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摘 要：在汽车人机工程学中，通过汽车座椅体压分布检测，研究影响体压分布的若干汽车座椅结构因素，在汽车座椅结构设计过程中，关注这些影响体压分布的设计要点，优化结构使人与座椅接触界面的压力分布变化均匀平缓，提高乘坐舒适性。
关键词：汽车座椅；体压分布；舒适性
中图分类号：U463.83 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2015）02-0023-05
Abstract： According to the principle of ergonomics and the results of body pressure distribution tests， factors of seat structure which affect the body pressure distribution are studied. In the process of seat designing， more attention shall be paid to those influencing factors， so as to optimize seat structure， make body pressure well-distributed in the man-machine interface and improve ride comfort.
Key Words： vehicle seat； body pressure distribution； seating comfort
1 前言
随着汽车的普及，人机工程研究在汽车领域的重要性越来越高，并且应用范围越来越广。汽车设计是否符合人机工程的要求，这不仅关系到有效利用车内空间、提高乘用舒适性、提高效率，而且会影响整车内外造型和尺寸参数，进而影响整车性能和市场竞争力。因此进行汽车人机界面设计方法的研究已成为人机工程学研究的一个重要课题。
汽车座椅作为内饰的重要组成部分，不仅体现在安全、造型方面，它的主要功能是支撑驾驶员和乘员的重量，衰减或缓和车身地板传来的振动和冲击，给乘员一个舒适安全的乘坐环境和良好便捷的操纵条件。
汽车座椅的设计制造要满足良好的静态特性：即座椅的尺寸和形状应该满足人体的舒适坐姿，良好的体压分布，良好的触感，并能调节不同位置和尺寸以满足人们的舒适性和操作方便性及良好的视野[1]。座椅良好的静态性能是汽车人机接触界面研究的重要组成部分，也是体现舒适性的最直观指标，客观评价静态性能的主要试验手段之一是做座椅的体压分布试验。
2 舒适性评价方法
针对座椅舒适性测试，由于每一个座椅针对每个乘员的感受都是不同的，可以将座椅舒适性评价方法划分为主观评价和客观评价。
主观评价主要的目的是模拟成员乘坐在座椅上的时间跨度以确认座椅随着时间跨度对乘员所带来的各种支撑效果。主观评价需要有资质的专业主观评价人员来评价，或者需要数量较多的随机样本进行评价后统计结果。
客观评价是基于舒适性研究的不断深入及新手段的使用，利用人机工程学原理分析人体感受能力的差别，同时得出有关座椅的客观评价方法[2]。
