家用轿车的座椅舒适性研究与应用

杨振坤

宏立至信麦格纳汽车座椅（哈尔滨）有限公司，黑龙江 · 哈尔滨 150000

【摘要】随着人民生活水平的不断提高，汽车逐渐成为当今社会的主要代步工具。人们购车选择时，已经不仅仅考虑外观、油耗、安全性等方面，舒适性渐渐成为人们选车的一个重要衡量指标。汽车座椅与舒适性直接相关，其对人体的支撑性直接影响静态舒适性；其振动吸收性能及自身的共振频率与动态舒适性息息相关；其外形轮廓尺寸及泡沫的硬度决定的人体姿态是操作舒适性设计的基础、其自身的相关功能操作设计也需要考虑舒适性相关要求。由此可见，座椅舒适性是整车舒适性的最重要组成部分之一，座椅舒适性研究已成为国内、外各大车企和专业座椅厂商关注的课题。

With the continuous improvement of people’s living standards, automobiles have gradually become the main means of travel in today’s society. When people choose a car, they have not only considered the appearance, fuel consumption, safety, etc. Comfort has gradually become an important indicator for people to choose a car. Car seat is directly related to comfort, and its support for human body directly affects static comfort. Its vibration absorption performance and its resonance frequency are closely related to dynamic comfort. The body posture determined by its contour size and foam hardness is the basis of operational comfort design, and its own functional design needs to consider the requirements of comfort. It can be seen that seat comfort is one of the most important components of vehicle comfort, and the research on seat comfort has become the focus of the major car enterprises and professional seat manufacturers at home and abroad.

【关键词】家用轿车；座椅舒适性；应用

family car; seat comfort; application

1 引言

在互联网时代的今天，生活中的通用产品的优劣势透明度很高，无论是产品的技术参数信息，还是消费者的使用心得感受，网络上都有直观的信息反馈。汽车作为现阶段人们生活中重要的交通工具，也不例外^[1]。汽车在逐渐走进中国千家万户的发展历程中，以往汽车消费者只关心的发动机、变速箱、底盘三大件的稳定性；汽车售价、油耗、保养等的经济性；以及备受关注的新能源环保等。但近两年随着汽车的技术进步以及家用轿车的普及，人们对汽车的要求越来越高，越来越关注驾驶的舒适性。汽车座椅作为一个主要的减振部件，其舒适性也随之成为汽车行业竞争的关键因素之一。汽车座椅舒适性设计也越来越受到重视^[2]。

2 座椅舒适性的功能

伴随着中国汽车市场日益激烈的竞争需求，汽车座椅还应该有一定的现代化功能。如：通风、加热、按摩、腰托、腿托、睡眠头枕等这些以往更多的出现在高端车型上的功能，现在在中国市场的家庭用车上也得到了广泛的应用。这些功能件极大地改善了汽车座椅的主动舒适性，但这些舒适性机构的核心件主要还是依赖从国外的一些独资供应商那购买使用^[3]。国内也有一些供应商在研发相关功能产品，但通风功能的通风量、降温效率；加热功能的升温速率等这些各功能领域专项的性能表现还有所欠缺，只能应用于一些要求不高的廉价车上。综上所述，国内对汽车座椅舒适性的研究与国外相比有一定的差距，但最近几年发展较快，尤其在急剧增长的中国汽车市场的刺激下，国内自主品牌企业加大相关研究的投入，相信在不久的将来，国内汽车座椅舒适性研究将有一个新的突破。

3 舒适性开发流程分析

座椅舒适性开发业内潜规则定义基于95%的人体尺寸展开（其中95%人体尺寸是指人体尺寸统计数据中95%的人群的尺寸都小于或等于该尺寸），原则上只要基于95%人体尺寸设计校核的舒适性评价结果好，其余尺寸的人群均可通过座椅的上、下、前、后等调节功能找到其舒适的坐姿。各公司的汽车座椅舒适性开发流程虽存在差异，但主体思路是一样的，其主要分为竞争车型前期分析、舒适性目标设定、虚拟分析与样件设计、生产签发与跟踪4大块。此外，最重要的是：舒适性开发是一个不断循环改进的过程，每一次的舒适性样品的相关测试数据及最终的舒适性结果输出，都为下一次舒适性分析提供了数据基础，随着舒适性数据参数的累积，舒适性数据库不断扩大，分析指导意义也随之增强，能够更准确、有效的指导后期座椅产品的舒适性开发^[4]。

4 基于正交试验的座椅静态舒适性设计

静态舒适性，从字面层次也不难理解，指在静止的情况下，乘员的主观舒适性感受。也正是由于在静止的环境状态下评测，所以座椅的静态舒适性主要由其自身的相关特性所决定，与汽车底盘悬架、道路工况、座椅在车身环境中的周边零部件的特性等关系不大。具体座椅自身的哪些特性与静态舒适性相关？哪个特性又是最关键的影响因素呢？本文接下来运用正交试验设计分析来寻找关键影响因素。座椅的各个构成部件对座椅舒适性都会产生影响。主要影响因素如下：

①座椅外轮廓尺寸，座椅外轮廓的头枕高度、靠背高度、腰托位置、靠背离去点、坐垫离去点、坐垫长度、各截面的Insert宽度及Bolster高度等均影响座椅静态舒适性（各座椅企业实际工作中已有相关的经验总结得出的推荐设计值范围）。

