汽車座椅的設(shè)計與優(yōu)化

徐建軍

摘 要：根據(jù)坐姿的生理形態(tài)和體壓分布，對汽車座椅的設(shè)計采用了人機工程學(xué)的方法進行分析，并用優(yōu)化設(shè)計理論對座椅靠背曲線進行擬合，得出更符合人體生態(tài)曲線的座椅靠背曲線，以提高乘坐的舒適性，并適應(yīng)人體的健康需要。座椅對人體的健康會產(chǎn)生較大的影響，目前國家對客車座椅的安全性牢固性有較高的要求，而對座椅與人體健康之間的關(guān)系沒有明顯的要求，因此座椅在設(shè)計時必須重視該方面的內(nèi)容，改變傳統(tǒng)的設(shè)計理論方法，促進汽車工業(yè)行業(yè)的快速發(fā)展。本篇文章通過對該方面進行分析研究并提出意見建議，為汽車座椅的設(shè)計與優(yōu)化工作提供一定參考。

關(guān)鍵詞：汽車座椅;設(shè)計;優(yōu)化

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國的各種交通汽車量已經(jīng)高達(dá)上億臺，一些人員因為日常工作的要求，產(chǎn)生了不同程度的職業(yè)病和腰背部疼痛病，而且由于腰背疼痛以及不舒服的坐姿，也導(dǎo)致交通事故發(fā)生的概率在不斷的增加。這是由于在實際的車輛行駛過程中，坐姿上的問題導(dǎo)致司機無法將精力集中在車輛駕駛上，因此產(chǎn)生了不同程度的交通安全事故問題。文章通過對汽車座椅的設(shè)計和優(yōu)化工作進行分析研究，以人機工程理論等為基礎(chǔ)內(nèi)容對座椅的設(shè)計模型進行計算，對靠背曲線進行優(yōu)化和設(shè)計，能夠使靠背的設(shè)計更加符合人體的坐姿需求，有效的提高了座椅乘坐的舒適度和座椅外形的美觀程度，保障了人體的健康。

1 影響座椅設(shè)計的因素

1.1 人的坐姿生理形態(tài)

人體在實際的坐姿狀態(tài)下，主要的支持結(jié)構(gòu)為脊柱、盆骨、腿等部位最舒適的坐姿方式是將臀部稍靠里，椅背向前。在這種狀態(tài)下，人上體會向后方稍傾斜，能夠保持與大腿之間的夾角成90到115度，而且此時的小腿會向前伸，大腿與小腿、小腿與腳掌之間也會達(dá)成一定的角度。如果未保持這樣的姿勢，人在長時間的坐立狀態(tài)下會出現(xiàn)腰部酸痛疲勞等不適的感覺。并且人在坐姿狀態(tài)下，腰椎、骶骨和腰間盤等軟組織會承受身體的大部分重量，另外在這個過程中還要進行彎腰扭轉(zhuǎn)等動作，因此在座椅靠背設(shè)計過程中，必須要重視腰椎、骶骨等部分的設(shè)計工作。

1.2 坐姿體壓分布

人在靠背和坐墊上分布的壓力，被稱作坐姿壓力分布。在實際的研究過程當(dāng)中，人體最舒適的坐姿應(yīng)當(dāng)保證大部分的質(zhì)量能夠被大面積的支撐面積所承受而小單位的壓力，坐墊和靠背進行合理的分布，在壓力的分布過程中應(yīng)當(dāng)從小到大逐步過渡，盡量避免出現(xiàn)劇烈的變化給人的坐姿狀態(tài)產(chǎn)生影響。

