汽车座椅的设计与优化分析

钱坤

[摘 要]当前汽车已经成为了居家必备产品，特别是随着我国国产汽车的产量不断增加，汽车价格相对于先前有了较大的降低，汽车使用频率越来越高，因此，做好汽车设计工作非常关键。在汽车设计的过程中，汽车座椅作為关键的设计部件，对其设计进行优化非常关键。文中从汽车座椅构成及主要类型分析入手，研究了汽车座椅设计优化原则，并针对性提出了汽车座椅设计优化措施。

[关键词]汽车座椅；设计；优化；分析

中图分类号：TH123.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）25-0264-02

引言

当前人们在使用汽车的过程中，对于汽车使用的舒适度和安全度相对于先前有了更高要求，这就导致在汽车座椅设计的过程中，若仍旧采用传统的汽车座椅设计方式在很大程度上必然不能满足设计需求，因此，对汽车座椅的设计与优化进行分析有着较为重要的意义。

1、汽车座椅构成及主要类型

通常情况下，汽车座椅通常包含有六个部分，分别为：塑料装饰、表层包覆材料、弹性元件、调整机构、座椅框架等。在进行汽车座椅设计优化的过程中也是主要对着六个部件进行设计。

随着汽车使用用途的不同，汽车座椅类型也有着较大的不同，其类型主要有如下几类，分别为：单人座椅、双人座椅、多人座椅、分体式座椅、半分体式座椅、整体式座椅、固定式座椅、多向调节式座椅等类型。随着技术的不断进步，汽车座椅的类型将会更多，研发人员也必然在汽车座椅的新材料、新工艺、新结构方面进行更为深入的研究，智能化的汽车座椅将会更大范围的使用到人们出行当中。

2、汽车座椅设计优化原则

首先是安全性原则。汽车速度较快，汽车座椅在使用的过程中必须给驾驶员和乘坐人员提供出一个安全的乘坐环境。汽车座椅作为紧贴驾驶员和乘客的汽车部件，应当保证其在驾驶或者乘坐的过程中具备一个正确的姿势，一旦汽车出现事故之后，汽车座椅在一定程度上能降低强烈的汽车冲撞给驾驶员和乘客带来的伤害。

其次是舒适性原则。合理的汽车座椅设计能够确保人处于一个正确的坐姿，使人体脊椎可以自然弯曲，确保人体肌肉松弛，特别是能够保证驾驶人在驾驶的过程中处于一个放松的驾驶状态，特别是其腿部血管不能收到任何压迫，确保血流顺畅，防止驾驶人腿部出现麻木的感觉。同时还应当满足驾驶人员侧向稳定感、腰部紧贴、腰椎具有依托感，可有效缓解在汽车驾驶过程中所带来的较强振动，给人提供一个非常舒适的驾驶感和乘坐感。

第三是操作便利。汽车座椅应当为人们提供出一个较为便利的操作环境，其操作按钮、手柄均应当布置在触手可及的位置，并且应当符合人们的操作习惯，力量应当控制在适中。

第四，汽车座椅设计的过程中造型应当做到美观，其质感、颜色等也应当和整个汽车的造型相一致。汽车座椅设计人员应当充分考虑驾驶人及乘坐人在使用汽车过程中的各种感觉。

此外，汽车座椅的设计应当配置多样化，这对于满足当前人们对于汽车座椅多功能要求是非常关键的。

3、汽车座椅设计优化措施

3.1 汽车座椅靠背设计优化

靠背是汽车座椅设计的主要部分之一。在靠背设计优化的过程中，应当从两个方面入手，分别是造型设计优化和强度设计优化。在保证了整个座椅的强度之后，设计人员在设计的过程中应当对靠背的形状、高度进行优化，使其更好符合人体曲线，确保驾驶人员在驾驶的过程中肌肉处于放松的状态，并能够给驾驶人员的肩部、背部较好的支撑作用，确保其处于一个相对稳定的姿势，整个设计还应当给驾驶人员足够的侧向支撑，从而防止当汽车出现了较猛的急转弯情况时，驾驶人出现横向移动，确保驾驶人驾驶安全。根据先前汽车座椅靠背设计经验，在设计靠背时，应当从发泡的压陷量、发泡密度、发泡厚度、自H点的靠背高度、在H点的宽度、腰托定点离H点的高度、腰托前后移动距离和假人嵌入量考虑。其中发泡压陷50%需要力220牛至350牛，发泡密度30kg/m3至55kg/m3，发泡厚度20毫米至60毫米，靠背自H点向上的高度500毫米至570毫米，在H点位置的宽度300毫米至350毫米，腰托定点离H点的高度135毫米，腰托前后和垂直移动距离分别为25毫米和65毫米，假人嵌入量30%至40%。

3.2 汽车座椅座垫设计优化

在对汽车座椅座垫进行设计优化时，其关键部分在与深度合理设计，在优化设计的过程中以最大限度利用靠背为原则进行设计，这样设计的主要目的是确保驾驶员臀部得到有效支撑，座垫结构对于驾驶员坐姿有着较大影响的位置有：胸部倾角、颈椎倾角，此外，座垫的深度、宽度等也会对驾驶人驾驶舒适感产生较大影响。在具体设计优化的过程中，应当从发泡厚度，自H点到座垫最前端的长度，臀部最低点位置座垫内侧宽度和该位置整体宽度，滑道倾角，侧翼高度和角度，假人躯干角，发泡压陷量和发泡密度等方面考虑。其中发泡压陷50%需要的力为300牛至430牛，发泡密度要略高于靠背密度，为45kg/m3至55kg/m3，发泡厚度为100毫米至150毫米，自H点到座垫最前端的长度为380毫米至400毫米，座垫内侧宽度300毫米至350毫米，整体宽度为500毫米，滑道倾角为向后2度到5度，侧翼高度为20毫米至50毫米，角度为40度至65度，假人躯干角23度至26度。

