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某汽车座椅设计
摘要：近年来，汽车行业发展十分迅速，汽车在全球范围内的普及率持续增高。尤其是在我国，汽车销售量呈每年递增的趋势。汽车座椅是汽车的重要组成部分，同时也是人和汽车接触最多的零部件，它不仅影响驾驶员驾驶的舒适性，而且也影响着车辆内饰的风格、等级和豪华程度。因此，我国的汽车座椅行业作为汽车工业的重要配套行业，面临着巨大的机遇和挑战。
技术的发展要围绕人的需求来展开，产品和环境的实际要更好地适应和满足人类的各种需求，这种观点已逐渐在产品的实际生产者和消费者中形成共识。现代的工业设计师已经意识到产品是否能够被用户接受及被接受的程度不仅仅取决于产品的市场因素，而且越来越多的取决于产品的外观造型和人机工程学设计。
关键词：汽车座椅工艺；设计；人机工程
Abstract: In recent years, the automotive industry has developed rapidly, and the penetration rate of automobiles has continued to increase globally. Especially in China, auto sales were increasing every year. Car seats are an important part of the car, but also the most exposed parts of the car and the car, it not only affects the driver's driving comfort, but also affect the style of the vehicle interior, grade and luxury. Therefore, China's auto seat industry as an important industry supporting the automotive industry, faced with great opportunities and challenges.
The development of technology to focus on human needs to start, the actual product and the environment to better adapt and meet the various needs of mankind, this view has gradually in the product of the actual producers and consumers in the formation of consensus. Modern industrial designers have realized that the extent to which the product can be accepted and accepted by the user depends not only on the market factors of the product, but also on the appearance and ergonomics of the product.
Key words: car seat technology; design; ergonomics
1.汽车座椅概述
1.1汽车座椅的组成
以汽车驾驶员座椅为例，其主要由以下零部件组成:坐垫，骨架、靠背骨架、头枕、泡沫、面套、调角器、滑轨、调节机 滑轨，调节机构，塑料装饰件。汽车座椅的组成如图1所示[1]：
图1 汽车座椅组成
1.2座椅的分类
汽车座椅根据其使用位置可分为前排、中排、后排座椅。其中，前排座椅一般为驾驶员座椅和副驾驶员座椅，中排座椅一般分为单人独立座椅、双人连体座椅或4/6分座椅，后排座椅一般为三连体座椅或5/5分座椅[2]。
1.3与座椅相关的国家强制性法规
目前，我国与汽车座椅有关的国家强制性标准主要有:①汽车座椅、座椅固定装置及头枕强度要求和试验方法(GB15083-2006) ;②汽车座椅头枕强度要求和试验方法(GB11550-2009) ;③汽车安全带安装固定点(GB 14167-2006);④乘用车正面碰撞的乘员保护〔GB 11551-2003);⑤汽车侧面碰撞的乘员保护(GB 20071-2006);⑥机动车运行安全技术条件(GB 7258-2004)[3]。
2汽车座椅的设计现状
2.1汽车座椅的设计原则
