| 标题 | 汽车座椅舒适性的技术研究 |
| 范文 | 钱志刚 摘 要：座椅设计时需要考虑人体生理结构，避免使人体受到静态载荷，肌肉长期受载会对人体生理机能产生不良的影响。在受迫情况下血液循环将受影响从而涉及到正常新陈代谢过程中营养物质的交换，严重的更会形成硬化区域。为了防止这种现象的产生，一个设计合理的座椅系统首先应当考虑人体生理结构，其次需要考虑结合人体工程学原理，最后需要优化座椅本身的设计参数。 关键词：舒适性；压陷负荷；模数比 中图分类号：U463 文献标志码：A 1 人体生理结构与乘坐舒适性的关系 1.1 舒适坐姿时人体的解剖学原理：当人体以正常姿势入座后，靠背腰椎部分承受的负荷最大，腰曲最易于变形，即腰曲部位向前倾。形成诸如猫背姿势，腰椎会变得笔直或向后弯的不自然状态，使人体感觉不舒适，脊柱处于非正常生理弯曲状态，使腰曲弧度减小，椎间盘的前缘受压、后缘受拉，从而导致韧带受压迫绷紧，容易引起腰酸等不适的感觉。对于工体工程学而言，有95%的病变均发生于第4和第5腰椎的椎间盘，当乘客在运行的车上时脊柱处于正常生理弯曲状态，通过座靠海绵的弧面造型，以及面罩对人体加大磨擦系数，在车运行过程中一般座椅设计需要在这个位置设置腰托装置或脚托，这样才能对胸曲部分的肩胛骨提供凭靠，减轻胸曲压迫与变形。当然身体某一部分受力也不能够过大，否则人体同样会产生不适感。 1.2座椅合理的体压分布与乘坐舒适性的关系：①适当提高坐垫与水平方向的夹角，约5°～10°为宜，这样的话可以使压力集中于大腿后部的坐骨结节周围，同时还能够防止行车过程中乘客臀部向前滑动的趋势，避免造成生理和心理上的疲劳感；②腿夹角，一般在105°～115°左右为舒适，躯干和大腿之间的角度称为体腿夹角，在体腿夹角为105°～115°左右时，能够保证人体腹部与大腿之间的血管不受压迫且血液通畅，这一生理需求同样要求座椅靠背稍微向后倾；③小腿与大腿之间达到105°～115°左右为舒适，这样的话，小腿可以向前伸，保持人体血液流畅，此外，坐位时大腿稍微倾斜并向后下、小腿稍微向前的位置也使得静脉血易于回流，可以减少疲劳的发生；④对座椅左、中、右侧设立不同档位的扶手，有了扶手的支撑，能促进上肢静脉血回流及减轻疲劳的作用，对于扶手的高度，应满足75kg人体手臂自然下垂的模拟状态；⑤可增加靠背腰托装置对乘客合理的体压分布，在靠背对应人体的第4和第5腰椎的椎间盘处，增加靠背腰托装置后会明显增加对于人体腰部区域的支撑，避免腰部区域受载过大变形而造成人体疲劳。乘客乘坐时人体脊柱的自然生理弯曲，对由肩胛骨提供凭靠的支承和腰曲部位的支承，通行顶腰对肩靠和腰垫的两点支撑来达至乘坐舒适的支撑点。 2 人体测量数据与座椅设计参数的关系 2.1座椅尺寸中按人体测量学相应的部位，坐垫宽度满足95%女性的人体臀部尺寸，推荐尺寸500mm～525 mm；坐垫长度在满足5%最小女性臀部到腿弯部的尺寸，推荐尺寸440mm左右；坐垫高度在满足5%最小女性的腿弯部高度尺寸，推荐尺寸不超过363mm，推荐为346mm左右；④靠背宽度在满足95%男性的肩部（测量值取自H点以上220mm的数据）推荐为384mm；⑤靠背高度在从H点沿躯干线测量满足5%最小女性靠背，推荐为410mm～550mm ；⑥腰托顶出时腰托最凸出一点到躯干点之间的距离一般这个值选择为90mm～110mm。 2.2座椅泡沫的影响：为了给乘客靠部与臀部提供合理的体压分布支撑，座垫弹性结构的刚度应该遵循体压分布原则进行合理分配。在座垫长度的2/3区域处，即乘坐时人体坐骨接触部位的硬度应该比其他部分的硬度高，以此承受坐骨部位的较大压力。