另外通過調(diào)查研究能夠明顯的發(fā)現(xiàn)，人體在最舒適的坐姿狀態(tài)下，肩部和臀部承擔(dān)著身體大部分的重量，在坐墊上不會均勻的分布各項壓力。因此在座椅設(shè)計的過程中，可以根據(jù)不舒適的各個部位所承受的壓力進行合理的設(shè)計，保證壓力能夠更加合理的分布。一般在坐墊的設(shè)計過程中，坐墊的壓力分布主要在坐骨部位承受最大的壓力負(fù)荷，以主為中心向臀部外圍進行擴展，壓力逐漸減小，在坐墊與大腿下面接觸的部位壓力值最小，在靠背上肩胛骨和腰椎兩個部位所承載的壓力負(fù)荷最大，因此設(shè)計師在設(shè)計時應(yīng)當(dāng)重視這兩個部位的設(shè)計內(nèi)容。

2 汽車座椅的設(shè)計優(yōu)化

2.1 靠背參數(shù)的設(shè)計優(yōu)化

在座椅的設(shè)計過程中，通過對座椅靠背的參數(shù)進行合適的設(shè)計和設(shè)置，能夠保證人體在坐姿狀態(tài)下，背部的緊張程度被緩解，使人體脊柱處于更加自然的形態(tài)，提高座椅的舒適程度。一般在座椅靠背的設(shè)計過程中，可以對座椅面和靠背之間的角度形狀等內(nèi)容進行調(diào)整和設(shè)計，但由于每個人的脊柱長度存在較大的差異性而人體身材也不相同，因此，脊柱曲線變化的差異性會影響到座椅靠背的參數(shù)設(shè)計，使其設(shè)計的高度和形狀之間存在較為復(fù)雜的關(guān)系。

在座椅靠背的設(shè)計過程中，座椅靠背整體的形狀和脊柱自然彎曲的程度應(yīng)當(dāng)相符，這樣能夠為腰椎和肩胛骨提供足夠的支撐點。尤其是腰椎，只有提供充足的支撐，才能夠有效的緩解腰肌的疲勞感。在設(shè)計時需要保證腰部有足夠的支撐，同時要在骶骨附近留出一定的空隙，這樣便于使用者在使用的過程中根據(jù)自身的身體狀況進行合適的調(diào)整，能夠有效避免由于臀部與靠背過于相近而無法實現(xiàn)自然的彎曲影響到人們的坐姿舒適度的情況發(fā)生。

根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)查表明，在座椅靠背設(shè)計時，靠背傾斜角可以在105度到115度范圍內(nèi)，靠背座椅的高度可在530～560毫米范圍內(nèi)，寬度為480毫米，坐墊的傾斜角應(yīng)當(dāng)在6度到9度范圍內(nèi)。

2.2 靠背曲線的設(shè)計優(yōu)化

對座椅的靠背曲線進行優(yōu)化主要是運用相關(guān)數(shù)據(jù)對整體設(shè)計進行優(yōu)化，保證靠背的曲線更符合人體的背部需求，以此來不斷的提高整體乘坐的舒適程度。

在優(yōu)化的過程中首先進行模型的建立，將多個點的數(shù)據(jù)進行收集和分析，繪制一條光滑的曲線，利用三次樣條插值算法進行計算，該算法能夠滿足函數(shù)值的需求，利用已經(jīng)得到的函數(shù)表，將原來的函數(shù)值利用端點近似值進行代替，保證每個區(qū)間都為三次多項式。根據(jù)公式就能夠?qū)η€的各項參數(shù)進行優(yōu)化和設(shè)計，為了保證整體曲線的幅度在可控范圍內(nèi)，需要給變量的上下界添加約束條件。通過這樣的方式，能夠得到靠背曲線的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果，保證設(shè)計結(jié)果的合理性，能夠有效的解決靠背設(shè)計存在的問題。

3 結(jié)束語

綜上所述，本篇文章根據(jù)人機工程理論以及優(yōu)化理論對座椅靠背進行優(yōu)化和設(shè)計，通過設(shè)計后的結(jié)果能夠有效的提高座椅的乘坐舒適度。在實際的方案設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際的使用情況進行綜合性的分析，不斷的提高座椅優(yōu)化設(shè)計的質(zhì)量，以此來保障人體的健康，提高汽車在市場環(huán)境下的競爭力。

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