基于关键断面因素的座椅舒适性研究与分析

马晓兰　潘杨玲　李伟　邓梦蝶　李岚

摘 要：座椅舒适性受消费者关注日益加强，是选车用车的重要参考指标。本文采用自然语言处理技术，基于互联网社媒开放平台数据，调研了三款中型SUV座椅尺寸舒适性方面的相关抱怨，并总结归纳为包裹性、腰部支撑、大腿支撑和背部支撑四项问题。综合考虑人体工程学和座椅设计关键断面，选取六处接触位置做断面并进行尺寸测量，借助实测数据，分析舒适性相关设计因素及优化方案，对造型、尺寸、位置关系等提出了参考建议。

关键词：座椅舒适性 关键断面 座椅设计 包裹性 支撑性

1 引言

汽车在当代家庭生活中的地位已不可取代，成为百姓日常出行必不可少的交通工具。随着汽车技术的快速发展，消费者对车辆的关注越来越多地倾向于驾乘的舒适性。座椅舒适性与整椅尺寸、软硬度水平、动态减振性、调节易用性等因素息息相关，用户也可以从不同的角度对座椅进行感知评价。

目前，行业缺乏成熟的正向开发经验，座椅市场抱怨及相关设计规避点研究尚不清晰。为此，本文基于三款中型SUV车型主驾座椅，分别进行舒适性问题调研、驾乘姿态分析、关键因素分解、断面位置研究、断面截取及尺寸分析、共性因素剖析，以此探索差异化个体对座椅舒适状态感知的共性内容，向产品开发输入正向的设计参考。

2 座椅舒适性问题调研

座椅舒适性通常受主观和客观两方面影响，主观舒适性通常采用調查法，客观舒适性行业上大多借助体压分布数值进行判别，对基础设计要求的关注较少。

针对座椅的舒适性问题，本文基于互联网社媒数据，进行了更大规模的UGC（User Generated Content， 用户生成内容）调研。随社群粉丝经济发展，针对于某类/某款车型进行抱怨或投诉类的活跃话题会映射到产品问题，且数据不断更新，具有极强的时效性。因此研究社群类的自发共享信息，分析其内容和结论，更有助于融入产品的设计、制造与营销等环节。

经过对三款中型SUV论坛车主讨论UGC调研，获得的座椅尺寸舒适性相关问题分别为：（1）座椅包裹性不佳，转弯时不能给予有效侧翼支撑；（2）腰部支撑不足或位置不当，难以解决长时间驾驶腰部疲劳问题；（3）小身材驾乘者大腿前端有顶腿现象，座垫偏硬；（4）背部支撑欠缺，肩颈处易疲劳。

3 驾乘姿态分析

当人体长时间处于同一姿态下，身体肌肉和血液都可能处于收缩或循环受阻状态，再加上当时的驾乘状态影响，从心理和主观上也会加剧疲劳感。对汽车座椅设计而言，首先会考虑人体布置，人体最舒适的坐姿是臀部稍离靠背向前移，上躯干略向后倾斜，保证脊柱呈自然的S形状态，使臀部角、膝部角以及踝部角保持自然的角度。

一般来说，人体各坐姿角推荐值为：

A42≥100°，A44=95°～130°，A46=105°～145°[5]。基于对三款中型SUV车型主驾座椅的H点、踵点及人体姿态进行测量的数据，通过比较，三款车型躯干角相同，B车型角A42最大，且H30最高，因此乘员姿态更偏向于高式。相同躯干角情况下，A42越大，驾乘者腿部和座垫的干涉量越大，需预防座垫过硬及顶腿现象。

4 关键位置断面选取

依据座椅设计规范，通常会采用断面校核方法确认座椅轮廓面设计的合理性。针对前文提及的座椅包裹性、腰部支撑、大腿前端和背部支撑问题，可采用95%分位人体模型进行主驾校核，依此确定座椅关键位置，并进行断面截取。

