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【摘 要】众所周知，汽车座椅是人与汽车直接接触的界面，人们驾乘汽车的舒适性主要与座椅有关。随着科学技术的发展和生产力的提高，人们对工作、生活、休息质量的要求也不断提高，以前的那种从产品到人的设计模式己不能满足日益丰富的工业产品的生产以及广大消费者对工业品的期望。这就要求产品设计者在设计产品的时候能充分将人的因素、产品使用的环境因素合理地、科学地运用其中。在设计中必须将人的因素贯穿在整个设计的始终。
【关键词】人机工程学 座椅 坐姿 舒适度
abstract： As everyone knows， backward in technique and lack ability to develop independently etc. Seat of automobile is the interface people contact with the automobile， people's driving comfortableness by car relates to seat mainly. With development and improvement of productivity of science and technology， people's request for quality of working， living， and relaxation raise constantly， Former product design mode that from products to people that already can't satisfied the manufacture of abundant industry production and the masses of consumer of industrial products day by day expectation. This requires products designer can take the human factor when design the products， environmental factor that the products being used， the civilization culture of the even w hole society into a count rationally， scientifically. Must is it design human factor entirely to run through all the time in design.
Key words ： Ergonomics Car seat Position of sitting Comfortable degree.
文章编号：ISSN1006—656X（2014）011-0102-02
引言
汽车座椅属于汽车的基本装置。在汽车中它将人体和车身联系在一起，直接关系到乘员的驾乘舒适性和安全性。1886年德国人戴姆勒制成了最早的汽车座椅，其座垫是以棉花等软填料作为芯子，靠背是用木板和木条围成。随着汽车的发展和人们要求的不断提高，汽车座椅已不再是单纯满足乘坐和美观需要的车身部件，而是关系到汽车的驾乘舒适性和安全性，集人机工程学、机械振动、控制工程等为一体的系统工程产品。汽车座椅，对其性能要求越来越高，设计与研究领域十分广阔。本文的主要任务是根据乘员的安全性、舒适性与座椅的动静态特性分析，对汽车座椅进行结构设计，确定以汽车前排座椅为设计对象；了解并掌握了前排座椅的靠背骨架总成结构与坐垫骨架总成结构，根据人机工程学原理，结合乘员的安全性与舒适性，确定了汽车座椅的结构尺寸，对于提高汽车座椅的安全性和舒适性有重要的意义。
一、汽车座椅的作用
座椅是汽车中将乘员与车身联系在一起的重要部件，其主要的作用是：
1.为驾乘人员的身体提供良好的支撑。座椅通过对人体提供合理的体压分布，在重要的人体结构点上支撑人体，可以有效的保证人体在车辆行驶过程中的平稳。
2.为驾驶员提供良好的定位。通过座椅对驾驶员的定位，可以使驾驶员获得良好的视野，并实现了驾驶员对汽车方便的操纵。
3.为乘员提供舒适的驾乘环境。座椅中各种人性化的附属设备以及豪华配置，减少了路面对乘员的影响，缓和和衰减由车身传来的冲击和振动，能为乘员提供优越的驾乘环境。
4.在汽车受到撞击时最大限度的保护乘员的安全。合理的配置头枕和靠背的软垫，能有效的防止乘员的头颈部在汽车发生碰撞时受到伤害。
