有關(guān)動(dòng)態(tài)舒適性的汽車座椅系統(tǒng)的研究

王超

摘 要：隨著人們生活質(zhì)量的提高，對(duì)汽車的需求量也隨之增加。提高汽車座椅的舒適性是車企增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要途徑，同時(shí)還可以提高駕駛的安全性，因此對(duì)汽車座椅動(dòng)態(tài)舒適性的研究就顯得極為重要。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)舒適性；汽車座椅；安全性

汽車座椅在汽車使用中有著如下重要作用：（1）給駕駛員和乘客有力支撐。通過(guò)為人體提供合宜的體壓分布，座椅能夠充分保證汽車行駛中駕駛員和乘客的平衡和穩(wěn)定。（2）固定駕駛員位置。良好的視野，便捷的掛檔、剎車等操作是平穩(wěn)駕駛的重要前提，座椅能夠固定駕駛員的位置，加上安全帶，能夠保障駕駛員舒適地駕駛汽車。（3）保證駕駛員和乘客安全。舒適的座椅能夠降低駕駛員的疲勞度，減少事故的發(fā)生，即便出現(xiàn)意外，座椅也能減輕對(duì)人員的傷害。簡(jiǎn)而言之，汽車座椅能夠在規(guī)定的條件下，保障駕駛員和乘客的舒適度，并且能夠保障安全駕駛，減輕意外傷害。

1 影響座椅動(dòng)態(tài)舒適性的因素及評(píng)估方法

1.1 椅墊的體壓分布

根據(jù)人體形態(tài)學(xué)可知，人在坐立時(shí)，坐骨結(jié)節(jié)處是人體受力最主要部位；而大腿下有著大動(dòng)脈分布，不宜承重。因此，設(shè)計(jì)的座椅壓力分布應(yīng)該是不均勻的，在坐骨結(jié)節(jié)處應(yīng)該更加舒軟，用于緩解久坐的疲勞。

1.2 汽車車體的振動(dòng)

當(dāng)汽車行駛在凹凸不平的路面時(shí)，車輛會(huì)顛簸振動(dòng)，同時(shí)汽車本身也有著機(jī)械振動(dòng)，這樣駕駛員將受到縱向、橫向以及垂直方向的振動(dòng)，甚至還有圍繞這三個(gè)方向的角振動(dòng)。在這些振動(dòng)中，垂直振動(dòng)和橫向振動(dòng)對(duì)人的影響最大，會(huì)引起暈車等不良反應(yīng)。研究表明，人體對(duì)4～8Hz頻率的振動(dòng)最為敏感，人體在經(jīng)受這些振動(dòng)時(shí)，輕則產(chǎn)生疲勞，乏困反應(yīng)；重則產(chǎn)生頭暈惡心以至嘔吐反應(yīng)。因此，研究如何能夠減輕4～8Hz頻率段的振動(dòng)是提高座椅舒適度的重要方面。[1]

1.3 汽車座椅動(dòng)態(tài)舒適性的評(píng)估方法

吸收功率法，即用人體振動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)部吸收的平均能量來(lái)衡量人體的舒適性。單一不舒適性指數(shù)法，這個(gè)方法是NASA最先使用的，是將汽車行駛中，五個(gè)方向的振動(dòng)幅度和車內(nèi)噪聲加以監(jiān)控，將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，輸入經(jīng)驗(yàn)公式，從而得到不舒適指數(shù)。

2 國(guó)內(nèi)外對(duì)座椅舒適性的研究

2.1 國(guó)外對(duì)汽車座椅舒適性的研究

早在上世紀(jì)40年代，就有國(guó)外學(xué)者對(duì)汽車座椅舒適性進(jìn)行研究；到了60年代，隨機(jī)振動(dòng)理論興起，借助這個(gè)理論，對(duì)汽車行駛中的振動(dòng)也進(jìn)行了更深入研究，找到了對(duì)人體影響最大的振動(dòng)。在理論研究的同時(shí)，國(guó)外學(xué)者也不斷地改進(jìn)座椅設(shè)計(jì)，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)。例如，人-椅系統(tǒng)的傳遞特性、不同姿態(tài)下人體振動(dòng)模型等，這些實(shí)驗(yàn)、模型都取得了不錯(cuò)的成果。直到90年代，有企業(yè)成功研制出了空氣懸掛式座椅，這極大地改善了載貨汽車和大客車駕駛員的駕駛體驗(yàn)。并且逐漸成為汽車座椅動(dòng)態(tài)舒適性研究的一個(gè)新方向，吸引著研究者前仆后繼。目前以美國(guó)ROHO為首的研發(fā)機(jī)構(gòu)，已經(jīng)研制出了充氣坐墊椅，這一革新技術(shù)，極大改善了駕駛體驗(yàn)，也越來(lái)越被汽車生產(chǎn)廠家重視。

