人機工程學(xué)在微型汽車座椅舒適性設(shè)計上的應(yīng)用

王巖

摘 要：座椅是汽車上的一個很重要的系統(tǒng)，人們在駕乘時接觸最大面積的部件就是座椅，座椅也是所有內(nèi)外飾系統(tǒng)中，占用成本最高，結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的一個系統(tǒng)。座椅設(shè)計的合理與否，會直接影響到駕乘人員對車輛品質(zhì)好壞的判斷。在同樣成本的前提下，良好的設(shè)計可以提高駕乘人員的舒適性，不易產(chǎn)生疲勞。A00、A0級別車型的座椅的設(shè)計，相對于中大型乘用車，因其空間受限，有自己的特點。本文從人機工程學(xué)出發(fā)，探討小型汽車的座椅，在舒適性設(shè)計上要注意的一些事項。

關(guān)鍵詞：人機工程學(xué);微型汽車;座椅;舒適性

0 前言

隨著中國人民生活水平的提高，家用汽車也隨之進入了千家萬戶。新能源汽車，尤其是小型新能源汽車因其環(huán)保，使用費用低，占地面積小方便停放，價格低廉等因素，也逐漸受到了消費者的青睞。汽車座椅的設(shè)計校核有法規(guī)校核、邊界校核、布置及安裝空間校核、進出方便性校核、舒適性校核、本文從人機工程學(xué)出發(fā)，針對小型新能源汽車，僅對座椅舒適性的設(shè)計校核進行探討。

1 座椅設(shè)計和校核中人體的選用

小型新能源汽車座椅一般有前后兩排座椅（四座），有些車型只有前排兩個座椅，無后排座椅。鑒于中國人男性平均身高為170厘米左右，SAE-95%男性人體（身高188厘米）不適合該車型，因為身高188厘米的消費者一般不會考慮購買空間尺寸較小的A00級車。不建議用SAE-95%男性人體進行座椅的舒適性校核，可以選用SAE-50%男性人體進行設(shè)計和校核。同時需考慮SAE-5%女性人體的舒適性。后排座椅選用SAE-50%男性人體進行舒適性設(shè)計和校核。要求這三種人體軀干線調(diào)到25度，大腿與軀干線夾角（臀部角）調(diào)到大于等于100度。如因頭部空間受限，座椅工程師可以要求總布置工程師在綜合考慮的前提下，盡量滿足座椅舒適性人體姿態(tài)要求。

2 前排滑軌行程和滑軌傾斜角的確定

帶高度調(diào)節(jié)的前排座椅滑軌角度范圍通常為0～2度，不帶高度調(diào)節(jié)的前排座椅滑軌角度范圍通常為2～7度。新能源A00級車型座椅一般不帶高度調(diào)節(jié)，通常將滑軌角度定為6度即可。總布置工程師在確定座椅R點和滑軌傾斜角后，即可以著手進行滑軌行程的確定，在軟件上把SAE-95%人體擺放到駕駛位置后，將R點隨座椅數(shù)據(jù)裝配到該人體胯點位置，該位置即為滑軌行程的最后位置，再將SAE-5%女性人體擺放到駕駛位置，將座椅R點隨座椅數(shù)據(jù)裝配到該人體胯點位置，以膝關(guān)節(jié)中心為中心，以膝關(guān)節(jié)中心到胯點的距離為半徑，畫一個圓弧，該圓弧即為SAE-5%女性假人胯點的輪廓線。最后位置胯點沿滑軌傾斜角向前滑，滑到SAE-5%女性人體胯點輪廓線相交，該交點與最后位置的95%男性人體胯點的連線尺寸，即為前排座椅滑軌的行程。詳情請見下圖1，A00級車型95%人體H點位置到5%女性人體H點距離一般為165mm，通常會把滑軌行程加長到200mm。