在汽车座椅设计领域，常用的评价静态舒适性的方法主要有两种：一是断面分析评价法，这种方法是在理论人机布置状态下，即人体和座椅之间的匹配处于设计状态的条件下，通过一系列规定好的空间平面对人体和座椅零部件进行剖切，得出断面，测量断面中人体与座椅泡沫、骨架、装饰件等配合的尺寸，例如压陷量、MTM（人体到刚性骨架距离）值等，再通过比较舒适性校核推荐值或推荐范围，来判断座椅是否舒适；另一种是体压分布试验评价，即通过人体（或假人）坐在座椅上时，人体重量分布在坐垫和靠背上而产生的压力情况的分析，来评价舒适性。其中，断面分析评价法用于座椅设计过程中，体压分布测量法用于座椅已有工装模具样件的情况，从试验中可验证前期结构设计是否合理，是否满足舒适性要求。
在汽车座椅舒适性评价领域内，体压分布试验（压力场测绘）被广泛认为是最合适的工具。
3 座椅结构设计中影响体压分布的若干因素
体压分布试验作为一种分析手段，对于汽车座椅结构设计、舒适性评价有重要的意义。通过研究体压分布图，总结出影响体压分布的若干因素，在座椅结构设计过程中关注这些设计要点，优化座椅结构使人与座椅接触界面的压力分布变化均匀平缓，就能提高乘坐舒适性。
体压分布的评价标准是：以坐骨节处承受的压力最大，同时以坐骨节处为中心向四周不断减少，直到坐垫前端和大腿接触处趋于最低值，并且没有突变的压力峰值出现，左右两边的压力应对称[3]。
当人体的理论坐姿确定后，体压分布特性很大程度上取决于座椅的外型面（即STO）及其刚度，这是最基础的影响体压分布的因素，当座垫和靠背与人体放松状态下的臀部、腿部、肩背部、腰部的曲线相符合，乘员入座后座椅的表面形状与体压分布能使肌肉处于放松状态，并能支撑到腰椎部位，不会因血液循环不良而引起肢体麻木和疲劳。STO确定后，影响体压分布的结构因素，主要有以下方面：
3.1 坐垫支撑
坐垫泡沫覆盖于坐垫支撑上，支撑将泡沫撑起并使整个坐垫具有刚性，实现承载人体的功能。坐垫框架上表面结构与承载人体相关，对体压分布起到重要的作用。
在坐垫框架的钣金结构设计满足舒适性要求的MTM值后，要重点关注臀部的减振结构，如坐垫钢丝等。钢丝设计位置不合理或结构不合理，会造成臀部受力局部出现峰值，且范围集中不规则。如图1所示，由于坐垫钢丝结构设计中，局部与臀部的MTM值接近，在压力分布图中，可明显识别出钢丝所在的位置出现了压力峰值的“条形”区域，这将使乘员在乘坐时臀部与钢丝接近的部位感到支撑力大，长时间乘坐影响血液循环和神经传导[4]，必将造成乘坐不适。因此针对此座椅需要重新校核假人臀部的MTM值，控制在合理的推荐范围内，或尽量采用簧架或坐盆的结构，来消除此处的“条形”峰值区域。 3.2 坐垫护套固定结构（码钉等）
坐垫护套固定码钉的作用是将坐垫护套与泡沫固定在一起，使面套与泡沫形状相匹配。固定码钉需要与预先嵌入泡沫的钢丝配合使用，才能拉紧面套，使面套舒展的贴合在泡沫上。
如果固定码钉在面套设计时位置不合理、或制造中装配有误，则会造成臀部在固定码钉的点出现压力集中，对人体造成不适，如图2中标记方块的区域所示。造成这种情况的原因一般是：护套总成上是否有较硬的区域，如不合理的型条缝制位置或不合理的缝纫接口处；由于泡沫槽深度不足造成的码钉全部埋在泡沫中。可通过护套设计避免硬性区域、合理设计泡沫槽深、采用成本更高的刺毛条固定护套结构等来消除这种压力集中的情况。
3.3 坐垫防下潜支架
在刹车或前撞过程中，乘客有向前向下滑的趋势，有可能由保险带底下滑出，这种现象就叫下潜。防下潜的目的就是阻止乘客在刹车或前撞过程中向前运动，这是靠坐垫骨架上的防下潜支架来实现此功能的。
防下潜支架的设计要通过试验来验证滑移角度，再通过滑移角度设计合理的支架角度。如果防下潜支架角度设计不合理，则会对大腿的支撑压力产生很大影响：如果给予的支撑小，则臀部承担人体重量较大，大腿处支撑不足，易疲劳；如果给予支撑太强，则大腿容易产生不适的生理现象。
如图3所示，从臀部至大腿处压力值并未均匀降低，在大腿靠前部位处压力值较大，即防下潜支架角度过于垂直或与大腿之间的MTM值较大造成，需重新调整设计尺寸避免大腿受压力过大。