4.1 包裹性

座椅包裹性问题涉及景中和侧翼的相对位置关系，若整椅外轮廓尺寸确定，景中宽度、侧翼宽度、侧翼角度（高度）是影响包裹性的主要因素。因人体感知包裹性的主要位置在背部中段和大腿中段，因此在模型中选择H点向上沿躯干线300mm处作为背部中段测量位置S1，H点向前沿大腿线200mm处作为大腿中段测量位置S2，分别以两处作关键断面。

4.2 腰部支撑

因长时间伏案工作，若坐姿不良，极易造成腰部疾病，腰肌劳损、腰椎间盘突出等问题也逐渐年轻化。汽车座椅的腰部支撑舒适性问题涉及腰托位置和顶出量的合理匹配，合理的背部弧度可以有效保证脊柱腰椎处的S形曲线。

若腰部支撑位置偏上，腰椎部分承力较重，随驾驶时长增加，很快就会疲劳；若腰部支撑位置偏下，移至骶骨区域，会抵抗S形下部，更加不利于缓解疲劳；顶出量偏大则会使背部上段过分紧贴座椅，手臂控制方向盘会带动背部肌肉收缩，加速疲劳；顶出量不足则对腰背部缺乏支撑，上背部重力集中于腰椎，无法缓解疲劳。腰部支撑通常位于脊柱腰椎中段，因此在模型中选择H点向上沿躯干线150mm处作为测量位置S3，过H点的Y0靠背断面作为测量位置S4。

4.3 大腿支撑

造成腿部不适的座椅设计原因可能是对小体型用车人群座垫过长，座垫倾角偏大，或座垫过硬等。座垫过长，小体型用车人群小腿和座垫前端距离过紧，长时间的力平衡导致肌肉收缩疲累；座垫倾角偏大与座垫过硬，使得大腿退出点距离延长，产生硌腿感觉。大腿支撑问题可基于大腿线纵断面进行研究，模型中选择过H点的Y0座垫断面作为测量位置S5。

4.4 背部支撑

驾驶过程中的背部支撑往往被忽略，但驾乘者长时间双手持握方向盘，极易造成肩胛骨处疲劳，因处于上背部，驾驶中可小幅度活动来减轻不适感。因靠背与座垫角度可调，通常前排座椅大腿躯干线夹角A42≥100°时上躯干可略向后倾斜，可以使后背部尽量获得座椅靠背的支撑。背部支撑问题集中于上背部，在模型中选择H点向上沿躯干线450mm处作为测量位置S6，并辅助以Y0靠背纵断面S4进行分析。

5 断面截取及尺寸测量

依据上文研究内容，截取3款中型SUV车型主驾座椅的对应位置断面，分别进行点标注及尺寸测量。

5.1 包裹性

断面S1测量外轮廓宽度L1-1、景中宽度L1-2、侧翼高度L1-3和侧翼角度A1-4，计算侧翼宽度L1-5。断面S2同理，测量外轮廓宽度L2-1、景中宽度L2-2、侧翼高度L2-3和侧翼角度A2-4，计算侧翼宽度L2-5，测量数据结果见表1。

5.2 腰部支撑

断面S3测量外轮廓宽度L3-1、景中宽度L3-2、侧翼高度L3-3和侧翼角度A3-4，并辅助Y0断面S4，测量腰部顶出最高处距离H点高度L4-1和腰部顶出量L4-2，测量数据结果见表2。

5.3 大腿支撑

断面S5测量座垫长度L5-1、大腿离去点距离L5-2、座垫压陷量L5-3和座垫角度A5-4，测量数据结果见表3。

5.4 背部支撑

断面S6测量外轮廓宽度L6-1、景中宽度L6-2、侧翼高度L6-3和侧翼角度A6-4，并辅助Y0断面S4，测量肩部顶出量L4-4及肩部退出点L4-5，测量数据结果见表4。