3 前排座墊

3.1 座椅高度（H點到人體腳后跟點Z向高度--H30值）

座椅高度和大腿支撐感密切相關(guān)，座椅太低，大腿接觸不到座墊外表面，就像人體坐在一個低矮的小板凳上，只有臀部與小板凳接觸，大腿是懸空的，容易完成疲勞，座墊太高，容易完成身材較小的乘客小腿懸空。座墊H點到腳后跟點的Z向距離（圖2中的H30尺寸）定為330mm，座墊最前端圓角處的高度做到340mm腿部支撐感最好，太小大腿就會懸空。新能源小型車輛普遍存在大腿支撐不好的現(xiàn)象，如圖2奇瑞小螞蟻車型，前排座椅的腿部支撐感就不是很好。座椅工程師需向總布置工程師提出H30值要求，建議犧牲部分頭部空間。如總布置工程師實在不能提供足夠的H30值，建議嘗試將座墊角加大。

3.2 座墊有效深度（座墊長度）

前排座墊有效深度（見圖3），需要考慮5%女性人體大腿長度，座墊深度不能大于5%人體的大腿長度，否則座墊前端輪廓會頂住人體膝蓋窩，造成壓迫感;小型車輛座墊有效深度最大選值350mm，再大會導(dǎo)致5%女性膝蓋窩有壓迫感。

3.3 座墊角

座墊角是影響座椅舒適性的一個重要參數(shù)（見圖3），座墊角的大小需要綜合考慮座墊離去點到H點的距離（280-320mm）、座墊咬合線離去點到H點的距離（115-125mm）、座墊壓陷量（20-35mm）的取值。座墊角對乘坐舒適性的影響很大：座墊角太大，會改善防下潛效果，但也會減少臀部角，增加腿部壓力，降低舒適性;座墊角太小，則會降低防下潛效果，造成腿部支撐不足，使乘客容易感覺疲勞。A00級車座墊角可參考乘用車參數(shù)，范圍控制在：12～16度。

3.4 座墊寬度和景中（insert區(qū)域）寬度

GB7258‐2017《機動車運行安全技術(shù)條件》對座墊的寬度和深度都有要求，要求單個座椅寬度不小于400mm，中大型乘用車前排座墊寬度范圍通常在490～530mm區(qū)間，考慮到A00級車型尺寸較小，不能直接借鑒中大型乘用車的經(jīng)驗，需綜合考慮座墊邊界到副儀表板的距離（10mm），座墊前后調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，邊界到車門裝飾板的距離（20mm）。還要考慮單個座墊相對于R點所在的縱向平面的對稱性，A00級車輛前排座墊寬度通常做到440～480mm，極個別的車型做到500mm。座墊景中寬度要考慮骨盆中兩個大轉(zhuǎn)子的寬度，大轉(zhuǎn)子寬度為280mm，考慮到前排駕乘人員乘坐時雙腿岔開，因此，如下圖4所示，座墊景中寬度后端可以做到290mm，前端可以漸變到320mm。

3.5 座墊壓陷量

座墊壓陷量（見圖3）是一個從動尺寸，和發(fā)泡的密度、硬度、座墊傾斜角、座椅高度、座墊離去點到H點距離、座墊咬合線到H點距離都有關(guān)系。該尺寸選值幅度較大，一般為20～60mm，該尺寸需要反復(fù)實車評審，不斷的調(diào)整發(fā)泡硬度，直至大多數(shù)人滿意為止，一般把硬度調(diào)整到140N+-20N。A00級車型的座墊壓陷量可以做到20-35mm。

3.6 座墊側(cè)翼尺寸

第一，座墊側(cè)翼寬度：座墊最大寬度減去景中寬度除以二，即為單側(cè)側(cè)翼寬度，不同寬度的座墊，側(cè)翼寬度也不一樣。第二，座墊側(cè)翼高度：側(cè)翼寬度的經(jīng)驗值為35～45mm，盡量取上限值，這樣車輛在轉(zhuǎn)彎時，側(cè)翼可以較好的包裹住駕乘人員。第三，座墊側(cè)翼角度：側(cè)翼角度的經(jīng)驗值為大于等于45度。