3.4 安全带扣
安全带扣经常安装于坐垫骨架侧面，带扣本身、带扣与坐垫连接部位的支架都对人体产生变化较急剧的压力分布。
如图4所示，方框中所示的带扣安装点支架对臀部侧面造成了压力峰值，经检查，由于此安装支架到人体的距离比较接近，基本接近舒适性推荐范围的下限，造成了此处的缺陷。为了保证臀部舒适性，需重新校核此处安全带固定点MTM值，在满足操纵的前提下向外侧调整安全带位置。
3.5 调角器护板
座椅作为汽车内饰的重要组成部分，塑料装饰件应用于调角器外侧遮挡内部的金属机构。塑料装饰件的设计经常完全覆盖座椅左、右两侧，紧贴座椅面套，如果塑料装饰件位置靠近人体臀部，或阻碍坐垫泡沫在乘坐时正常的变形，则会对体压分布造成影响。
如图5方框内所示，左侧的调角器饰板对臀部侧面形成了压力，但压力较小，属合理范围。
3.6 坐垫是否均匀、对称、无倾斜
如果坐垫设计或装配过程中出现不均匀、不对称、倾斜的情况，则压力分布一定会出现臀部一边受力大、另一边受力小的情况，影响人体血液循环和神经传导而使人体感到不适。
3.7 靠背钢丝
靠背钢丝起到支撑靠背泡沫的作用，它同坐垫钢丝一样，如果与人体的距离过近，会造成人体背部明显感到较大的压力，且压力部位集中成条形，使乘员感到不适。如图6所示，经检查分析，压力较大的条形区域正是靠背钢丝的位置。与坐垫钢丝的布置一样，也需要重新校核假人背部的MTM值，控制在合理的推荐范围内，来消除此处的峰值区域。
3.8 靠背护套固定结构（码钉等）
同坐垫护套固定码钉一样，如果固定码钉在靠背面套设计时位置不合理，背压分布就会出现压力集中，对人体造成不适。
3.9 靠背上的其它功能件
由于汽车座椅是最接触人体的零部件，其它功能性的零件也会集成于座椅上，如肩部安全带导向装置、肩部喇叭等等，这些功能性的零件及其安装结构，会造成体压发布的不均匀。如图7所示，肩部出现的明显的压力增大，是集成于座椅上的安全带吊环安装支架与人体的距离较近所导致的。
3.10 靠背是否均匀、对称、无倾斜
同坐垫一样，如果靠背设计或装配过程中出现不均匀、不对称、倾斜的情况，则会明显出现体压分布不均匀，背部一边受力大、另一边受力小的情况，影响人体血液循环和神经传导而使人体感到不适。如图8所示，靠背左右两侧明显受力不均匀，人体乘坐后背部左边支撑明显，右边支撑较弱，乘员为保证正面乘坐姿势，则腰背部肌肉未处于松弛状态，背部血液循环受到影响，长时间一定会感到疲劳[5]。
上述汽车座椅结构设计中，影响体压分布的要点贯穿于座椅结构设计的整个过程，因此想要达到良好的体压分布结果，就需要在这些零部件的结构设计中不仅关注功能、工艺、成本，也要关注影响舒适性的设计要素，为整椅达成优良的静态舒适性提供基础保证。
4 总结
本文通过研究多款汽车座椅结构及其体压分布试验结果，总结了对异常体压分布产生影响的若干结构因素。在座椅结构设计过程中，关注这些影响体压分布的设计要点，优化结构，使人与座椅接触界面的压力分布变化均匀平缓，能提高乘坐舒适性，获得优异的感知质量，提高整椅乃至整车的商品竞争力。
参考文献：
[1]罗卫东，李鹏，邱望标.基于人机工程的汽车座椅设计[D]. 贵阳：贵州大学，2008：59～60.
[2]曹渡.汽车内外饰设计与实战[M].北京：机械工业出版社，2011：303～305.
[3]张鄂等.汽车人机接触界面体压分布的实验与评价研究[J]. 西安：西安交通大学学报，2007，41 （5）： 538～542.
[4]张昆，韩印.汽车座椅设计与人机工程[J]. 昆明：云南大学学报，1997，13（1）：68～69.