简而言之，在规定的条件下，能够为乘员提供舒适的环境并保证乘员的安全。可见，座椅的安全性及舒适性是其最重要的功能，也是汽车座椅在设计、研发过程中必须着重解决的问题。
二、汽车座椅的性能
（一）汽车座椅的舒适性
汽车乘坐的舒适性是汽车研发的重要课题之一，座椅的舒适性是汽车乘坐舒适性的重要组成部分，包括静态舒适性，动态舒适性以及操作舒适性三方面内容：
座椅的静态舒适性是指座椅在静止状下提供给人体的舒适特性，主要与座椅尺寸参数、表面质量、调节特性等关；动态舒适性是指汽车在运动状态下通过座椅骨架以及软垫将振动传递给人体的舒适特性；操作舒适性是乘员在车内正常活动（如操纵向盘）的舒适程度，主要与座椅和车内其他部件的布置有关。
（二）汽车座椅的安全性
汽车座椅的安全性是指座椅能有效的预防事故的发生，并在事故发生时有效的减轻乘员所受伤害的能力。根据座椅在碰撞事故发生时和发生后对减轻乘员伤害程度的不同作用，可以将座椅的安全性分为主动安全性和被动安全性两个方面。在加强座椅结构本身吸能性的同时，人们开始研究把安全气囊安装在座椅靠背侧面（如图1-1所示），为乘员提供安全保护。这种带有安全气囊的座椅已经开始应用在各种高档轿车中。 图1-1 带侧碰气囊的座椅
（三）汽车座椅设计的基本原则及依据
汽车座椅设计是一项复杂的系统工程，它涉及机械、化工、纺织、喷涂、热处理、美学、力学、人机工程学等多门学科，设计时应依据人机工程学原理综合考虑座椅的舒适性、减振性、安全性以及座椅的合理布置，此外，还要考虑人体生理特征及尺寸，进行量身定做，以提高座椅的乘坐舒适性
（1）安全性
座椅设计时首先要绝对保证驾乘者的安全，这就要求座椅要有足够的强度，在发生碰撞时，座椅就能够减轻事故对乘坐者造成的伤害，并能起到一定的保护作用。
（2）操纵方便
设计的座椅还需操纵方便，调整手柄和按钮的布置必须在驾乘者伸手能及的位置，并符合常人的习惯且操纵力量适中。
（3）乘坐舒适
设计的座椅必须能使乘客保持良好的坐姿，使其脊柱自然弯曲，保证合理的体压分布并使其肌肉松弛，血液循环正常；并具有腰椎依托感、腰背部贴和感和侧向稳定感。能有效隔离或衰减路面产生的振动，满足大多数驾乘者坐姿舒适性的要求。
（四）汽车座椅设计的基本依据
（1）靠背
靠背的设计主要指强度设计和造型设计，设计时应使靠背的高度、形状符合人体曲线，使背部肌肉处于放松状态，并能给背部、肩部有效可靠的支撑，使驾乘人员保持稳定的坐姿，还要有足够的侧背支撑，从而避免高速转弯时的横向滑动。设计时，靠背的高度和宽度一般分别为600 mm和480 mm。不同的靠背倾角会导致不同的椎间盘压力及背部肌肉负荷。当靠背倾角超过110°时，椎间盘压力显著减小，所以设计时应考虑合理的靠背倾角。为了提高舒适性，满足驾乘人员在休息时的需求，靠背倾角应为可调式，并且调整范围尽可能大。一般载重汽车为100°～115°，大客车为95°～135°，轿车为80°～170°。
（2）座垫
座垫设计主要是座垫深度和坐垫倾角的确定。座垫深度的设计原则是在充分利用靠背的情况下，使臀部得到合理支撑。人体在坐姿状态下，坐骨与小腿足部构成稳定的人体支撑。座垫深度过大时，造成人体躯干相对前移，腰部得不到良好的支撑，引起疲劳；座垫深度过小时，会因大腿得不到良好的支撑而感到不舒适：因此，座垫的深度应按臀部至大腿表面全长的3/4设计，一般取400～480mm。座垫的倾角应兼顾安全性和舒适性，一般为2～10°。
（3）头枕
头枕是为提高汽车乘坐舒适性和安全性而设置的一种辅助装置。头枕的主要作用是保障安全，一旦汽车发生追尾碰撞，颈椎会承受到很大的加速度而容易伤害。有了头枕的承托，可以减少头部自由移动的空间，降低对颈椎的冲击力，起到避免或减轻乘员颈部受伤的作用。按照国家标准，汽车座椅头枕属汽车整车强制认证检测项目之一，汽车前排座椅应装有头枕。头枕要起到保护颈椎的作用，正确的安装位置十分重要。头枕应该安装在至少与耳朵上缘平齐的地方，后脑与头枕之间的距离最好不要超过10 cm。目前VOLVO公司首先在S80型车上推出了一种称为WHIPS颈椎保护系统，由一个安全头枕和一个设计合理可有效而均匀地承受乘员身体运动的椅背支撑结构，以及位于椅背和坐垫连接处的内置式能量吸收机构组成，具有均匀的支撑功能。一旦发生追尾撞车事故，椅背与乘员一起向后移动，在稍微向后倾斜之前首先做平行运动。由于在椅背和坐垫之间的连接件上安装了可变形部件，从头枕、椅背到座垫连接成一体，给乘员的躯体有效支撑，从而进一步减轻碰撞力对乘员背部的冲击。
（4）座椅蒙皮