3.7 座墊離去點到H點距離

這個尺寸對大腿支撐感很重要，需綜合考慮座墊最前端高度、座墊壓陷量、座墊咬合線離去點到H點距離、座墊角取值，如圖6所示，座墊離去點到H點距離通常取值L=280-320mm。

3.8 座墊咬合線離去點到H點距離（biteline）

座墊咬合線離去點到H點距離取值范圍為：115-125mm。

3.9 人體到座墊骨架的距離（MTM肉到鐵）

為避免乘坐時觸碰到硬物造成不舒適感，人體壓陷座墊的區(qū)域，不允許有金屬骨架存在，該區(qū)域由假人的腿部和臀部輪廓像下偏移50mm，考慮成本需要，A00級車型座椅偏移量可以做到30mm。

4 前排座椅靠背

4.1 靠背高度

前排靠背高度需要考慮滿足對身材高大的乘員背部有效支撐，同時兼顧足夠的后視野，靠背高度通常推薦值為：570mm≤M≤610mm，見圖8所示。

4.2 靠背壓陷量

靠背壓陷量考量的是靠背中心線處的人體壓陷靠背的尺寸，一般取值30mm。

4.3 靠背離去點到H點距離

靠背離去點到H點距離又叫靠背有效長度，反應(yīng)的是人體軀干與靠背接觸的長度，如圖8一般取值M=460mm～480mm。

4.4 靠背咬合線離去點到H點距離（biteline）

靠背咬合線離去點到H點的距離如圖8取值N=50mm。

4.5 靠背側(cè)翼尺寸

（1）靠背側(cè)翼寬度?？勘硞?cè)翼寬度和座墊側(cè)翼寬度一樣，需要計算，靠背總寬度減去景中寬度即為兩側(cè)側(cè)翼的總寬度。

（2）靠背側(cè)翼高度?？勘硞?cè)翼高度一般取值比座墊側(cè)翼稍大，一般側(cè)翼高度做到60-80mm。

靠背側(cè)翼角度與座墊側(cè)翼角度一致，推薦≥45度。

（3）靠背寬度&靠背景中寬度?？勘硨挾韧ǔ：妥鶋|寬度一致，靠背景中寬度通常長和座墊凈重寬度一致。

4.6 人體到靠背骨架的距離（MTM肉到鐵）

為避免硬物與人體接觸，必須使靠背骨架與假人保持距離，該距離推薦值為不小于35mm，微型車考慮成本需要，可以做到25mm。

5 后排座椅

后排座墊和前排座墊的舒適性設(shè)計類似，高度、深度、有效深度、座墊角、景中寬度、離去點、咬合線離去點、都可以參考前排座椅設(shè)計方法，需要注意的是，后排人體臀部角較小，可能滿足不了座墊離去點到H點的距離要求，該尺寸可以做適當(dāng)?shù)臓奚?。另外，GB7258‐2017《機動車運行安全技術(shù)條件》規(guī)定每個座墊的深度要不小于400mm，每單個座墊的長度不小于400mm，后排雙人座座墊寬度要大雨800mm，深度要大于等于400mm。

6 典型橫向截面

以H點為基準，分別在座墊和靠背上截取的橫向截面，如圖9所示，座墊上的典型截面與座墊線垂直，通常有3個截面，即0截面（過H點），125截面（H點向前125mm），250截面（H點向前250mm）?？勘成系臋M向截面與軀干線垂直，通常有4各截面，即0截面（過H點），35截面（H點向上35mm），175截面（H點向上175mm），350截面（H點向上350mm）。座墊最寬處和側(cè)翼最高處，均在座墊125截面發(fā)生?？勘匙顚捥幒蛡?cè)翼最高處，均在靠背175截面發(fā)生。