力學等科學。基于人體的生理特征、尺寸等進行設計，保證其具有良好的舒適性、減振性和安全性。具體來說，在客車內飾中對座椅設計要確保乘坐人員具有足夠的安全性，要求座椅的強度符合相關規范。當發生碰撞時，可緩沖強大的沖擊力，保護乘坐者，盡量降低傷害程度。另外，座椅舒適性的設計原則是要求乘客在乘坐時保持良好的坐姿，促使脊柱呈現自然彎曲狀態，通過合理的體壓分布實現人體肌肉松弛，避免上體通向大腿的血管免受嚴重壓迫，保持血液正常循環。此外，對座椅舒適性的設計，還應當保證其具有一定的腰椎依托感，并且人的腰背部貼合感較強，具有較好的側向穩定感。在很大程度上可以有效地隔離和衰減客車行進過程中，因路面不平整而產生的振動，確保乘坐舒適性得到充分滿足。

3 客車座椅內飾設計的主要參數

結合當前客車座椅內飾設計的功能性分析，對其基本尺寸與要求如下所述。

3.1 坐高

客車座椅的坐高一般是指其與地面的垂直距離，為保證人體乘坐的舒適性，大多座椅的坐面會向后保持一定的傾斜，但以前坐面的高度視為坐高。在內飾設計中，坐高是影響坐姿舒適程度的重要因素，如果坐高尺寸設計不合理，將會使人的腰部產生嚴重的疲勞感。尤其是對于長途客車而言，乘客乘坐時間相對較長，當坐高設計不科學時，則會導致乘客的舒適感大幅下降。而在實際設計過程中，大多是模擬人體坐在不同高度的凳子上，將測定腰椎的活動程度作為設計依據。一般情況下，當凳子高度為400mm時，人的腰椎活動度相對較高，此時疲勞感也相對更強。而其他高度下，人的腰椎活動度有所下降，進而增強舒適程度。由此，客車作業的坐高不宜過高或過低，應當充分考慮人在坐面上的體壓分布情況，為保證坐姿舒適，需要將座椅面設計為人體臀部和大腿的主要承受面。

當座椅坐面設計過高時，則會導致雙腳不能著地，促使大腿的前半部近膝窩處的軟組織出現被壓迫的情況。長時間保持坐姿會導致血液循環不暢通，乘坐人會感到肌腱部位發脹和麻木。如果對坐面設計過低，則人體坐姿將會呈現前屈姿勢，進而會在一定程度上加大背部肌肉的活動強度，在重心過低的影響下，人往往會出現起立較為困難的情況。基于此，在客車內飾設計中必須要保證座椅的坐高與人的體壓分布具有合理性。應該將坐高設計為略小于乘客的小腿腳窩到地面的距離，保證坐高與小腿輕微受壓相等，為小腿留有一定的活動余地。盡可能地保證坐高具有良好的舒適性，應當取平均適中的數據來作為最優坐高，一般以450mm為主要尺寸標準。

3.2 坐深

客車座椅的坐深參數即是指坐面的前沿到后沿的長度距離，其對于人體坐姿的舒適度具有較大的影響。例如當對坐面的設計深度較大，超過大腿水平長度時，則會出現很大的傾斜度，導致腰部失去支撐點而出現懸空現象，則會進一步導致腰部肌肉的活動強度過大而產生疲勞感。同時坐面設計相對較深，也會導致膝窩位置出現麻木的感覺，人在起立后難以立即行走。為此，針對客車座椅進行設計，應當保證其深度適宜，盡量要小于人在坐姿下的大腿水平長度，使小腿具有足夠的活動余地。根據我國人體尺度進行測定，坐姿大腿水平長度平均為425mm～445 mm，前坐面與膝窩的距離大概在60mm左右。所以對于坐深尺寸的設計，應當維持在380 mm～420 mm。

3.3 坐寬

坐寬是指座椅坐面的寬度參數，按照客車座椅的設計特點以及人的坐姿，其一般是呈現前寬后窄的形狀，此時坐面前沿的寬度則被稱為前寬，后沿寬度為坐后寬。通常來說，客車座椅的寬度必須要保證臀部得到完全的支撐，并有活動余地。這是因為該設計方式有利于保證人體在保持長時間坐姿后便于變換坐姿。所以應當將坐高和坐寬設計不小于380mm。同時考慮到客車座椅帶有扶手，為保證人體手臂能夠有效扶靠，可將扶手的內寬作為坐寬標準，并適當按照人體平均肩寬增加余量，但不得超過460 mm。

