基于關鍵斷面因素的座椅舒適性研究與分析

馬曉蘭　潘楊玲　李偉　鄧夢蝶　李嵐

摘 要：座椅舒適性受消費者關注日益加強，是選車用車的重要參考指標。本文采用自然語言處理技術，基于互聯網社媒開放平臺數據，調研了三款中型SUV座椅尺寸舒適性方面的相關抱怨，并總結歸納為包裹性、腰部支撐、大腿支撐和背部支撐四項問題。綜合考慮人體工程學和座椅設計關鍵斷面，選取六處接觸位置做斷面并進行尺寸測量，借助實測數據，分析舒適性相關設計因素及優化方案，對造型、尺寸、位置關系等提出了參考建議。

關鍵詞：座椅舒適性 關鍵斷面 座椅設計 包裹性 支撐性

1 引言

汽車在當代家庭生活中的地位已不可取代，成為百姓日常出行必不可少的交通工具。隨著汽車技術的快速發展，消費者對車輛的關注越來越多地傾向于駕乘的舒適性。座椅舒適性與整椅尺寸、軟硬度水平、動態減振性、調節易用性等因素息息相關，用戶也可以從不同的角度對座椅進行感知評價。

目前，行業缺乏成熟的正向開發經驗，座椅市場抱怨及相關設計規避點研究尚不清晰。為此，本文基于三款中型SUV車型主駕座椅，分別進行舒適性問題調研、駕乘姿態分析、關鍵因素分解、斷面位置研究、斷面截取及尺寸分析、共性因素剖析，以此探索差異化個體對座椅舒適狀態感知的共性內容，向產品開發輸入正向的設計參考。

2 座椅舒適性問題調研

座椅舒適性通常受主觀和客觀兩方面影響，主觀舒適性通常采用調查法，客觀舒適性行業上大多借助體壓分布數值進行判別，對基礎設計要求的關注較少。

針對座椅的舒適性問題，本文基于互聯網社媒數據，進行了更大規模的UGC（User Generated Content， 用戶生成內容）調研。隨社群粉絲經濟發展，針對于某類/某款車型進行抱怨或投訴類的活躍話題會映射到產品問題，且數據不斷更新，具有極強的時效性。因此研究社群類的自發共享信息，分析其內容和結論，更有助于融入產品的設計、制造與營銷等環節。

經過對三款中型SUV論壇車主討論UGC調研，獲得的座椅尺寸舒適性相關問題分別為：（1）座椅包裹性不佳，轉彎時不能給予有效側翼支撐；（2）腰部支撐不足或位置不當，難以解決長時間駕駛腰部疲勞問題；（3）小身材駕乘者大腿前端有頂腿現象，座墊偏硬；（4）背部支撐欠缺，肩頸處易疲勞。

3 駕乘姿態分析

當人體長時間處于同一姿態下，身體肌肉和血液都可能處于收縮或循環受阻狀態，再加上當時的駕乘狀態影響，從心理和主觀上也會加劇疲勞感。對汽車座椅設計而言，首先會考慮人體布置，人體最舒適的坐姿是臀部稍離靠背向前移，上軀干略向后傾斜，保證脊柱呈自然的S形狀態，使臀部角、膝部角以及踝部角保持自然的角度。

一般來說，人體各坐姿角推薦值為：

A42≥100°，A44=95°～130°，A46=105°～145°[5]。基于對三款中型SUV車型主駕座椅的H點、踵點及人體姿態進行測量的數據，通過比較，三款車型軀干角相同，B車型角A42最大，且H30最高，因此乘員姿態更偏向于高式。相同軀干角情況下，A42越大，駕乘者腿部和座墊的干涉量越大，需預防座墊過硬及頂腿現象。