[5]任金东.汽车人机工程学[M]. 北京：北京大学出版社，2010：242～243.
关键词：汽车座椅；体压分布；舒适性
中图分类号：U463.83 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2015）02-0023-05
Abstract： According to the principle of ergonomics and the results of body pressure distribution tests， factors of seat structure which affect the body pressure distribution are studied. In the process of seat designing， more attention shall be paid to those influencing factors， so as to optimize seat structure， make body pressure well-distributed in the man-machine interface and improve ride comfort.
Key Words： vehicle seat； body pressure distribution； seating comfort
1 前言
随着汽车的普及，人机工程研究在汽车领域的重要性越来越高，并且应用范围越来越广。汽车设计是否符合人机工程的要求，这不仅关系到有效利用车内空间、提高乘用舒适性、提高效率，而且会影响整车内外造型和尺寸参数，进而影响整车性能和市场竞争力。因此进行汽车人机界面设计方法的研究已成为人机工程学研究的一个重要课题。
汽车座椅作为内饰的重要组成部分，不仅体现在安全、造型方面，它的主要功能是支撑驾驶员和乘员的重量，衰减或缓和车身地板传来的振动和冲击，给乘员一个舒适安全的乘坐环境和良好便捷的操纵条件。
汽车座椅的设计制造要满足良好的静态特性：即座椅的尺寸和形状应该满足人体的舒适坐姿，良好的体压分布，良好的触感，并能调节不同位置和尺寸以满足人们的舒适性和操作方便性及良好的视野[1]。座椅良好的静态性能是汽车人机接触界面研究的重要组成部分，也是体现舒适性的最直观指标，客观评价静态性能的主要试验手段之一是做座椅的体压分布试验。
2 舒适性评价方法
针对座椅舒适性测试，由于每一个座椅针对每个乘员的感受都是不同的，可以将座椅舒适性评价方法划分为主观评价和客观评价。
主观评价主要的目的是模拟成员乘坐在座椅上的时间跨度以确认座椅随着时间跨度对乘员所带来的各种支撑效果。主观评价需要有资质的专业主观评价人员来评价，或者需要数量较多的随机样本进行评价后统计结果。
客观评价是基于舒适性研究的不断深入及新手段的使用，利用人机工程学原理分析人体感受能力的差别，同时得出有关座椅的客观评价方法[2]。
在汽车座椅设计领域，常用的评价静态舒适性的方法主要有两种：一是断面分析评价法，这种方法是在理论人机布置状态下，即人体和座椅之间的匹配处于设计状态的条件下，通过一系列规定好的空间平面对人体和座椅零部件进行剖切，得出断面，测量断面中人体与座椅泡沫、骨架、装饰件等配合的尺寸，例如压陷量、MTM（人体到刚性骨架距离）值等，再通过比较舒适性校核推荐值或推荐范围，来判断座椅是否舒适；另一种是体压分布试验评价，即通过人体（或假人）坐在座椅上时，人体重量分布在坐垫和靠背上而产生的压力情况的分析，来评价舒适性。其中，断面分析评价法用于座椅设计过程中，体压分布测量法用于座椅已有工装模具样件的情况，从试验中可验证前期结构设计是否合理，是否满足舒适性要求。