目前，有很多因素都在一定程度上影响着汽车座椅的设计。比如:日益严格的环保法规及车辆安全法规、乘坐人员数量的变化、油价上涨、原材料价格的改变等，但是消费者的需求始终是影响汽车座椅设计的最大因素。消费者对汽车座椅的要求主要有安全性、舒适性、便捷性、环保性和配置的灵活多样性。 在这种情况下，设计人员在进行汽车座椅设计时应遵循以下几个原则[4]。
(1)产品安全。座椅作为安全部件，在被动保护中起决定性作用。首先，在发生事故时它要保证乘坐人员处在自身的生存空间之内，并防止其他车载体进入这个空间。其次，要使乘坐人员在事故发生过程中，保持一定的坐姿，以使其他的约束系统能充分发挥其保护效能。除具有防止事故发生的功能外，座椅还应具有在乘坐人员与其发生碰撞时，使乘坐人员的伤害减轻到最低的性能，即座椅能够吸收乘坐人员与之碰撞时产生的能量。座椅骨架结构的设计，调角器、滑轨等核心部件的选型都应在基于满足安全性条件的基础上进行[5]。
(2)舒适。合理的座椅设计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，使乘客上身通向大腿的血管不受压迫，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。能有效隔离或衰减汽车在行驶过程中产生的振动，满足大多数鸳乘者坐姿舒适的要求。汽车座椅设计应该充分考虑人体尺寸、人体重量和乘坐姿势等因素。座椅布置、造型外形尺寸、海绵泡沫的性能等都会影响座椅的舒适性[6]。
(3)操作便利。座椅还需操纵方便，调节手柄和按钮的布置必须在驾乘者伸手可及的位置，并符合常人的操作习惯且操纵力量适中。
(4)造型美观。座椅外观造型、面料颜色和质感要与整车造型协调一致，设计人员要充分考虑和分析驾乘人员在使用汽车过程中各感官知觉的需求。
(5)配置多样性。座椅配置多样性包括座椅功能的多样性(座椅前后调节、上下调节及腰部支撑调节、座椅可翻转、折叠等功能)及座椅形式多样性(后排座椅采用连体座椅或是独立座椅)等，最大限度地满足不同客户群的需求[7]。
2.2汽车座椅零部件设计工艺要求
2.2.1靠背
座椅靠背的设计主要指强度设计和造型设计，在确保强度要求的条件下，设计人员应使座椅靠背的高度、形状符合人体曲线，使驾乘人员背部肌肉处于放松状态，并能给其背部、肩部有效、可靠的支撑，使驾驶员保持稳定的坐姿，还要有足够的侧背支撑，从而避免高速转弯时的横向滑动。座椅靠背的高度和宽度一般分别为600 mm和500 mm ;人体在座椅靠背的最高接触点一般为450到500 mm;靠背侧翼支撑的高度一般为30到60 mm。靠背参考尺寸如图2所示[8]。
图2靠背参考尺寸
2.2.2座椅骨架
座椅强度通常是通过对座椅骨架的设计来实现的。通过骨架结构的设计和材料的选择使座椅能够承受一定的载荷，给驾驶员和乘客提供安全、有效的支撑。目前，汽车的座椅骨架一般由管材与饭金焊接而成，材料一般选用Q 23S，受力较大的连接板应选用强度更好的板材，如SAPH 440等，并且应设计加强筋以增加其强度[9]。
2.2.3泡沫
坐垫和靠背内使用的泡沫应能使驾乘人员对座椅产生直接触觉反馈，直接感知座椅的乘坐舒适性。不同的汽车类型和人群对座椅泡沫的软硬程度需求有所不同，设计人员在座椅设计开发初期应对车型和面对的客户群进行分析评估，制定合适的性能指标。目前，汽车座椅坐垫、靠背内使用的泡沫材料一般都是采用高回弹软质聚氨酷泡沫。
2.2.4面套
面套是包裹在座椅总成表面的材料，它直接与驾乘人员的身体接触，一方面对座椅泡沫有保护作用.同时又能直接体现出设计者的设计意图。座椅面料主要有真皮、织物面料和人造革。其中，织物面料以其合理的价格和良好的透气性能在汽车面套面料中的应用最为广泛。
2.2.5调校器，滑轨等调节机构
座椅的调节机构主要有调角器、滑轨等机构。这些调节机构既是固定座椅的关键部件，也起到了调节座椅前后或上下位置及调节靠背仰角等作用，可以把座椅调节到最适合个人使用的乘坐高度、倾斜度等位置，满足不同的体态和坐姿的乘客的乘坐要求。目前，由于这些核心部件结构比较复杂、精确程度要求较高，这些核心技术由专业的核心件生产厂家掌握。进行座椅设计时应根据车型的强度需要选用不同的产品类型，以实现座椅的功能及达到强度要求[10-12]。
2.2.6塑料装饰件
塑料装饰件在座椅总成中是用来遮挡外露的金属件，其外形、色彩和材料都必须与整车相协调，以提升座椅的感知质量。
2.3实际设计装配
长安CM9中排座椅设计
各种设备和工具设计对象在适合于人的使用方面，首先涉及适合人的形态和功能范围的额度，从人机工程学考虑尺寸，也就是人体静态尺寸和人体动态尺寸。
表1 人体基本尺寸
图3 舒适的坐姿关键角度
设计外观造型从抽象到具体的思路展开
第一阶段：满足座椅基本尺寸要求的座椅设计方案。
第二阶段：满足人体外型尺寸的座椅设计方案。
第三阶段：满足人体生理特性的生理曲线，满足不同人体尺寸变化的可调节方案。
图4基本模型