3.3 汽车座椅骨架设计优化

汽车座椅骨架是确保汽车座椅强度满足要求的关键。其由靠背骨架、座垫骨架和相关加强板连接件组成。靠背骨架主要作用是：使乘员保持正确的坐姿，转弯时给上半身提供支撑，碰撞时提供上半身的保护。座垫骨架的作用则是：保持正确的坐姿，支撑乘员臀部和大腿，限制乘员身体下部左右晃动，碰撞时提供乘员保护。因此，座椅骨架是汽车座椅设计优化的重点。在设计优化的过程中，应当首先确保座椅使用材料的合格性和合理性。焊管材料一般采用Q235，Q295，Q345和QSTE340等，管径选择25毫米或22毫米，壁厚1.5毫米或2毫米等。冲压钢版一般采用中高强度板材，板厚为2毫米或2.5毫米。其必须能够给驾驶员提供出有效、安全的支撑。当前在选择汽车座椅骨架材料时，已经引入了镁合金整体压铸成型，该材料以质量轻、强度高、刚度及稳定性好的优点，运用在了豪华车的座椅上。同样的，众多非金属高强度材料的诞生，也为汽车座椅骨架进一步优化提供了无限的可能。

3.4 汽车座椅发泡设计优化

座椅发泡是形成座椅的轮廓和形状的关键，也是影响舒适性和H点的关键。对汽车座椅的靠背和座垫之间的发泡进行优化设计能够较好增强汽车座椅的人机感知。不同汽车在设计过程中对汽车座椅发泡有着不同的需求，因此，在进行优化设计的过程中，设计人员在进行设计的初期就应当根据车型的不同及客户对座椅需求的不同进行特殊设计，从而使发泡能更加符合要求。目前，发泡的化学成分有多元醇、聚合多元醇、水、催化剂、表面活性剂、异氰酸酯和脱模剂，其中多元醇和异氰酸酯是最重要的。控制好以上成分的比例，将决定发泡的密度和硬度，从而优化乘员乘坐的感知。

3.5 汽车座椅头枕设计优化

汽车座椅头枕主要是提供头部休息和在撞击过程中吸收能量起到保护头部的作用。在进行头枕优化设计的过程中，应同时满足FMVSS201和FMVSS202中对于前排乘客和后排乘客的头部撞击所产生的能量吸收要求，有时会产生冲突，相对的结构或造型就必须作出让步。经研究，在进行优化设计时，应当控制汽车座椅的头枕最高点至H点的距离在772毫米至832毫米之间，头枕的前后距离应满足头枕的前端到各个百分位的人体头部的距离在50毫米以内。

3.6 汽车座椅形状定位设计优化

形状是汽车座椅设计中的基本型元素，也是汽车座椅的一个关键符号，根据当前人们生活追求理念，在进行形状优化设计的过程中，应当尽可能通过设定相关特定符号的方式来增强人们对于汽车座椅形状的思想认同感。这个过程中可以向其中加入一定的色彩。在进行汽车座椅色彩设计的同时，通过设计前期的调查，来寻找提炼出形容预期色彩的语意关键形容词，然后再将其转化为实际的色彩风格词汇，并对应上相应的色彩，从而建立起汽车座椅的色彩语意空间，通过论证定位出产品的色彩。

3.7 注重座椅通风功能优化设计

当前在进行汽车座椅设计的过程中，会向其中加入通风功能和加热垫，在很大程度上增强了汽车座椅的舒适性。通常情况下，在进行通风功能和加热垫的设计时，应当将加热垫设置在在通风装置的上部。通风装置通过加热垫之下的加入风扇，通过风扇将空气吹入到做垫层，该种设计方式，可以给驾驶人提供出一个较为适宜的驾驶环境，也能够给乘客提供出较强的舒适感。

4、結束语

综上分析，对汽车座椅设计进行优化较为关键，因此，汽车设计人员在具体工作中，应当在坚持设计原则的基础上，充分考虑当前人们对汽车座椅提出的舒适度、安全度新要求，转变传统汽车座椅设计理念，设计出更能够达到人们要求的汽车座椅。

参考文献

[1] 孙琳琳，孔繁森.基于感性工学和TRIZ理论的汽车座椅视觉舒适度设计[J].吉林大学学报（工学版），2014，01：106-110.

[2] 孙琳琳，孔繁森，厙军威.基于追尾碰撞的汽车座椅座靠连接运动机构设计[J].吉林大学学报（工学版），2014，03：618-624.

[3] 王枫红，陈炽坤，胡小强.基于虚拟碰撞技术的儿童汽车安全座椅改型设计[J].东华大学学报（自然科学版），2012，04：475-479.

[4] 葛如海，许栋，王桃英，臧绫.客车座椅设计参数对乘员正面碰撞伤害影响的仿真研究[J].车辆与动力技术，2010，02：9-13.