6 分析及优化

三款车型均为中型SUV，使用工况定义为城市越野，但车型定位及座椅设计略有不同。A车型座椅整体感觉更为宽大，因其弯曲竖条纹线形有一定的膨胀性，增强靠背宽厚的视觉效果，但座椅整体偏硬。B车型座椅视觉感很厚，靠背侧翼较为明显，座垫侧翼臀部区域要高于腿部区域，整椅有软泡棉层，坐感偏软。C车型座椅较薄，造型偏运动，棱角分明，景中区域占比较大，侧翼较窄，座入感偏硬。

结合上述测量结果，针对包裹性问题，B车型座椅背部包裹性较好，得益于背部较宽的侧翼L1-5及大侧翼角A1-4。C车型座椅因其造型设计风格，整椅总宽度窄，座垫景中L2-2保持较宽水平，侧翼角A2-4很大，包裹感在较激烈的转弯驾驶工况下，可给予单侧腿部较多支撑。若定义翼中比为单侧侧翼宽度比景中宽度的结果，则针对包裹性，三款车型包裹性特性的结果分布如表5所示。整体来看，座垫翼中比偏小，给臀腿留下了较多的活动空间，背部包裹感相对要强。

针对腰部支撑问题，侧翼角度在断面S3位置处都大于S1处，平均值为45°。C车型座椅腰部支撑位置极低，仅高于H点22mm，无法对腰部提供支撑，若将腰部中心线定义为H点向上150mm处，则腰部支撑可位于中心线上下各75mm的区域内[5]。腰部压陷量测量值差异不大，平均值为31.1mm。

针对大腿支撑问题，A车型座椅大腿离去点距离L5-2最小，大腿前侧缺乏有效支撑，同比之下，B和C车型座椅的大腿前端支撑较好。因B车型坐姿角A42为100°，座垫角A5-4为18°，C车型坐姿角A42为96°，座垫角A5-4为24°，二者相抵，使得B和C车型座椅在座垫长度相差不大的情况下，离去点距离也差异不大。A座椅坐感偏硬，通过压陷量L5-3也可以验证，设计和制造工艺一致性匹配。

针对背部支撑问题，H点向上沿躯干线450mm处刚好位于假人上肩部，在断面S6处仅有B座椅人体与椅面有小幅干涉，其他座椅均无接触，通过退出点距离L4-5可知，均低于断面。C座椅整体偏平，背部并没有考虑基于人体曲线的特殊設计，因此其肩部顶出量距离很大，且退出点很低，舒适性差，可在运动风格下，适当保留一部分曲线弧度，以更好贴合人体。

7 结语

本文通过对三款中型SUV车型主驾座椅的调查研讨，发现抱怨较多的问题集中于包裹性、腰部支撑、大腿支撑和背部支撑，通过人体工程学分析，找到影响位置并标定断面，通过截取断面并测量相关尺寸，分析其相关性，最终得到如下结论。

（1）包裹性受座椅设计风格影响较大，在造型之初就需要充分考虑，靠背翼中比要更大，座垫留给臀腿充分的活动空间。

（2）腰部需要给予腰椎区域足够的支撑，可极大程度上减缓驾驶疲劳，位于腰部中心线上下各75mm的区域内建议配置可调节电动腰托。

（3）座垫需预防长度过量或不足引起的顶腿或无支撑现象，同时若压陷量太小，椅面硬度会反之变大以达到较好的支撑效果，坐姿角和座垫角抵消关系也有助于调整大腿离去点位置。

（4）背部支撑问题需要受到重视，在保证头后间隙舒适性的情况下，可设计曲线弧度，提供支撑来减轻肩部驾驶疲劳。

参考文献：

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[3]温泉，鞠伟男，刘丽萍，等.基于标杆车的汽车座椅人体压力研究[J].汽车实用技术，2018，000（021）：148-151.

[4]邵宏宇，孟琦，赵楠，等.基于BP神经网络的产品性能满意度预测分析[J].天津大学学报：自然科学与工程技术版，2019（9）.

[5]钟柳华，孟正华，练朝春.汽车座椅设计与制造[M].北京：国防工业出版社，2015.