4 關鍵位置斷面選取

依據座椅設計規范，通常會采用斷面校核方法確認座椅輪廓面設計的合理性。針對前文提及的座椅包裹性、腰部支撐、大腿前端和背部支撐問題，可采用95%分位人體模型進行主駕校核，依此確定座椅關鍵位置，并進行斷面截取。

4.1 包裹性

座椅包裹性問題涉及景中和側翼的相對位置關系，若整椅外輪廓尺寸確定，景中寬度、側翼寬度、側翼角度（高度）是影響包裹性的主要因素。因人體感知包裹性的主要位置在背部中段和大腿中段，因此在模型中選擇H點向上沿軀干線300mm處作為背部中段測量位置S1，H點向前沿大腿線200mm處作為大腿中段測量位置S2，分別以兩處作關鍵斷面。

4.2 腰部支撐

因長時間伏案工作，若坐姿不良，極易造成腰部疾病，腰肌勞損、腰椎間盤突出等問題也逐漸年輕化。汽車座椅的腰部支撐舒適性問題涉及腰托位置和頂出量的合理匹配，合理的背部弧度可以有效保證脊柱腰椎處的S形曲線。

若腰部支撐位置偏上，腰椎部分承力較重，隨駕駛時長增加，很快就會疲勞；若腰部支撐位置偏下，移至骶骨區域，會抵抗S形下部，更加不利于緩解疲勞；頂出量偏大則會使背部上段過分緊貼座椅，手臂控制方向盤會帶動背部肌肉收縮，加速疲勞；頂出量不足則對腰背部缺乏支撐，上背部重力集中于腰椎，無法緩解疲勞。腰部支撐通常位于脊柱腰椎中段，因此在模型中選擇H點向上沿軀干線150mm處作為測量位置S3，過H點的Y0靠背斷面作為測量位置S4。

4.3 大腿支撐

造成腿部不適的座椅設計原因可能是對小體型用車人群座墊過長，座墊傾角偏大，或座墊過硬等。座墊過長，小體型用車人群小腿和座墊前端距離過緊，長時間的力平衡導致肌肉收縮疲累；座墊傾角偏大與座墊過硬，使得大腿退出點距離延長，產生硌腿感覺。大腿支撐問題可基于大腿線縱斷面進行研究，模型中選擇過H點的Y0座墊斷面作為測量位置S5。

4.4 背部支撐

駕駛過程中的背部支撐往往被忽略，但駕乘者長時間雙手持握方向盤，極易造成肩胛骨處疲勞，因處于上背部，駕駛中可小幅度活動來減輕不適感。因靠背與座墊角度可調，通常前排座椅大腿軀干線夾角A42≥100°時上軀干可略向后傾斜，可以使后背部盡量獲得座椅靠背的支撐。背部支撐問題集中于上背部，在模型中選擇H點向上沿軀干線450mm處作為測量位置S6，并輔助以Y0靠背縱斷面S4進行分析。

5 斷面截取及尺寸測量

依據上文研究內容，截取3款中型SUV車型主駕座椅的對應位置斷面，分別進行點標注及尺寸測量。

5.1 包裹性

斷面S1測量外輪廓寬度L1-1、景中寬度L1-2、側翼高度L1-3和側翼角度A1-4，計算側翼寬度L1-5。斷面S2同理，測量外輪廓寬度L2-1、景中寬度L2-2、側翼高度L2-3和側翼角度A2-4，計算側翼寬度L2-5，測量數據結果見表1。

5.2 腰部支撐

斷面S3測量外輪廓寬度L3-1、景中寬度L3-2、側翼高度L3-3和側翼角度A3-4，并輔助Y0斷面S4，測量腰部頂出最高處距離H點高度L4-1和腰部頂出量L4-2，測量數據結果見表2。

5.3 大腿支撐

斷面S5測量座墊長度L5-1、大腿離去點距離L5-2、座墊壓陷量L5-3和座墊角度A5-4，測量數據結果見表3。

5.4 背部支撐

斷面S6測量外輪廓寬度L6-1、景中寬度L6-2、側翼高度L6-3和側翼角度A6-4，并輔助Y0斷面S4，測量肩部頂出量L4-4及肩部退出點L4-5，測量數據結果見表4。

