汽车座椅舒适性的研究

汽车座椅舒适性的研究

王杨,马关益

长城汽车股份有限公司哈佛技术中心 河北省保定市 071000

摘要：座椅是现代汽车内饰的一大关键性构成部分，在现代汽车设计开发过程中，汽车乘坐舒适性已成为不可忽视的重大课题之一。因此，本文从不同角度入手客观分析了汽车座椅系统及其动态舒适性，在研究、分析、完善、改进的基础上最大化提升汽车座椅的动态性能以及动态舒适性。

关键词：汽车座椅系统;动态舒适性

前言：汽车技术深层次发展的同时人们的经济水平也在日渐提升，汽车需求量明显增加的同时对汽车也有着更高层次的要求，体现在安全性、美观性、舒适性等方面。座椅舒适性已成为现代汽车的衡量标准之一，是汽车行业企业增强自身市场核心竞争力的关键点。由于汽车机械振动会对人体产生不同程度的影响，需要在理论探究、实践探索过程中优化汽车座椅系统设计开发全过程，确保座椅有着较高使用性能的同时动态舒适性达标，满足人们在乘坐舒适性方面的客观需求。

1、汽车座椅系统概述

汽车座椅由多個部分构成，比如，靠背、头枕、座椅连接件、座椅骨架。座椅骨架是汽车座椅必不可少的基础结构，即靠背骨架、座垫骨架、头枕骨架[2]，起到支撑整个汽车座椅的作用，和汽车座椅的安全性深度联系。汽车座椅的调节机构也比较多，比如，调角器、滑轨、升降机，乘坐人员可以通过调节机构自动调节座椅靠背的角度、座椅上下位置等。与此同时，汽车座椅系统的舒适性主要体现在静态舒适性、动态舒适性两大层面，静态舒适性和调节特性、表面质量、尺寸参数等紧密联系，动态舒适性和振动特性有着较大的联系，轮胎、座椅、悬架都是汽车减振不可忽视的关键点，直接关系汽车整体舒适度的提升。

2、汽车座椅系统动态舒适性分析

2.1 汽车振动对人体产生的影响

在乘坐汽车过程中，人体和座椅直接接触，是汽车振动的接受者。人体本身就具有振动特性，在汽车振动环境不断作用下，乘坐者的全身、头部、肩部、手臂、眼部等会产生不同程度的影响，出现生理变化、机能减退、视力下降、敏感度障碍、疲劳加速等。在细化把握人体各部位共振频率、振动影响程度等基础上通过人体动力学模型，深入研究、分析汽车座椅的动态舒适性，优化轮胎、座椅等汽车振动系统功能，全面提升座椅的动态性能，确保座椅有着更高的动态舒适性。相应地，图1是在汽车振动影响下，人体不同部位的共振频率。

人的感知分析图

2.2 汽车座椅系统动态舒适性的影响因素与评价方法

2.2.1 影响因素

就汽车座椅系统而言，其动态舒适性受到多方面因素影响，比如，椅垫的体压分布、车体振动。从人体形态学层面入手，当人坐立的时候，人体受力的关键性部位是坐骨结节处，大腿下面分布着大动脉，是不适合受力的。可以优化椅垫设计，让人体坐立时产生的压力不均匀分布，提高座椅的舒适度，缓解乘坐者久坐疲劳。车体振动也是影响座椅动态舒适性的一大关键性因素。一旦行驶的路面不平整，会产生不同程度的颠簸振动，和汽车自身具有的机械振动相互作用，驾驶员将受到来自不同方向的振动，横向振动、垂直振动二者的影响特别大。在共振频率达到4-8Hz，人体产生疲劳的同时还会出现多种不良反应，头晕、恶心、呕吐等。换句话说，通过设计最大化减小4-8Hz这一频率段的汽车振动，可以从根本上有效提升座椅动态舒适性。

