基于坐姿體壓仿真的25G型硬座車座椅舒適性研究

肖露

摘 要：通過行為分析載體Observer XT分析25G型硬座車旅客的坐姿行為，而后采用Tekscan體壓分布式系統(tǒng)對(duì)乘客不同坐姿下的體壓分布得出乘客舒適性體驗(yàn)，從而在保持25G型硬座車座椅原有基礎(chǔ)的前提下改進(jìn)座椅的外形設(shè)計(jì)，提升其舒適度。

關(guān)鍵詞：坐姿行為；體壓分布；舒適性；座椅設(shè)計(jì)

引言

鐵路運(yùn)輸在中長途運(yùn)輸市場中占有主導(dǎo)地位，中國鐵路總公司2015發(fā)布的總客流量為25億人次。25G型列車硬座車廂是中長途載客最多的車廂形式，鐵路客車內(nèi)裝包含座椅、行李架、門、窗等，影像記錄反饋乘客90%的行為發(fā)生在座椅。久坐及不合理的體壓分布會(huì)引起肌肉酸痛、血管血容量減少、脊椎壓迫等傷害。鐵路硬座客車車廂空間緊湊，座椅需滿足定員、功能、舒適性需求。座椅形態(tài)合適可保證乘客適當(dāng)?shù)捏w壓分布，并提供相應(yīng)的支撐，減輕長期坐姿給旅客身體帶來的不適。

1體壓分布測量

體壓分布分析在各行各業(yè)中均有應(yīng)用，汽車座椅的舒適性；汽車輪胎接觸面的壓力分布；牙齒咬合力分布等，常規(guī)的方法主觀反復(fù)測試，成本高、效率低。Tekscan壓力分布測量系統(tǒng)是基于上述情況而開發(fā)的，它是一種經(jīng)濟(jì)、高效、精確、客觀的壓力分布測量工具，利用測得壓力分布圖對(duì)座椅的舒適性進(jìn)行評(píng)估，從而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。合理的體壓分布能夠保證人體全身肌肉放松及血液正常循環(huán)。人體坐姿時(shí)，約80%的重量經(jīng)過臀部、背部隆起部分及其附著的肌肉壓在座椅上。人體骨盆下面有兩塊粗壯的圓骨，被稱為坐骨結(jié)節(jié)。根據(jù)人體組織的解剖學(xué)特性可知，坐骨結(jié)節(jié)處是人體最能耐受壓力的部位。座墊上的壓力應(yīng)按照臀部不同部位承受不同壓力的原則來分布，即坐骨結(jié)節(jié)承受的壓力最大，向四周逐漸減少，自大腿部位時(shí)壓力降至最低值。這就是座墊設(shè)計(jì)的理想體壓。

2旅客行為分析

硬座車廂安裝設(shè)備記錄旅客行為數(shù)據(jù)，導(dǎo)入Observer XT分析乘客的座姿和行為，結(jié)果為乘客采取后靠坐的時(shí)間最長，占全程的46%，其余比例依次是前傾坐、側(cè)坐、離開、端坐、半躺坐和站立（如圖2、3）。

3座姿體壓測試

本文選取一名50%百分位青年男性志愿者，身高170cm（GB1000-88）體重75kg，身體健康狀況良好，試驗(yàn)前24h內(nèi)未進(jìn)行劇烈體力活動(dòng)，無肌肉疲勞現(xiàn)象。測試座椅坐姿分別為后靠坐姿、端坐坐姿、翹腿坐姿、半躺坐姿、側(cè)坐坐姿。

采用美國Tekscan 公司所提供的體壓分布測量系統(tǒng)（BPMS，body pressure measure system）測試人—坐墊和靠背面壓力分布數(shù)據(jù)。測試時(shí)，首先將壓力傳感墊置于人與座椅接觸面之間，待壓力分布相對(duì)穩(wěn)定后分別對(duì)后靠座座墊體壓、后靠座靠背體壓、側(cè)座座墊體壓、側(cè)座靠背體壓、翹腿座座墊體壓、翹腿座靠背體壓、端座座墊體壓和前傾座座墊體壓，對(duì)體壓數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄（如圖4）。

4壓力分布結(jié)論

25G硬座座椅的坐墊，乘客在端坐時(shí)，背部不接觸靠背，身體壓力完全里坐墊承受，體壓集中在兩個(gè)坐骨結(jié)節(jié)處，形成較為均勻的分布。乘客在后靠坐時(shí)體壓集中在兩個(gè)坐骨結(jié)節(jié)和尾骨的弧形區(qū)域，對(duì)尾椎壓力較大。乘客前傾坐時(shí)體壓完全集中在尾骨上，壓力分布不均勻。乘客蹺腿坐時(shí)體壓分布類似于端坐，壓力集中于兩個(gè)坐骨結(jié)節(jié)處，但兩側(cè)分布不均勻。乘客坐時(shí)壓力集中在兩個(gè)坐骨結(jié)節(jié)和尾骨的弧形區(qū)域，同時(shí)一側(cè)的大腿也承受一定壓力，同樣也是兩側(cè)的分布不均勻。25G硬座座椅的靠背部分，后靠坐時(shí)壓力分布基本均勻，蹺腿坐時(shí)一側(cè)的腰部壓力會(huì)增大，側(cè)坐時(shí)兩側(cè)分布最不均勻；25G硬座座椅的受壓范圍都集中在腰部中間，其他部位受力較小，說明座椅靠背表面與人體背部曲線明顯不符。

5 優(yōu)化硬座座椅設(shè)計(jì)

通過以上分析得出，我國25G型車硬座座椅停留在滿足乘客的基本功能需求，舒適性設(shè)計(jì)上不夠完善。座椅的設(shè)計(jì)應(yīng)該滿足功能性和舒適性兩大需求。合理的體壓分布是構(gòu)成座椅舒適性的基礎(chǔ)。25G列車硬座車廂以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠為主要原則，在有限的空間里盡可能多地容納乘客，就難以保證乘客的舒適性；加之要和軟座車廂拉開檔次，所以硬座座椅的設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)主要集中在外形上，通過外形改善人體的體壓分布，從而提高旅客的舒適性。

該方案優(yōu)化了座椅背面，增加了頭靠部分的頸部曲線使乘客的大部分行為后靠座時(shí)相對(duì)舒適，同時(shí)在側(cè)面設(shè)置了扶手方便乘客扶握，同時(shí)防止乘客將手扶在靠背上影響其他乘客休息。座椅在整體造型上有較大的改觀有效提升了客室的整體效果。

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