座椅蒙皮是包裹在座椅总成表面的一层材料，它直接与乘员接触，一方面对座椅泡沫有保护作用，同时又可直接体现设计者的设计意图。座椅蒙皮必须阻燃，其燃烧特性必须符合GB 8410-1994《汽车内饰材料的燃烧特性》要求。
（5） 泡沫软垫
目前座垫、靠背缓冲用软垫基本上是由软质聚氨酯泡沫塑料发泡而成，在汽车上应用较多的是高回弹软质聚氨酯泡沫塑料。考虑到座椅的舒适性和人体坐姿时的体压分布，需将泡沫软垫的密度设计为不同，即“软硬兼施”。
（6）座椅骨架
座椅骨架必须能够承受一定的载荷，通常所指的座椅强度其实就是座椅骨架的强度，它属于汽车整车强制认证检测项目之一，应符合GB15083-1994《汽车座椅系统强度要求及实验方法》的规定。靠背及座垫骨架的形状，应以能满足人体生理特征、给驾驶人员提供安全和有效支撑为目的进行设计。
四、结束语
伴随着汽车工业的进步和经济的高速发展，汽车已经越来越多的进入了寻常百姓家，汽车座椅作为直接与人体接触的部件，对汽车的安全性有着重要的影响。良好的座椅结构不仅能够提高驾乘舒适性，而且直接关系着乘员的安全。座椅的研究对于人体和驾驶安全都有着重要和关键的作用。虽然人们对于座椅的研究己经有很长的历史，但是设计的方法仍存在争议。目前计算机的使用深入到各行各业，汽车的车身实现了计算机的设计和加工，对于人体模型的研究也从以前的二维人体模型、三维模型逐渐转变为计算机三维数字模型。由计算机可以自动生成人体的几何模型。
参考文献：
[1]陈家瑞等，汽车构造（下册）[M]，机械工业出版社，2005年，第一版，p209-210， p384
[2]黄天泽、黄金陵，车身结构与设计[M]，机械工业出版社，1999年，第1版，p245-266
[3]刘建中、铃木近等，汽车乘坐舒适性主观评价模型的构筑，汽车技术[N]，1994.9
[4]肖艳荣，座椅舒适度与人体工程学，铁道车辆[J]，1997年，第五期，p32
[5]温吾凡，汽车人体工程学，吉林科学技术出版社[M]，1991年，第一版，p123
[6]邱少波，汽车座椅系统的安全性要求及评价，汽车技术[J]，1996年，第7期， p12-19
[7]姚为民、孙丹丹，汽车座椅系统安全性综述，汽车技术[J]，2002年，第8期，p5-8
[8]武一民、阎世竟，从安全性谈汽车座椅系统参数设计，汽车研究与开发[J]，1997第3期，p26-27
【关键词】人机工程学 座椅 坐姿 舒适度
abstract： As everyone knows， backward in technique and lack ability to develop independently etc. Seat of automobile is the interface people contact with the automobile， people's driving comfortableness by car relates to seat mainly. With development and improvement of productivity of science and technology， people's request for quality of working， living， and relaxation raise constantly， Former product design mode that from products to people that already can't satisfied the manufacture of abundant industry production and the masses of consumer of industrial products day by day expectation. This requires products designer can take the human factor when design the products， environmental factor that the products being used， the civilization culture of the even w hole society into a count rationally， scientifically. Must is it design human factor entirely to run through all the time in design.
Key words ： Ergonomics Car seat Position of sitting Comfortable degree.