引用标准
GB 14167 汽车安全带安装固定点。
相关术语
1、调节装置
指调节座椅与车身的相对位置并使座椅锁止在调节位置的装置。这种装置一般包括纵向位置调节、垂直位置调节和角度调节功能。
2、限位装置
在折叠座椅，铰接式可翻转座椅上限制或调节座椅或靠背向前翻状的装置。
3、座椅质心
备有头枕装置的座椅，是指将头枕调到最高位置，座椅高度和角度处于设计基准位置时的座椅总成的质心；对座椅和靠背分开安装在车身上的座椅，则分别确定处于设计基准位置的坐垫和靠背的质心。
4、折叠座椅
靠背、坐垫铰接并可折叠在一起的座椅。
5、铰接式可翻转座椅
靠背和坐垫总成相对车身可翻转的座椅
强度要求
除M2、M3类车的乘客座椅外，每个成员座椅必须满足下列要求：
1、铰接式可翻转座椅、折叠座椅（包括靠背可调节座椅）必须装有自锁装置。调节装置和限位装置应便于操作。
2、通过座椅质心，分别沿水平向前和向后各施加相当于座椅总成重力20倍的力。座椅总成与车身本体不得分离。对可调式座椅、调节装置在实验中应能使座椅保持原调节位置，在试验后允许失去调节功能。座椅背面如果有效防止座椅后退的结构件时，施加上述向前负荷时必须同时按GB 14167中的规定对安全带的安装固定点施加相应的力。
对铰接式可翻转座椅，通过座椅总成质心，沿水平方向向前施加相当于座椅总成重力20倍的力；对折叠座椅（包括靠背可调节座椅），通过靠背的质心，沿水平方向向前施加相当于靠背重力20倍的力，限制装置不得自动松脱和损坏[13]。
3汽车座椅的发展趋势
随着汽车工业的高速发展，对汽车座椅的要求也越来越高。为了进一步提高座椅的舒适性及安全性，汽车生产企业及汽车零部件生产企业也在不断地加大对汽车座椅的研发力度，在座椅的新结构、新工艺、新材料的研发及应用领域下工夫。顺应汽车技术“绿色”和安全的发展潮流.轻量化、模块化，以及更注重安全性、环保型、舒适性，将会成为未来汽车座椅设计的发展趋势[14]。
3.1轻量化要求
鉴于汽车节能及降低汽车重量这一发展趋势，座椅的减重也被赋予重大意义。目前.已经有部分汽车及零配件生产厂家运用了各种高强度钢材及铝合金等材料代替原有材料，满足了座椅强度的要求，同时又能降低座椅重量。
3.2模块化
将各种标准化部件组合成独特的模块，形成不同的平台化结构。进行产品开发时，可以从一整套灵活机动的组合构件中有选择地组成座椅系统配置，不仅能减少投资，同时还能节省研发时间和成本。
3.3安全性
为了增强座椅的安全性，各种新技术也将越来越多地运用到座椅系统中，例如自适应主动头枕、带有被带或者安全带的靠背支撑系统，保护头部、躯体、臀的安全气囊等。
3.4舒适性
如今，座椅的舒适性不仅要让驾乘人员坐在座椅上时感到舒服，还应综合考虑驾乘人员的各种感官知觉(比如视觉、触觉、听觉和嗅觉)、心里感觉和功能性感觉(是否符合人际工程)等，这将在未来的座椅设计中变得越来越重要。电动座椅、腰托和按摩系统、座椅加热的通风装置、双密度的坐垫泡沫等技术的普及也将大大提升座椅的舒适性[15]。
3.5环保性
目前，在座椅的设计和开发过程更注重采用“绿色”和可再生环保材料，例如采用可再生的原材料生产发泡产品等。另外，轻量化的产品设计，即采用更少的材料也是提高产品环保性的一大举措。
4结束语
无论汽车的档次、价格高低，我们相信安全、舒适、美观的汽车座椅对于每一位消费者来说都是必不可少的。汽车座椅的设计也应面向消费者，从消费者的需求出发，不仅要强调安全性，而且要求其整体设计更加体现人性化，以满足并且超越消费者的期望。
参考文献
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[5]赵高林,张建平. CATIA参数化设计在汽车座椅设计中的应用[J]. 大众文艺,2011,22:88.
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[12]欧阳格,梁燕,徐天龙,彭宇玲. 基于solidworks的汽车座椅的参数化设计[J]. 科技风,2016,14:20.
[13] J. Abrahão, et al, Introdução à ergonomia: da prática à teoria, Blucher, São Paulo, 2009.
[14] J. Annett, Subjective rating scales: science or art?, Ergonom-ics 45, 14 (2002) 966–987.
[15] K. M. Black, A. Lis and M. Nordin, Association between sitting and occupation low back pain, Ação Ergonômica 1, 3 (2002) 73-86.