3.4 座椅間距

為確保客車座椅的舒適性和空間感，應當合理設計座椅的間距。通常考慮到乘客的上下車方便性，需要車內具有足夠的通道寬度。對于短途客車而言，其客流量較大，對座椅數量設置并不是很多，以便于節省上下車時間。而對于長途客車而言，則要求座椅的數量稍多，對座椅間距設計的要求更高。但綜合來看，座椅間距尺寸如下。同方向座椅的間距設計為650 mm以上、面對面座椅間距應在1200 mm以上，并且靠墊與靠背的距離應當大于250 mm。此外，坐墊前沿與障礙物之間的距離須大于280 mm，坐墊間距應在450 mm以上。

4 客車座椅內飾設計優化措施

通過掌握客車內飾中座椅的設計尺寸，為達到最優舒適度，應當從結構安全性、整體布置、駕駛員座椅以及乘客座椅等角度進行優化，以保證客車內飾設計的合理性和科學性。

4.1 結構安全性設計優化

現代客車座椅的機械結構組成部分包括靠背、頭枕以及坐墊等。在實現座椅舒適性的同時，應當考慮其結構安全性。因此在內飾設計中，應當注重以下優化要點。

4.1.1 保障座椅強度設計的安全性

當客車在行進過程中，應當保障座椅能夠承受一定的載荷。所以在設計時，須確保其具有較高的強度性能，將人在座椅上所受到的傷害降至最小。同時應當維系座椅的使用壽命在一定合理范圍內，不能出現過早變形或者損壞。并且當座椅受到沖擊載荷的作用時，應當確保其不會發生斷裂和變形等情況。在該基礎上需要合理計算汽車座椅強度，采用相對較少的材料實現最高的強度性能。

4.1.2 優化設計座椅的結構

首先應當綜合考慮座椅對其他約束系統效能的影響，其次是注重其與座椅的連接方式。

4.1.3 優化靠背設計是客車內飾設計的重要組成部分

主要是注重提升靠背的強度、傾角、基本尺寸、形狀等。其中強度優化設計的目的如下：客車在發生碰撞時，能夠給予乘客良好的安全保護；對于傾角、基本尺寸以及形狀的設計，則是根據尾部碰撞的嚴重程度進行確定。

4.1.4 優化客車座椅坐墊

對客車座椅的坐墊進行優化，可以保護乘客免受直接沖擊傷害，但是在實際設計過程中，坐墊結構的設計對乘客的運動、約束力以及外部荷載等會產生較大的影響。因此在設計時，需要綜合考慮利用靠背優化坐墊深度，促使臀部能夠得到合理的支撐，但深度應控制在人的大腿長度以下。

4.1.5 優化客車座椅頭枕設計

其主要作用是在發生碰撞的過程中，盡可能地減少乘客頸椎出現損傷的情況。例如當客車在行進過程中出現碰撞時，能夠有效抑制人的頭部大幅后傾。在設計過程中，一般是采用模擬計算的方式，通過建模對座椅的整體結構進行優化調整。并根據零件對于強度特性的影響進行篩選，從而針對座椅支撐性零部件進行精準建模。例如對影響靜強度特性不大的零件，根據其幾何形狀開展建模。對于其他無影響的零件無須建模。同時還需著重考慮汽車座椅骨架，其實際上是一種空間桿系和空間板系的組合結構。受到調節機構的影響可能出現不對稱的情況。所以設計人員可采用有限元的方式來仿真座椅系統，以此確定其優越性和合理性。