文章编号：ISSN1006—656X（2014）011-0102-02
引言
汽车座椅属于汽车的基本装置。在汽车中它将人体和车身联系在一起，直接关系到乘员的驾乘舒适性和安全性。1886年德国人戴姆勒制成了最早的汽车座椅，其座垫是以棉花等软填料作为芯子，靠背是用木板和木条围成。随着汽车的发展和人们要求的不断提高，汽车座椅已不再是单纯满足乘坐和美观需要的车身部件，而是关系到汽车的驾乘舒适性和安全性，集人机工程学、机械振动、控制工程等为一体的系统工程产品。汽车座椅，对其性能要求越来越高，设计与研究领域十分广阔。本文的主要任务是根据乘员的安全性、舒适性与座椅的动静态特性分析，对汽车座椅进行结构设计，确定以汽车前排座椅为设计对象；了解并掌握了前排座椅的靠背骨架总成结构与坐垫骨架总成结构，根据人机工程学原理，结合乘员的安全性与舒适性，确定了汽车座椅的结构尺寸，对于提高汽车座椅的安全性和舒适性有重要的意义。
一、汽车座椅的作用
座椅是汽车中将乘员与车身联系在一起的重要部件，其主要的作用是：
1.为驾乘人员的身体提供良好的支撑。座椅通过对人体提供合理的体压分布，在重要的人体结构点上支撑人体，可以有效的保证人体在车辆行驶过程中的平稳。
2.为驾驶员提供良好的定位。通过座椅对驾驶员的定位，可以使驾驶员获得良好的视野，并实现了驾驶员对汽车方便的操纵。
3.为乘员提供舒适的驾乘环境。座椅中各种人性化的附属设备以及豪华配置，减少了路面对乘员的影响，缓和和衰减由车身传来的冲击和振动，能为乘员提供优越的驾乘环境。
4.在汽车受到撞击时最大限度的保护乘员的安全。合理的配置头枕和靠背的软垫，能有效的防止乘员的头颈部在汽车发生碰撞时受到伤害。
简而言之，在规定的条件下，能够为乘员提供舒适的环境并保证乘员的安全。可见，座椅的安全性及舒适性是其最重要的功能，也是汽车座椅在设计、研发过程中必须着重解决的问题。
二、汽车座椅的性能
（一）汽车座椅的舒适性
汽车乘坐的舒适性是汽车研发的重要课题之一，座椅的舒适性是汽车乘坐舒适性的重要组成部分，包括静态舒适性，动态舒适性以及操作舒适性三方面内容：
座椅的静态舒适性是指座椅在静止状下提供给人体的舒适特性，主要与座椅尺寸参数、表面质量、调节特性等关；动态舒适性是指汽车在运动状态下通过座椅骨架以及软垫将振动传递给人体的舒适特性；操作舒适性是乘员在车内正常活动（如操纵向盘）的舒适程度，主要与座椅和车内其他部件的布置有关。
（二）汽车座椅的安全性
汽车座椅的安全性是指座椅能有效的预防事故的发生，并在事故发生时有效的减轻乘员所受伤害的能力。根据座椅在碰撞事故发生时和发生后对减轻乘员伤害程度的不同作用，可以将座椅的安全性分为主动安全性和被动安全性两个方面。在加强座椅结构本身吸能性的同时，人们开始研究把安全气囊安装在座椅靠背侧面（如图1-1所示），为乘员提供安全保护。这种带有安全气囊的座椅已经开始应用在各种高档轿车中。 图1-1 带侧碰气囊的座椅
（三）汽车座椅设计的基本原则及依据
汽车座椅设计是一项复杂的系统工程，它涉及机械、化工、纺织、喷涂、热处理、美学、力学、人机工程学等多门学科，设计时应依据人机工程学原理综合考虑座椅的舒适性、减振性、安全性以及座椅的合理布置，此外，还要考虑人体生理特征及尺寸，进行量身定做，以提高座椅的乘坐舒适性
（1）安全性
座椅设计时首先要绝对保证驾乘者的安全，这就要求座椅要有足够的强度，在发生碰撞时，座椅就能够减轻事故对乘坐者造成的伤害，并能起到一定的保护作用。
（2）操纵方便
设计的座椅还需操纵方便，调整手柄和按钮的布置必须在驾乘者伸手能及的位置，并符合常人的习惯且操纵力量适中。
（3）乘坐舒适
设计的座椅必须能使乘客保持良好的坐姿，使其脊柱自然弯曲，保证合理的体压分布并使其肌肉松弛，血液循环正常；并具有腰椎依托感、腰背部贴和感和侧向稳定感。能有效隔离或衰减路面产生的振动，满足大多数驾乘者坐姿舒适性的要求。
（四）汽车座椅设计的基本依据
（1）靠背
靠背的设计主要指强度设计和造型设计，设计时应使靠背的高度、形状符合人体曲线，使背部肌肉处于放松状态，并能给背部、肩部有效可靠的支撑，使驾乘人员保持稳定的坐姿，还要有足够的侧背支撑，从而避免高速转弯时的横向滑动。设计时，靠背的高度和宽度一般分别为600 mm和480 mm。不同的靠背倾角会导致不同的椎间盘压力及背部肌肉负荷。当靠背倾角超过110°时，椎间盘压力显著减小，所以设计时应考虑合理的靠背倾角。为了提高舒适性，满足驾乘人员在休息时的需求，靠背倾角应为可调式，并且调整范围尽可能大。一般载重汽车为100°～115°，大客车为95°～135°，轿车为80°～170°。