由于座垫前沿在大脚处会产生较大的支撑力，所以在座垫前沿需采用人体工程学的曲线造型，在座海绵前沿采用曲线与大腿进行贴合，同时减少前沿海绵的硬度，从而减小大腿的支撑力对海绵前沿施加的较大支撑力，避免压迫大腿下面的神經和血管使经脉舒缓达到舒适的乘座空间。中间的海绵可采用不同组份配方的海绵料进行加工，使之在同一海绵上产生密度不同的工艺，以实现合理的硬度分配。为了阻止乘员横向滑移，泡沫结构中在座垫与靠背两侧增加翼状结构，增加这种结构，能够明显提高两侧硬度，从而可以形成必要的横向稳定支承。 根据研究表明，人体对频率4Hz-8Hz的振动是最敏感的，这种频率的振动会使人感到精神疲惫，这种振动对心脏虚弱的人伤害更为严重，经过振动人体的心脏会最身体各项技能的供血不足，很容易引起心脏病人的病发从而造成生命危险。对于人体工程学来说，与人接触电的座椅面罩下的海绵物性要求为：密度（kg/m3）座为55±5，靠为65±5，头枕为35±5；压陷负荷25%（硬度），靠背≧160N，座垫≧180N，头枕≧30N，扶手≧30N；模数比（舒适性系数）65%/25%≧2.6；④落球回弹率≧50%；⑤伸长率≧90%；⑥拉伸强度≧100MPa；撕裂强度≧1.8N/cm；压缩永久变形（75%）在70±1℃22小时应≦8%；能满足乘客在长时间旅途中的颠波共振产生的部分疲劳的缓解与消除。 3 设计优化安全带在车辆运行过程中对乘客舒适性的影响 乘客使用座椅上的安全带（三点式）进行安全防护，从而在车辆出现交通事故过程中，起到预防与减少人员损伤的作用，从而挽救生命。乘客在佩戴和使用安全带过程中的主观感受为设计优化的方向，其中①对安全带上固定点的高度需同垂直于座椅纵向中心面并与乘客躯干呈65°夹角，对于后排座椅此夹角需≤60°，减少安全带对身体的压迫感，对安全带导向槽需会随乘座人员肩高进行转角，使乘客在佩戴和使用要具有舒适性，使人体在自然放松的心理状态下进行乘座；②安带的织带拉出过程不会出现卡涩现象，造成拉出织带费力；拉出力值400mm处应≤9N时，800mm处应≤12N，安全带在使用后能自动回弹到位，不会出现织带扭曲或回弹力过大的甩力；③对安全带锁扣需同座椅H点呈25°夹角，使两点式卷收与三点式卷收在乘客人体腹部与肩部呈一个舒适的最佳角度，同时锁扣解锁力应在10N～25N与座椅乘座后的变形量无干涉造成解锁困难，且不会使乘客乘座及或顶触造成不适；④随着整车座椅全车安全带，安全带的噪声也对乘客的舒适度产生影响，安全带在车开动过程中与抽出过程中卷收器的噪声，特别是卷带筒和框架以及安全和加速度敏感机构中惯性块与支座的磨擦撞击应不大于55dB；⑤卷收器锁止的敏感程度会影响乘客在车辆出现急刹车或路面颠颇导致的惯性冲击，GB14166法规要求当车体加度大于0.45g或者织带加速度大于0.8g，倾角角度达到27°时安全带卷收器应自动进行锁止，以确保乘客在座位上不出现突发性的巨烈位移，对乘客产生不适与惯性瞬间大强度压迫感；⑥安全带两≤240mm座椅纵向中心平面距离≤120mm。 结语 司机与乘客座椅是客车不可缺少的重要组成部分，直接关系到乘坐舒适性。随着全国高铁与同城化及旅游的发展，人们出行旅游热情高涨，出行对乘坐舒适性提出更高要求，乘客座椅设计必顺以人体工程学原理为指导，在满足座椅强度与吸能性的基础上并注重人性化设计提高司机与乘客座椅乘坐舒适性。 参考文献 [1]温吾凡.汽车人体工程学[M].吉林：吉林科学技术出版社，2011. [2]朱序璋.人机工程学[M].西安：西安电子科技大学出版社，2015. [3]郑勋.汽车振动舒适性的测量与评价[J].客车技术与研究，2000（4）：23-26. [4]小林明.汽车振动学[M].北京：机械工业出版社，2011. |
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