4.2 座椅整體布置優化設計

對于客車內飾中的座椅整體布置，其相關尺寸如表1所示。具體設計則是針對駕駛區和乘客區的座椅進行優化布置。該設計要保證駕駛員座椅前后調節量為140 mm，靠背角度為15°，方向盤的傾角為20°。并且將駕駛員座椅的坐深可設計為400 mm～500 mm，保證駕駛員的背部與靠背充分接觸，使其保持端坐姿勢，減少疲勞感。對于坐高設計為350mm～400mm，而且坐墊角度設計為5°～8°、使軀干和大腿的夾角為95°～105°，并將座椅設計為可調式，有效調整座椅舒適性和安全性；對于乘客區的座椅則是保證內寬為1850mm，同時最低內高設計為1730 mm。可將車架合理分為4段，主要尺寸依次為4000 mm、765 mm、765mm、500mm。其中對于二三段以及三四段的連接位置，可設計高度為160mm的臺階，便于增加行李箱空間。并且對于所有座椅均應當采用向前布置的方式，保證座椅高度為450mm，單排寬度為460 mm、雙排寬度在910 mm，座椅間距設置700mm。

表1 客車座椅整體布置尺寸

4.3 座椅靜態舒適性優化設計

對于客車內飾設計中的座椅優化，應當保證其具有良好的靜態舒適性。在實際設計過程中，主要考慮的因素包括座椅的形式和尺寸、座椅的可調節性、座椅材料滿足人體舒適感、座椅位置與其他空間具有協調性等。對于座椅主觀舒適性的評價可如表2所示，以此確定設計優化內容。即是幾何坐姿生物力學，將臀部稍離靠背并向前移，促使上體略微向后傾斜，促使上體與大腿之間的夾角保持在90°～115°。并按照客車內部的溫濕特點，通過優化座椅材料，使其調節人體的代謝功能，進而緩解疲勞。例如設計透氣性材料，在不同季節下使用不同座椅面料。特別是針對駕駛員座椅來說，對中高檔客車可設計主動通風式座椅，使駕駛員在坐墊表面與背部表面產生的熱量保持在一定的溫度范圍內，保證人體與座椅的接觸面具有適宜的溫濕度，確保座椅表面特性得到良好改善，進而化解駕駛疲勞。

表2 客車內飾座椅的主觀舒適性評價表

4.4 座椅動態舒適性優化設計

在客車內飾中優化座椅的動態舒適性設計，應當綜合考慮振動特性。例如針對懸架式座椅系統的優化，則是合理設計坐墊的剛度以及阻尼系數等，并關注懸掛系數和座椅連接件的摩擦性能。而對于非懸架式的座椅進行優化，一般主要考慮坐墊剛度，并保證阻尼系數以及鋼架結構具有一定的動態性。在設計過程中，應當充分認識到座椅的共振頻率受剛度所影響，而座椅的振動衰減特性是由阻尼系數所決定的。因此為保證座椅動態舒適性設計得到優化，必須調整其剛度參數和阻尼系數。以客車駕駛員座椅為例，其通常會收到3個方向的直線振動，包括縱向、橫向和垂直方向等。在客車隨機振動和機械振動的干擾下，會產生繞3個方向的角振動。這一過程所產生的垂直振動和繞縱、橫坐標軸的角振動會對人體產生較大的影響。其會通過座椅傳遞到人體的臀部以及后背，進而出現全身性的振動。

基于此，對客車座椅進行動態舒適性設計優化，應當保證有效隔離對人體敏感的振動。具體措施如下：1）設計減小共振頻率共振頻率客車座椅，以此降低高頻區振動頻率。2）當出現共振時，降低振動傳遞率。3）降低乘客10 Hz附近的振動傳遞率，并保證彈簧以下的共振影響降至最低，以此減少座椅和靠背所產生的高頻振動。4）將客車行進輪胎、懸架以及座椅設計為整體動力學系統，通過實踐尋找在隨機路面振動的情況下，人體疲勞感受最低的座椅結構形式。

5 結語

客車內飾設計是企業提升客車整體檔次的重要手段，設計出高質量的內飾有助于拔高企業自身形象，增強在市場中的核心競爭力。一套高質量的內飾設計應該充分體現出以人為本的理念，在多個方面展現人性化的設計，并保證整體設計協調，與客車外觀造型相呼應，給人一種渾然一體的感覺。而在內飾設計的很多內容中，影響乘客乘坐體驗的關鍵因素是座椅，為此設計人員需要優化座椅設計，通過確定其坐高、坐深、坐寬以及座椅間距等基本尺度，對結構安全性設計、座椅靜態舒適性和動態舒適性設計進行優化，以此提高客車內飾設計質量。