（2）座垫
座垫设计主要是座垫深度和坐垫倾角的确定。座垫深度的设计原则是在充分利用靠背的情况下，使臀部得到合理支撑。人体在坐姿状态下，坐骨与小腿足部构成稳定的人体支撑。座垫深度过大时，造成人体躯干相对前移，腰部得不到良好的支撑，引起疲劳；座垫深度过小时，会因大腿得不到良好的支撑而感到不舒适：因此，座垫的深度应按臀部至大腿表面全长的3/4设计，一般取400～480mm。座垫的倾角应兼顾安全性和舒适性，一般为2～10°。
（3）头枕
头枕是为提高汽车乘坐舒适性和安全性而设置的一种辅助装置。头枕的主要作用是保障安全，一旦汽车发生追尾碰撞，颈椎会承受到很大的加速度而容易伤害。有了头枕的承托，可以减少头部自由移动的空间，降低对颈椎的冲击力，起到避免或减轻乘员颈部受伤的作用。按照国家标准，汽车座椅头枕属汽车整车强制认证检测项目之一，汽车前排座椅应装有头枕。头枕要起到保护颈椎的作用，正确的安装位置十分重要。头枕应该安装在至少与耳朵上缘平齐的地方，后脑与头枕之间的距离最好不要超过10 cm。目前VOLVO公司首先在S80型车上推出了一种称为WHIPS颈椎保护系统，由一个安全头枕和一个设计合理可有效而均匀地承受乘员身体运动的椅背支撑结构，以及位于椅背和坐垫连接处的内置式能量吸收机构组成，具有均匀的支撑功能。一旦发生追尾撞车事故，椅背与乘员一起向后移动，在稍微向后倾斜之前首先做平行运动。由于在椅背和坐垫之间的连接件上安装了可变形部件，从头枕、椅背到座垫连接成一体，给乘员的躯体有效支撑，从而进一步减轻碰撞力对乘员背部的冲击。
（4）座椅蒙皮
座椅蒙皮是包裹在座椅总成表面的一层材料，它直接与乘员接触，一方面对座椅泡沫有保护作用，同时又可直接体现设计者的设计意图。座椅蒙皮必须阻燃，其燃烧特性必须符合GB 8410-1994《汽车内饰材料的燃烧特性》要求。
（5） 泡沫软垫
目前座垫、靠背缓冲用软垫基本上是由软质聚氨酯泡沫塑料发泡而成，在汽车上应用较多的是高回弹软质聚氨酯泡沫塑料。考虑到座椅的舒适性和人体坐姿时的体压分布，需将泡沫软垫的密度设计为不同，即“软硬兼施”。
（6）座椅骨架
座椅骨架必须能够承受一定的载荷，通常所指的座椅强度其实就是座椅骨架的强度，它属于汽车整车强制认证检测项目之一，应符合GB15083-1994《汽车座椅系统强度要求及实验方法》的规定。靠背及座垫骨架的形状，应以能满足人体生理特征、给驾驶人员提供安全和有效支撑为目的进行设计。
四、结束语
伴随着汽车工业的进步和经济的高速发展，汽车已经越来越多的进入了寻常百姓家，汽车座椅作为直接与人体接触的部件，对汽车的安全性有着重要的影响。良好的座椅结构不仅能够提高驾乘舒适性，而且直接关系着乘员的安全。座椅的研究对于人体和驾驶安全都有着重要和关键的作用。虽然人们对于座椅的研究己经有很长的历史，但是设计的方法仍存在争议。目前计算机的使用深入到各行各业，汽车的车身实现了计算机的设计和加工，对于人体模型的研究也从以前的二维人体模型、三维模型逐渐转变为计算机三维数字模型。由计算机可以自动生成人体的几何模型。
参考文献：
[1]陈家瑞等，汽车构造（下册）[M]，机械工业出版社，2005年，第一版，p209-210， p384
[2]黄天泽、黄金陵，车身结构与设计[M]，机械工业出版社，1999年，第1版，p245-266
[3]刘建中、铃木近等，汽车乘坐舒适性主观评价模型的构筑，汽车技术[N]，1994.9
[4]肖艳荣，座椅舒适度与人体工程学，铁道车辆[J]，1997年，第五期，p32
[5]温吾凡，汽车人体工程学，吉林科学技术出版社[M]，1991年，第一版，p123
[6]邱少波，汽车座椅系统的安全性要求及评价，汽车技术[J]，1996年，第7期， p12-19
[7]姚为民、孙丹丹，汽车座椅系统安全性综述，汽车技术[J]，2002年，第8期，p5-8
[8]武一民、阎世竟，从安全性谈汽车座椅系统参数设计，汽车研究与开发[J]，1997第3期，p26-27