在汽车座椅舒适性评价领域内，体压分布试验（压力场测绘）被广泛认为是最合适的工具。
3 座椅结构设计中影响体压分布的若干因素
体压分布试验作为一种分析手段，对于汽车座椅结构设计、舒适性评价有重要的意义。通过研究体压分布图，总结出影响体压分布的若干因素，在座椅结构设计过程中关注这些设计要点，优化座椅结构使人与座椅接触界面的压力分布变化均匀平缓，就能提高乘坐舒适性。
体压分布的评价标准是：以坐骨节处承受的压力最大，同时以坐骨节处为中心向四周不断减少，直到坐垫前端和大腿接触处趋于最低值，并且没有突变的压力峰值出现，左右两边的压力应对称[3]。
当人体的理论坐姿确定后，体压分布特性很大程度上取决于座椅的外型面（即STO）及其刚度，这是最基础的影响体压分布的因素，当座垫和靠背与人体放松状态下的臀部、腿部、肩背部、腰部的曲线相符合，乘员入座后座椅的表面形状与体压分布能使肌肉处于放松状态，并能支撑到腰椎部位，不会因血液循环不良而引起肢体麻木和疲劳。STO确定后，影响体压分布的结构因素，主要有以下方面：
3.1 坐垫支撑
坐垫泡沫覆盖于坐垫支撑上，支撑将泡沫撑起并使整个坐垫具有刚性，实现承载人体的功能。坐垫框架上表面结构与承载人体相关，对体压分布起到重要的作用。
在坐垫框架的钣金结构设计满足舒适性要求的MTM值后，要重点关注臀部的减振结构，如坐垫钢丝等。钢丝设计位置不合理或结构不合理，会造成臀部受力局部出现峰值，且范围集中不规则。如图1所示，由于坐垫钢丝结构设计中，局部与臀部的MTM值接近，在压力分布图中，可明显识别出钢丝所在的位置出现了压力峰值的“条形”区域，这将使乘员在乘坐时臀部与钢丝接近的部位感到支撑力大，长时间乘坐影响血液循环和神经传导[4]，必将造成乘坐不适。因此针对此座椅需要重新校核假人臀部的MTM值，控制在合理的推荐范围内，或尽量采用簧架或坐盆的结构，来消除此处的“条形”峰值区域。 3.2 坐垫护套固定结构（码钉等）
坐垫护套固定码钉的作用是将坐垫护套与泡沫固定在一起，使面套与泡沫形状相匹配。固定码钉需要与预先嵌入泡沫的钢丝配合使用，才能拉紧面套，使面套舒展的贴合在泡沫上。
如果固定码钉在面套设计时位置不合理、或制造中装配有误，则会造成臀部在固定码钉的点出现压力集中，对人体造成不适，如图2中标记方块的区域所示。造成这种情况的原因一般是：护套总成上是否有较硬的区域，如不合理的型条缝制位置或不合理的缝纫接口处；由于泡沫槽深度不足造成的码钉全部埋在泡沫中。可通过护套设计避免硬性区域、合理设计泡沫槽深、采用成本更高的刺毛条固定护套结构等来消除这种压力集中的情况。
3.3 坐垫防下潜支架
在刹车或前撞过程中，乘客有向前向下滑的趋势，有可能由保险带底下滑出，这种现象就叫下潜。防下潜的目的就是阻止乘客在刹车或前撞过程中向前运动，这是靠坐垫骨架上的防下潜支架来实现此功能的。
防下潜支架的设计要通过试验来验证滑移角度，再通过滑移角度设计合理的支架角度。如果防下潜支架角度设计不合理，则会对大腿的支撑压力产生很大影响：如果给予的支撑小，则臀部承担人体重量较大，大腿处支撑不足，易疲劳；如果给予支撑太强，则大腿容易产生不适的生理现象。
如图3所示，从臀部至大腿处压力值并未均匀降低，在大腿靠前部位处压力值较大，即防下潜支架角度过于垂直或与大腿之间的MTM值较大造成，需重新调整设计尺寸避免大腿受压力过大。
3.4 安全带扣
安全带扣经常安装于坐垫骨架侧面，带扣本身、带扣与坐垫连接部位的支架都对人体产生变化较急剧的压力分布。
