汽车座椅高度相关人机工程分析

陆圣青 韩盛兴 何伟 陈龙毅 范学

（比亚迪汽车工业有限公司汽车工程研究院）

车辆使用者在车内的所有操作都是坐在座椅上完成的，座椅的位置和尺寸决定了使用者的乘坐及操作姿势，从而直接决定使用者的乘坐舒适性。汽车座椅高度作为决定座椅位置的重要参数，对座椅相关的众多人机问题影响较大，也是汽车尺寸类人机工程最为常见的问题之一。由于整车布置方面诸多的特殊性影响，在新能源车型上相关问题更为突出。因此文章旨在探讨座椅高度相关方面存在的人机问题以及针对此类问题的评价和测量方法，为快速解决此类问题提供思路。

1 研究思路

此次研究从常见用户不良感受入手，分析影响用户感受的车型问题，将用户感受和车型问题结合分析制定评价方法，依据评价方法对车型进行主观评价，同时针对车型问题展开客观数据的测量，将主观评价和客观测量的结果进行关联，指导车型问题的改进。同时，建议将评价结果进行收集整理，形成数据库，为车型设计、问题改进及评价方法的完善进行服务。

2 用户不良感受及车型问题

车辆在实际使用过程中，从驾驶员上车到进入座椅，再到操作车辆，一系列动作过程都与座椅高度有着直接的关系，最常见的相关人机舒适性问题集中表现在上下车方便性、头部空间、腿部及脚部空间、视野及操作方便性这5个方面。图1示出在车辆实际使用过程中常见的2例座椅高度相关人机问题。

图1 常见的座椅高度相关人机问题

根据实际情况，表1示出常见的汽车用户不良感受，并且列举分析了对应的车型问题。对用户使用车辆过程中的一系列动作及不良感受的分析是制定主观评价方法的基本依据。

表1 汽车用户不良感受及车型问题

3 主观评价方法

表1中列出的车型问题都是跟座椅高度相关的，除了表1中列出的用户不良感受，它们还可能引起其他方面的人机舒适性问题，针对这些车型问题，分析所有的可能情况制定座椅高度相关舒适性主观评价表，如表2所示。分别以中国95百分位及50百分位身高男性、50百分位及5百分位身高女性对同一车型进行主观评价，得到不同身高人群对于一款车型座椅高度相关舒适性主观评价结果，评价时应分别给出各分项评分，同时汇总得到总评分。评价以7分为基础分，代表评价项处于正常水平，满分为10分，评价结果能直观反映车型座椅高度方面存在的问题[1]。

表2 汽车座椅高度相关人机问题主观评价表

4 客观数据测量

4.1 测量设备

在车型客观数据测量中需要用到的测量设备包括：用于测定车辆上实际H点和实际躯干角的装置——三维H点装置、关节臂测量仪，以及一些常规的测量工具，例如数显倾角仪、钢板尺、水平尺及卷尺等。测量过程需要由经过培训的专业人员进行，以保证测量结果的有效性和准确性。

4.2 测量项目

图2示出影响主观评价结果的一些汽车座椅高度相关的客观数据测量项目的尺寸代号，及其在整车上的测量位置，这些数据将“量化”主观评价过程中发现的问题，将人的主观感受同客观数据结合起来，验证主观评价结果，为指导车型问题改进提供数据方面的支持。通过图2可以直观地看出座椅高度是如何通过其他相关尺寸影响人机舒适性的。

图2 汽车座椅高度相关的客观数据测量位置

4.2.1 H点位置

H点是指二维或三维人体模型样板中人体躯干与大腿的连接点，即胯点，在人体模板中为髋关节，它提供了一个用于定位乘坐位置的参考。H点的位置决定了车辆使用者眼椭圆、头廓包络线和手部伸及界面在车身中的位置。因此，H点决定了使用者的舒适性、操纵性以及视野[2]。

4.2.2 踵点至H点（H30）

H30定义为踵点至H点的垂直高度，其值决定了使用者在车辆中的坐姿，直接被使用者感受。在坐垫倾角（A27）固定的情况下：其值过大，则矮小的使用者脚部将产生“悬吊”的感觉，坐垫对大腿的挤迫感也会非常明显，而且过高的H30限制使用者的脚部活动，导致使用者脚部难以前伸，使用者会认为座椅太高；其值过小，则使用者的大腿部得不到有效的支撑，会产生“坐小板凳”的感觉，使用者则会认为座椅高度不足[3]。

4.2.3 坐垫倾角（A27）

A27定义为坐垫与水平线的角度，其值反映了坐垫相对于水平面的倾斜程度。在座椅高度固定的情况下：其值过大，则坐垫前端对膝窝位置的挤迫感会相对明显；其值过小，则坐垫前端对膝窝位置的支撑不足。设计时在考虑座椅高度的同时，也要考虑坐垫倾角的固定值或者调节范围，以得到最佳组合范围[3]。