②Meat To Metal值及假人压陷量Meat To Metal值是指各舒适性截面（靠背上垂直于躯干线方向与H点百分位距离的截面，前排坐垫上垂直于大腿线方向/后排坐垫上竖直方向与H点百分位距离的截面），假人与座椅骨架间的最小直线距离。假人压陷量是指Meat To Metal距离方向上假人与STO间的距离和Meat To Metal值的比值。乘客乘坐时是否有异物感，即感受到座椅内部的硬物间接抵住人体，取决于Meat To Metal值及假人压陷量的设定是否合理，有无异物感在车辆通过颠簸路面时表现得更加直观。各座椅企业实际工作中也已有相关的经验总结得出的推荐设计值范围。

③悬挂件/蛇形弹簧的弹性系数，在前排座椅靠背或坐垫的中部支撑区域，通常有悬挂件/蛇形弹簧设计。悬挂件/蛇形弹簧均属于簧类零件，其弹性系数（俗称簧的软硬程度）直接影响对人体的支撑效果，从而影响静态舒适性。

④面料张紧力，座椅的面套原材料都具有一定的拉伸性。面套设计时，为了避免外观的褶皱、空浮等问题，都会将各块裁片的面料适度拉紧。这样，面套包覆在座椅上时，各区域的面料都有一定的张紧力。这些张紧力使得面套像吊床一样对人体也有一定的支撑性，故也会影响静态舒适性。

⑤发泡压陷硬度——发泡软硬层度的客观体现值。发泡太软，长时间驾驶时，人体深陷座椅中，血液循环受到压迫，容易产生疲倦。发泡太硬，人体乘坐的压力分布不均匀，带来不舒适性的乘坐感受。发泡压陷硬度还与座椅H点的达成有关，是座椅静态舒适性的一个重要影响因素。

5 改善家用轿车舒适性的设计思路

5.1 更改拉索端部与行李箱解锁手柄结构设计

参考我公司国外量产车型项目的拉索端部与行李箱解锁手柄结构设计，更改手柄结构，拉索端部从图示的矩形窗口槽中装配入滑槽。当拉动手柄旋转解锁时，拉索端部随手柄一起运动拉动拉索内钢丝索芯，拉索另一端连接锁体的解锁触发端，最终钢丝索芯拉动触发端解锁。这样的结构在装配拉索端部入滑槽的整个过程完全可见，不存在盲装的状态，且解锁手柄上滑槽特征的壁厚与国外量产车型项目的设计一致，用该量产车型的解锁手柄样件做靠背远程解锁耐久实验，3000次循环后无磨损、破裂发生。此更改后结构能有效解决原设计的装配不到及耐久状态下的强度问题。

5.2 改善解锁手柄操作区域宽度

调查得出，扣拉式手柄的操作，2-3个手指一起操作的手感比较适宜。由此可见，解锁手柄操作区域宽度推荐尺寸应大于/等于2个指头宽度，即≥36mm。

5.3 改善拉索内部摩擦阻力

第一，更改钢丝保护层结构。拉索的钢丝保护层有很多种类型，专业的Tier2拉索供应商根据经验提出，螺旋直丝结构的钢丝保护层比扁钢丝结构的钢丝保护层柔韧性更好，在拉索走向路径的转弯半径处，能更顺滑的过渡，以减小拉索内部摩擦阻力。故推荐更改成螺旋直丝结构的钢丝保护层设计。

5.4 改善拉索走向路径

转弯半径和转弯角度是拉索走向路径中对操作力影响最关键的两个因素，同样采用拉索一端吊砝码，另一端用拉力计测试相应拉力的方法来测试拉索的传动效率。下表是用同一根拉索模拟不同半径、不同角度的一个折弯时，测试并计算得出的传动效率。由数据可见，当转弯半径在50mm以下时，增大转弯半径，传动效率明显提高，当转弯半径大于50mm时，增大转弯半径，传动效率变化不明显；转弯角度由90°变成180°时，传动效率明显降低。故转弯半径推荐值R≥50mm，转弯角度尽量小于90°，尤其注意拉索走向路径中避免180°U型转角。以此推荐值检查改善拉索走向路径，减小操作力。

6 结语

汽车座椅作为汽车内饰中的一个重要组成部分，是舒适性的直接关联零部件，也是影响舒适性的最关键零部件之一。汽车乘坐舒适性是汽车设计开发中的重要问题。本文作者工作的企业是专业的全球三大汽车座椅供应商之一，与多家主机厂协同开发座椅产品的同时，也共同研究座椅舒适性的提升与目标达成。但座椅舒适性是一个主观判定为主的座椅性能，如何分析找出座椅各设计参数的客观定义输入与主观舒适性输出之间的关系，并通过设计优化提高座椅舒适性，是现阶段汽车座椅行业一个热门的研究课题。

参考文献

[1]王红州.汽车座椅参数化设计及驾驶室座椅与仪表盘的布置[D].南京航空航天大学,2018.

[2]黄斌,蒋祖华,严隽琪.汽车座椅系统动态舒适性的研究综述[J].汽车科技,2015,6:13-16.

[3]张邢磊,于建国.汽车座椅舒适性的技术研究[J].交通运输研究,2019,4(194):200-203.

[4]刘柏强.汽车人体学座椅分析改良[J].企业文化,2016,2:256.