【技研】汽车座椅舒适性及评价方法分析

   

       

摘要：汽车座椅是直接关系到乘员驾乘安全、舒适和工作效率的关键部件。通过对座椅静态舒适性、动态舒适性的逐一分析，且运用人机工程学原理，对座椅舒适性的主观评价和客观评价进行了系统分析和深入思考，最后阐述了汽车座椅舒适性研究存在问题的原因。

关键词：汽车座椅;动态舒适性;静态舒适性;主观评价;客观评价

         

         

　　现代轿车已经不是一个单纯的运载工具，它已经是“人、汽车与环境”的组合体。座椅作为汽车使用者的直接支承装置，在座舱部件中具有非同小可的重要性。汽车座椅的主要功能是为驾驶者提供便于操纵、舒适、安全和不易疲劳的驾驶座位。座椅可前后、上下调节，靠背角度可前倾、后倾，后座椅可以折叠、翻转。头枕可上下、前后调节，还可以装备DVD显示屏，方便后排的乘客观看。座椅要满足不同身材的人乘坐，要实现更多功能，体现舒适性，现在的汽车对中后排的座椅要求越来越高，不仅仅局限于简单的前后调节，座椅的靠背可以角度调节，坐垫可以高度调节，而且可以折叠，翻转，旋转。

　　座椅一般由头枕、靠背、坐垫、座椅骨架、座椅连接件和一些调节机构等组成，如图1所示。另外座椅根据是否可调、调节方式、个数位置、表面材料分类如图2所示。

　　座椅系统在如今的汽车工程设计里是非常重要的系统，很多汽车公司技术部门都有单独的座椅设计部门，座椅系统和人在人－机体系里密不可分，亲密接触。首先，顾客在4S店挑选车辆时，最直观的就是座椅，座椅的颜色、材质、透气性和触感等，都是影响顾客买车与否的重要因素;另外，随着社会的发展和人们生活水平的提高，私人车辆的销售量占总体车辆销售的比例越来越高，而车辆座椅引发的问题也随之出现。大量的调查结果显示，由于座椅不舒适导致驾驶员患职业病的几率远远高于其他人群。而座椅不舒适易引起疲劳驾驶，造成驾驶事故，因此座椅舒适性已成为车辆设计的重要理论研究课题之一。

　　2.1舒适性定义

　　舒适性的范围包括:①操纵便利性;②身体触感;③气味嗅感;④声音闻感;⑤外观视感。舒适性又可分为静态舒适性和动态舒适性两大类;静态舒适性指座椅在静态状态下提供给人体的舒适特性，它与座椅的几何特性、调节特征和物理特性相关。如表1所列。

　　例如坐垫角度的设计。坐垫角度是大腿离去点与咬合点连线和水平线的夹角，如图3，设计时，这个角度不能太大，也不能太小，要不然会影响座椅的舒适性。一般中小型轿车坐垫角度推荐值为13°～16°之间，SUV坐垫角度推荐值为11°～14°之间。

　　动态舒适性是指汽车在运动状态下通过座椅骨架以及软垫将振动传递到人体的舒适特性，它主要与振动特性相关。

　　汽车座椅的动态舒适性设计主要对座椅进行减振、隔振设计，即在路面－轮胎、汽车悬架、座椅－人这个整体大动力学系统中，如何使振动传递到人体时降为最小。汽车在路面行驶时因路面不平和车速的变化引起的机械振动，其振动传递情况如图4所示。在不改变轮胎、汽车悬架的条件下，通过对座椅动态参数(主要是刚度系数和阻尼系数)的选择和优化，对座椅的悬架系统性能进行改善，使的由车身地板上传递过来的振动，在经过座椅后的得到明显的衰减，尽可能减小振动对人体的伤害，提高人的乘坐舒适性。

　　因此为了汽车的减振而提高人体的舒适性，人们在汽车悬架上安装各种各样的减振弹簧、减振减压系统以及空气弹簧等，控制汽车的固有频率并增加阻尼，从一定程度上提高了人体的舒适性。降低轮胎气压可以减少轮胎刚度，有利于减少振动，但由于汽车轮胎的尺寸限制及增加的变形不利于轮胎使用寿命;同时降低汽车悬架刚度并增加阻尼也有利于减少振动，但会影响汽车操纵和自动的稳定性，所以汽车悬架必须有相当的刚度用于抵抗路面等外界的冲击。动态舒适性设计流程如图5所示。

　　2.2座椅舒适性评价

　　座椅舒适性评价分主观评价和客观评价两种评价原则。主观评价是以人的主观判断为基础，通过合理的组织形式，由专业试验评价人员按照一定的主观感觉评价规范，通过对被评价车辆的观感、操作感受、在典型行驶道路的试乘试驾、常规维护保养的实施，站在顾客、用户的立场，以专业评价人员的水准对样车进行评价，对每一评价项目进行评分、给出评语。而客观评价是指以人的生理因素作为舒适度的评价指标，借助各种检测系统或软件来分析、处理的评价方法，如人体与座椅接触面压力检测系统等。客观评价最大的特点是不以人的主观意志为转移，一般情况下，客观评价给出的结果是较为准确可靠。因此在进行座椅舒适性评价时，只有将各种方法综合起来考虑，才能建立起科学、全面、客观的评价体系。

　　2.2.1主观评价

　　第一步是确定评估人群，一般样本数量越多，反馈的结果越真实，推荐样本数量为50人左右，身高从150～188cm全覆盖，按SAE人体百分位5%、50%及95%进行分类，各占样本总数的1/3，如表2所列。

　　第二步确定主观评估内容，如图6所示。

　　第三步确定主观评价评分表(举例)，如表3所列。

　　2.2.2客观评价分析

　　(1)Cosyman＆Ｒamsis舒适性仿真软件评估Ｒamsis人机仿真软件如图7所示。

　　(2)舒适性关联的其他客观评估

　　①H点检测;②体压分布检查(如图8所示)。

　　目前通用、福特、丰田、本田、宝马、沃尔沃、德尔福、江森座椅等大公司都在广泛应用美国Tekscan公司的压力分布测量系统来解决座椅舒适度问题;③座椅发泡硬度检测;④座椅固有频率分析。

　　振动对驾驶员的直接影响涉及躯干和身体局部的动态反应行为、生理反应、性能减退和敏感度障碍。表3列出了人体各个主要部位的共振频率。

　　试验证明，影响座椅动态舒适性的关键是刚度和阻尼系数，刚度参数决定座椅的共振频率，而阻尼系数决定座椅的振动衰减特性。只有减小座椅的共振频率，降低对人体最有影响的高频区，降低共振时的振动传递率，与汽车的其它减振系统相匹配，降低乘员10Hz附近的振动传递率。

　　随着汽车消费的不断增加，消费者对舒适性的要求越来越高，汽车座椅的舒适性研究成为目前汽车设计中值得深入探讨的问题，但目前各大汽车公司和专业座椅公司在研发座椅时，对舒适性考虑的不足。究其原因有两方面原因:第一，大多数座椅设计规范和标准也没有针对座椅舒适性进行明确的、可操作性的规定并提供试验确认方法;第二，往往受制于预算和成本考虑，各大汽车公司缺乏一些专业的座椅舒适性设计软件，都是草草逆向了事。

　　综上所述，建立一个可操作的、客观的、具体的座椅舒适性方法显得非常急迫而又急需。