4.2.4 地面至H点（H5）

H5定义为地面至H点的垂直高度，其值反映了座椅离地高度，直接决定车辆上下车方便性。一般来说，同一座椅，H5的值越大，矮小使用者上下车方便性越差，使用者会认为座椅太高[3]。

4.2.5 方向盘下沿至椅面（H74）

H74定义为过方向盘中心的Y平面上方向盘至未受压坐垫间的最小距离。一般来说，H74的值越小，驾驶员在驾驶时手碰到大腿的风险越高，也容易造成心理上的不愉悦，且驾驶员在上下车时容易感受到腿部空间不够，驾驶员会认为座椅过高[3]。

4.2.6 H点至方向盘（BH93）

BH93定义为方向盘中心至H点的垂直高度。一般来说，在方向盘倾角固定的情况下：BH93的值越小，驾驶员开车时手臂不用抬得太高，操作越轻松，但仪表盘或按键被方向盘遮挡的风险增大，驾驶员有可能认为座椅过高。反之，其值越大，驾驶员开车时手臂抬得越高，越容易疲乏，且方向盘遮挡前方视野的风险增大，驾驶员有可能认为座椅高度不足。

4.2.7 H点至顶篷（H61）

H61定义为乘坐参考点到顶篷后8°的直线长度再加上102 mm（考虑到乘坐参考点到下臀部的距离）。H61值越大，使用者头部空间越充裕，越能带给使用者良好的体验。相反，其值越小，使用者头部空间越小，在颠簸路面头顶碰到顶篷的风险越大，安全问题越突出，同时，易给使用者带来压抑感，使用者会认为座椅过高[3]。

4.2.8 H点至前窗上顶篷最低点（①）

①定义为H点到前窗上顶篷最低点的垂直高度。其值间接反映了驾驶员前方视野（主要考虑上视野）的范围大小。其值越小，则驾驶员前方视野范围越小，驾驶员会认为座椅过高[3]。

5 R车型后排座椅高度问题举例

表3示出针对R车型的3个研发阶段后排位置的评价结果，其中包括对于3个阶段座椅高度主观评价及客观数据的测量结果，还包括其参考车型的各项数据。推荐值是根据人体相关舒适性要求，结合已有车型数据参考针对R车型给出的。

表3 R车型后排舒适性评价结果汇总

如表3所示，R车型后排座椅阶段1主观评价综合评分只有5分，处于较差水平。经过阶段2和阶段3对座椅高度的不断调整，R车型上下车方便性、头部空间及整体的乘坐舒适性都得到了较大程度的改善。文章将以后排座椅自身高度（H30-2）及头部空间（H61-2）为例，说明R车型问题的改进过程。

5.1 后排座椅高度（H30-2）总体得分

从表3可以看出，参考车型后排座椅高度总体得7分，处于正常水平，对应的H30为403 mm。R车型阶段1后排座椅高度总体得5分，处于较差水平，突出问题为座椅高度较高，且发泡密度较硬，坐垫对1 650 mm以下身高使用者大腿挤迫感强烈，且使用者脚部得不到地板有效支撑，对应的后排H30为419 mm，与参考车型相差较大。阶段2进行问题改进时降低了后排座椅高度，使用者主观感受有所提升，H30接近参考车型，但阶段1存在的突出问题在1580mm以下身高使用者使用过程中仍然有明显的体现。因此阶段3进行问题改进时进一步降低了R车型后排座椅的高度，同时降低坐垫发泡密度，结果后排座椅高度总体得分达到8分，属于较优秀水平，阶段1和阶段2暴露的座椅高度问题得到了解决。经测量，此时后排座椅H30为398mm。

5.2 后排座椅头部空间（H61-2）得分

图3示出后排座椅头部空间（H61-2）得分。从图3可以看出，参考车型后排座椅头部空间单项得7分（单项得分未在表3中列出），处于正常水平，对应的后排H61为958mm。R车型阶段1后排头部空间单项得6分，处于稍差水平，对应的后排H61为945 mm，与参考车型存在差距。阶段2进行问题改进时降低了后排座椅高度，但后排头部空间改善不明显，头部空间单项得分依然为6分。阶段3进一步降低后排座椅，后排头部空间得到较明显改善，主观评价单项得分达到7分，属于正常水平，从数据上看，其H61也与参考车型持平。

图3 后排座椅头部空间（H61-2）单项得分

6 结论

分析表3可以看出，通过阶段1之后的问题改进，R车型在阶段2时H点高度已经达到理论值要求，甚至低于参考车型，但评价过程中发现座椅仍然偏高。之所以会产生这样的现象是因为在阶段2车型问题改进时没有考虑到发泡硬度对舒适性的影响。座椅高度相关人机问题是一个综合问题，不能把它当成一个独立的问题进行研究，实际上它的研究范围包括所有与座椅高度相关的方面。

在车型问题改进过程中，综合考虑各方面的因素将有利于尽早找出问题所在，制定改进方案。改进方案的制定需要进行相关数据的分析，大量的数据积累是进行数据分析的前提。