6 分析及優化

三款車型均為中型SUV，使用工況定義為城市越野，但車型定位及座椅設計略有不同。A車型座椅整體感覺更為寬大，因其彎曲豎條紋線形有一定的膨脹性，增強靠背寬厚的視覺效果，但座椅整體偏硬。B車型座椅視覺感很厚，靠背側翼較為明顯，座墊側翼臀部區域要高于腿部區域，整椅有軟泡棉層，坐感偏軟。C車型座椅較薄，造型偏運動，棱角分明，景中區域占比較大，側翼較窄，座入感偏硬。

結合上述測量結果，針對包裹性問題，B車型座椅背部包裹性較好，得益于背部較寬的側翼L1-5及大側翼角A1-4。C車型座椅因其造型設計風格，整椅總寬度窄，座墊景中L2-2保持較寬水平，側翼角A2-4很大，包裹感在較激烈的轉彎駕駛工況下，可給予單側腿部較多支撐。若定義翼中比為單側側翼寬度比景中寬度的結果，則針對包裹性，三款車型包裹性特性的結果分布如表5所示。整體來看，座墊翼中比偏小，給臀腿留下了較多的活動空間，背部包裹感相對要強。

針對腰部支撐問題，側翼角度在斷面S3位置處都大于S1處，平均值為45°。C車型座椅腰部支撐位置極低，僅高于H點22mm，無法對腰部提供支撐，若將腰部中心線定義為H點向上150mm處，則腰部支撐可位于中心線上下各75mm的區域內[5]。腰部壓陷量測量值差異不大，平均值為31.1mm。

針對大腿支撐問題，A車型座椅大腿離去點距離L5-2最小，大腿前側缺乏有效支撐，同比之下，B和C車型座椅的大腿前端支撐較好。因B車型坐姿角A42為100°，座墊角A5-4為18°，C車型坐姿角A42為96°，座墊角A5-4為24°，二者相抵，使得B和C車型座椅在座墊長度相差不大的情況下，離去點距離也差異不大。A座椅坐感偏硬，通過壓陷量L5-3也可以驗證，設計和制造工藝一致性匹配。

針對背部支撐問題，H點向上沿軀干線450mm處剛好位于假人上肩部，在斷面S6處僅有B座椅人體與椅面有小幅干涉，其他座椅均無接觸，通過退出點距離L4-5可知，均低于斷面。C座椅整體偏平，背部并沒有考慮基于人體曲線的特殊設計，因此其肩部頂出量距離很大，且退出點很低，舒適性差，可在運動風格下，適當保留一部分曲線弧度，以更好貼合人體。

7 結語

本文通過對三款中型SUV車型主駕座椅的調查研討，發現抱怨較多的問題集中于包裹性、腰部支撐、大腿支撐和背部支撐，通過人體工程學分析，找到影響位置并標定斷面，通過截取斷面并測量相關尺寸，分析其相關性，最終得到如下結論。

（1）包裹性受座椅設計風格影響較大，在造型之初就需要充分考慮，靠背翼中比要更大，座墊留給臀腿充分的活動空間。

（2）腰部需要給予腰椎區域足夠的支撐，可極大程度上減緩駕駛疲勞，位于腰部中心線上下各75mm的區域內建議配置可調節電動腰托。

（3）座墊需預防長度過量或不足引起的頂腿或無支撐現象，同時若壓陷量太小，椅面硬度會反之變大以達到較好的支撐效果，坐姿角和座墊角抵消關系也有助于調整大腿離去點位置。

（4）背部支撐問題需要受到重視，在保證頭后間隙舒適性的情況下，可設計曲線弧度，提供支撐來減輕肩部駕駛疲勞。

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