2.2.2 评价方法

就汽车座椅动态舒适性而言，和座椅、人体二者的振动特性紧密联系，在分析影响因素的基础上也需要对其进行合理化评价，在深入分析的基础上优化座椅的动态性能。在动态舒适性研究过程中，学者提出了一些评价方法，比如，吸收功率法、总体乘坐值法、单一不舒适性指数法。以“吸收功率法”为例，由于人体在和座椅不断作用过程中能量的传递、流动特别明显，一些学者在探究、分析的基础上提出了相关的评价方法，即吸收功率法，主要是根据人在乘坐汽车过程中自身振动系统吸收的总能量，评价乘坐的舒适度。该类评价方法具有一定的优势，比如，表示评价指标的是“瓦特”这一物理量，能够快速、准确测量人体在乘坐过程中的直观感受;可以在分析时域的基础上构建与之对应的非线性系统模型，深化探究、剖析座椅系统的动态舒适性，但也存在一些问题，比如，在应用过程中，必须有评价座椅舒适性的界限指标，但在不同因素作用下，界限指标值也会有所差异，这方面也存在争议。在对吸收功率法进行深层次探究过程中，一些学者表示吸收能量方法在评价座椅舒适性方面相对可靠、有效。

2.3 汽车座椅系统动态分析以及优化

就汽车座椅而言，其共振频率和刚度、振动衰减特性和阻尼系数都有着深层次联系。尽管座椅连接件、座椅质量二者都会对整个座椅系统产生一定的影响，体现在动态性能方面，但在多种因素持续作用下，连接件之间的摩擦、座椅自身质量的变化并不明显，在座椅系统动态分析以及优化过程中，需要全面、深入探究阻尼系数、刚度参数两大关键性因素。此外，座椅悬架系统具有一定的优势作用，可以合理控制汽车运行中幅度较大的振动以及低频振动，也是减小汽车垂直振动的方法，可以在深入探究悬架这类机械装置特点、性质、功能等过程中围绕横向低频振动等，系统化研究座椅消振性能、人体坐姿改进，在利用现代技术过程中进一步提出有效的方法，比如，主动振动控制方法，从根本上将驾驶员以及乘客在乘坐汽车过程中的不舒适度最小化。

2.4 汽车座椅系统动态舒适性的问题以及展望

由于受到多层面主观以及客观因素影响，汽车座椅系统动态舒适性研究方面呈现了一些需要解决的问题，比如，要在分析动态舒适性、设计开发座椅过程中灵活、高效运用多种现代技术，加大中国人群在汽车振动环境动态变化下承受垂直、横向等振动的具体情况的研究力度，在汽车座椅舒适性方面的国内研究实用性有待进一步提升，在研究过程中需要系统化探究座椅动态舒适性，包括在汽车整个系统的平顺性方面，座椅动态舒适性的具体影响。站在长远的角度来说，还需要进一步拓展汽车座椅系统动态舒适性研究的广度以及深度，为高效设计开发不同类型、功能多样的汽车座椅提供关键性支撑力量，促进现代汽车行业持续性发展。

结语：总而言之，座椅在汽车使用过程中起到关键性作用，提升汽车座椅系统的静态以及动态舒适性有着重要的现实意义。这就需要在深化了解汽车座椅的基础上全面以及系统剖析动态舒适性的影响因素、评价方法、呈现的问题，理论联系实践的同时深入探索新思路，在深化研究、创新设计开发过程中优化汽车座椅系统的动态舒适性，在和静态舒适性协调统一过程中促使座椅的整体舒适度最大化，确保驾驶员以及乘客安全，提高汽车使用的整体效益。

参考文献：

[1]袁辉，刘君，喻镇涛，石见白，王金亮.基于台架试验的座椅动态舒适性研究[J].工程与试验，2019，59（03）：98-101，115.

[2]董明，戴善其.基于发泡硬度分布的汽车座椅舒适性分析[J].汽车工程师，2019（07）：30-33.

[3]徐勇，靳建龙，牛宝忠，傅春宏.汽车座椅舒适性及评价方法分析[J].机械研究与应用，2018，31（02）：51-54.

[4]黄飞海.基于动态舒适性的汽车海绵座椅系统研究[J].南方农机，2019，50（08）：205.