2.2 我國(guó)對(duì)汽車動(dòng)態(tài)座椅舒適性的研究

我國(guó)在這一塊研究起步較晚，與世界前沿有著明顯的差距。上世紀(jì)80年代，計(jì)算機(jī)在我國(guó)開(kāi)始普及，極大地提高了汽車座椅動(dòng)態(tài)參數(shù)的建模，優(yōu)化分析能力，各大車企產(chǎn)出了豐富的研究成果。例如，洛陽(yáng)拖拉機(jī)研究院成功改造了礦業(yè)車和拖拉機(jī)的座椅，設(shè)計(jì)出了剪式懸掛座椅，大大緩解了車輛顛簸對(duì)駕駛員的影響。不過(guò)，總的說(shuō)來(lái)，我國(guó)汽車座椅動(dòng)態(tài)舒適性的研究還是比較落后，歸納原因，有以下幾點(diǎn)。（1）研究方法不夠先進(jìn)。由于我國(guó)起步晚，加之國(guó)外對(duì)最前沿技術(shù)的壟斷封鎖，我國(guó)研究人員缺少必要的理論支撐，自主創(chuàng)新能力又不足。座椅減振是一項(xiàng)綜合技術(shù)，涉及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，機(jī)械振動(dòng)等，而我國(guó)在這些方面的研究也跟不上，所以，我國(guó)汽車座椅舒適性研究只能緩慢進(jìn)行。（2）監(jiān)管層面不夠重視。在我國(guó)，座椅舒適度沒(méi)有硬性要求，不作為出廠檢測(cè)的強(qiáng)制指標(biāo)，所以大多數(shù)企業(yè)不夠重視，抱著能生產(chǎn)銷售就可以的態(tài)度，低標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。未來(lái)隨著客戶追求的提升，可能會(huì)倒逼企業(yè)加強(qiáng)對(duì)座椅舒適度的研究。

3 改善汽車座椅動(dòng)態(tài)舒適性的新技術(shù)

3.1 充氣坐墊

該革新產(chǎn)品是由美國(guó)ROHO集團(tuán)研制，能夠很好地提高駕駛舒適性。坐墊為48*48厘米的正方形，厚度為5厘米，總重量為1公斤；[2]該坐墊使用的材質(zhì)是氯丁橡膠，有很好的耐磨和抗擠壓性；為了克服駕駛員坐立時(shí)身體浸入坐墊內(nèi)，當(dāng)駕駛員坐滿坐墊時(shí)，坐墊會(huì)調(diào)節(jié)位置，使駕駛員和座椅之間的距離保持在1厘米左右。

3.2 充氣坐墊原理簡(jiǎn)介

充氣坐墊各單元是相通的，空氣能在彼此之間相互流動(dòng)。當(dāng)駕駛員挪動(dòng)時(shí)，坐墊的外形會(huì)隨之變化，保證了體壓的均衡。因此，充氣坐墊內(nèi)部的一個(gè)個(gè)充氣單元就相當(dāng)于傳統(tǒng)坐墊中的減震器，其阻尼系數(shù)由充氣單元所受壓力、尺寸以及單元之間空氣交換速率決定。[3]坐墊內(nèi)相鄰的充氣單元結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的模型來(lái)說(shuō)明，即每個(gè)充氣單元四周封閉，單元之間空氣的流動(dòng)是依靠底部的通道。

3.3 充氣坐墊的優(yōu)勢(shì)

坐墊采用的是ROHO公司特有的擬合技術(shù)，合理的體壓設(shè)計(jì)，能夠幫助駕駛員調(diào)節(jié)臀部血液循環(huán)，減少疲勞感，避免長(zhǎng)期駕駛帶來(lái)的麻木感，整體上提高了駕駛的舒適感。還可以緩沖車輛行駛途中，碰撞、振動(dòng)對(duì)人體帶來(lái)的不適。充氣坐墊能夠幫助駕駛員糾正坐姿，減輕后背的疲勞感。從物理學(xué)角度來(lái)看，由于各充氣單元的聯(lián)通，空氣的自由流動(dòng)，坐墊在承受不同壓力時(shí)，能夠自我調(diào)整坐墊內(nèi)每個(gè)單元的形狀，增大受力面積，降低人體受力壓強(qiáng)。柔韌的氯丁橡膠外膜和極易形變的內(nèi)充空氣，能夠徹底擺脫傳統(tǒng)泡沫坐墊使用久后硬化的弊端。且充氣坐墊的制作成本較低，能夠很快地得到推廣。

4 結(jié)束語(yǔ)

如上文所述，汽車座椅的動(dòng)態(tài)舒適性是汽車駕駛體驗(yàn)的重要組成部分，也是消費(fèi)者購(gòu)買欲望的重要參考指標(biāo)。提高座椅的舒適性不僅是迎合消費(fèi)者心理的需要，更是保障駕駛員生命安全的需要，還是汽車企業(yè)提高核心競(jìng)爭(zhēng)力的需要。因此，國(guó)內(nèi)企業(yè)要緊跟技術(shù)革新的步伐，參與競(jìng)爭(zhēng)，投入必要的研發(fā)力量，加強(qiáng)同世界先進(jìn)機(jī)構(gòu)的合作，生產(chǎn)更加安全，更加貼近消費(fèi)者需求的座椅，這樣在面對(duì)日益增大的中國(guó)汽車消費(fèi)市場(chǎng)才能不失良機(jī)，跨越發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]崔志磊，蘇東，王金娥.汽車座椅電動(dòng)滑軌舒適性測(cè)試系統(tǒng)的研究[J].蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，4：15-17+45.

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[3]李彥晶，張亞萍，尹新權(quán).基于人機(jī)工程的汽車駕駛座椅舒適性設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2014，5：28-30.