如图4所示，方框中所示的带扣安装点支架对臀部侧面造成了压力峰值，经检查，由于此安装支架到人体的距离比较接近，基本接近舒适性推荐范围的下限，造成了此处的缺陷。为了保证臀部舒适性，需重新校核此处安全带固定点MTM值，在满足操纵的前提下向外侧调整安全带位置。
3.5 调角器护板
座椅作为汽车内饰的重要组成部分，塑料装饰件应用于调角器外侧遮挡内部的金属机构。塑料装饰件的设计经常完全覆盖座椅左、右两侧，紧贴座椅面套，如果塑料装饰件位置靠近人体臀部，或阻碍坐垫泡沫在乘坐时正常的变形，则会对体压分布造成影响。
如图5方框内所示，左侧的调角器饰板对臀部侧面形成了压力，但压力较小，属合理范围。
3.6 坐垫是否均匀、对称、无倾斜
如果坐垫设计或装配过程中出现不均匀、不对称、倾斜的情况，则压力分布一定会出现臀部一边受力大、另一边受力小的情况，影响人体血液循环和神经传导而使人体感到不适。
3.7 靠背钢丝
靠背钢丝起到支撑靠背泡沫的作用，它同坐垫钢丝一样，如果与人体的距离过近，会造成人体背部明显感到较大的压力，且压力部位集中成条形，使乘员感到不适。如图6所示，经检查分析，压力较大的条形区域正是靠背钢丝的位置。与坐垫钢丝的布置一样，也需要重新校核假人背部的MTM值，控制在合理的推荐范围内，来消除此处的峰值区域。
3.8 靠背护套固定结构（码钉等）
同坐垫护套固定码钉一样，如果固定码钉在靠背面套设计时位置不合理，背压分布就会出现压力集中，对人体造成不适。
3.9 靠背上的其它功能件
由于汽车座椅是最接触人体的零部件，其它功能性的零件也会集成于座椅上，如肩部安全带导向装置、肩部喇叭等等，这些功能性的零件及其安装结构，会造成体压发布的不均匀。如图7所示，肩部出现的明显的压力增大，是集成于座椅上的安全带吊环安装支架与人体的距离较近所导致的。
3.10 靠背是否均匀、对称、无倾斜
同坐垫一样，如果靠背设计或装配过程中出现不均匀、不对称、倾斜的情况，则会明显出现体压分布不均匀，背部一边受力大、另一边受力小的情况，影响人体血液循环和神经传导而使人体感到不适。如图8所示，靠背左右两侧明显受力不均匀，人体乘坐后背部左边支撑明显，右边支撑较弱，乘员为保证正面乘坐姿势，则腰背部肌肉未处于松弛状态，背部血液循环受到影响，长时间一定会感到疲劳[5]。
上述汽车座椅结构设计中，影响体压分布的要点贯穿于座椅结构设计的整个过程，因此想要达到良好的体压分布结果，就需要在这些零部件的结构设计中不仅关注功能、工艺、成本，也要关注影响舒适性的设计要素，为整椅达成优良的静态舒适性提供基础保证。
4 总结
本文通过研究多款汽车座椅结构及其体压分布试验结果，总结了对异常体压分布产生影响的若干结构因素。在座椅结构设计过程中，关注这些影响体压分布的设计要点，优化结构，使人与座椅接触界面的压力分布变化均匀平缓，能提高乘坐舒适性，获得优异的感知质量，提高整椅乃至整车的商品竞争力。
参考文献：
[1]罗卫东，李鹏，邱望标.基于人机工程的汽车座椅设计[D]. 贵阳：贵州大学，2008：59～60.
[2]曹渡.汽车内外饰设计与实战[M].北京：机械工业出版社，2011：303～305.
[3]张鄂等.汽车人机接触界面体压分布的实验与评价研究[J]. 西安：西安交通大学学报，2007，41 （5）： 538～542.
[4]张昆，韩印.汽车座椅设计与人机工程[J]. 昆明：云南大学学报，1997，13（1）：68～69.
[5]任金东.汽车人机工程学[M]. 北京：北京大学出版社，2010：242～243.