人机工程学在微型汽车座椅舒适性设计上的应用

王岩

摘 要：座椅是汽车上的一个很重要的系统，人们在驾乘时接触最大面积的部件就是座椅，座椅也是所有内外饰系统中，占用成本最高，结构最复杂的一个系统。座椅设计的合理与否，会直接影响到驾乘人员对车辆品质好坏的判断。在同样成本的前提下，良好的设计可以提高驾乘人员的舒适性，不易产生疲劳。A00、A0级别车型的座椅的设计，相对于中大型乘用车，因其空间受限，有自己的特点。本文从人机工程学出发，探讨小型汽车的座椅，在舒适性设计上要注意的一些事项。

关键词：人机工程学;微型汽车;座椅;舒适性

0 前言

随着中国人民生活水平的提高，家用汽车也随之进入了千家万户。新能源汽车，尤其是小型新能源汽车因其环保，使用费用低，占地面积小方便停放，价格低廉等因素，也逐渐受到了消费者的青睐。汽车座椅的设计校核有法规校核、边界校核、布置及安装空间校核、进出方便性校核、舒适性校核、本文从人机工程学出发，针对小型新能源汽车，仅对座椅舒适性的设计校核进行探讨。

1 座椅设计和校核中人体的选用

小型新能源汽车座椅一般有前后两排座椅（四座），有些车型只有前排两个座椅，无后排座椅。鉴于中国人男性平均身高为170厘米左右，SAE-95%男性人体（身高188厘米）不适合该车型，因为身高188厘米的消费者一般不会考虑购买空间尺寸较小的A00级车。不建议用SAE-95%男性人体进行座椅的舒适性校核，可以选用SAE-50%男性人体进行设计和校核。同时需考虑SAE-5%女性人体的舒适性。后排座椅选用SAE-50%男性人体进行舒适性设计和校核。要求这三种人体躯干线调到25度，大腿与躯干线夹角（臀部角）调到大于等于100度。如因头部空間受限，座椅工程师可以要求总布置工程师在综合考虑的前提下，尽量满足座椅舒适性人体姿态要求。

2 前排滑轨行程和滑轨倾斜角的确定

带高度调节的前排座椅滑轨角度范围通常为0～2度，不带高度调节的前排座椅滑轨角度范围通常为2～7度。新能源A00级车型座椅一般不带高度调节，通常将滑轨角度定为6度即可。总布置工程师在确定座椅R点和滑轨倾斜角后，即可以着手进行滑轨行程的确定，在软件上把SAE-95%人体摆放到驾驶位置后，将R点随座椅数据装配到该人体胯点位置，该位置即为滑轨行程的最后位置，再将SAE-5%女性人体摆放到驾驶位置，将座椅R点随座椅数据装配到该人体胯点位置，以膝关节中心为中心，以膝关节中心到胯点的距离为半径，画一个圆弧，该圆弧即为SAE-5%女性假人胯点的轮廓线。最后位置胯点沿滑轨倾斜角向前滑，滑到SAE-5%女性人体胯点轮廓线相交，该交点与最后位置的95%男性人体胯点的连线尺寸，即为前排座椅滑轨的行程。详情请见下图1，A00级车型95%人体H点位置到5%女性人体H点距离一般为165mm，通常会把滑轨行程加长到200mm。

3 前排座垫

3.1 座椅高度（H点到人体脚后跟点Z向高度--H30值）

座椅高度和大腿支撑感密切相关，座椅太低，大腿接触不到座垫外表面，就像人体坐在一个低矮的小板凳上，只有臀部与小板凳接触，大腿是悬空的，容易完成疲劳，座垫太高，容易完成身材较小的乘客小腿悬空。座垫H点到脚后跟点的Z向距离（图2中的H30尺寸）定为330mm，座垫最前端圆角处的高度做到340mm腿部支撑感最好，太小大腿就会悬空。新能源小型车辆普遍存在大腿支撑不好的现象，如图2奇瑞小蚂蚁车型，前排座椅的腿部支撑感就不是很好。座椅工程师需向总布置工程师提出H30值要求，建议牺牲部分头部空间。如总布置工程师实在不能提供足够的H30值，建议尝试将座垫角加大。

3.2 座垫有效深度（座垫长度）

前排座垫有效深度（见图3），需要考虑5%女性人体大腿长度，座垫深度不能大于5%人体的大腿长度，否则座垫前端轮廓会顶住人体膝盖窝，造成压迫感;小型车辆座垫有效深度最大选值350mm，再大会导致5%女性膝盖窝有压迫感。

3.3 座垫角

座垫角是影响座椅舒适性的一个重要参数（见图3），座垫角的大小需要综合考虑座垫离去点到H点的距离（280-320mm）、座垫咬合线离去点到H点的距离（115-125mm）、座垫压陷量（20-35mm）的取值。座垫角对乘坐舒适性的影响很大：座垫角太大，会改善防下潜效果，但也会减少臀部角，增加腿部压力，降低舒适性;座垫角太小，则会降低防下潜效果，造成腿部支撑不足，使乘客容易感觉疲劳。A00级车座垫角可参考乘用车参数，范围控制在：12～16度。

3.4 座垫宽度和景中（insert区域）宽度

GB7258‐2017《机动车运行安全技术条件》对座垫的宽度和深度都有要求，要求单个座椅宽度不小于400mm，中大型乘用车前排座垫宽度范围通常在490～530mm区间，考虑到A00级车型尺寸较小，不能直接借鉴中大型乘用车的经验，需综合考虑座垫边界到副仪表板的距离（10mm），座垫前后调节范围内，边界到车门装饰板的距离（20mm）。还要考虑单个座垫相对于R点所在的纵向平面的对称性，A00级车辆前排座垫宽度通常做到440～480mm，极个别的车型做到500mm。座垫景中宽度要考虑骨盆中两个大转子的宽度，大转子宽度为280mm，考虑到前排驾乘人员乘坐时双腿岔开，因此，如下图4所示，座垫景中宽度后端可以做到290mm，前端可以渐变到320mm。

3.5 座垫压陷量

座垫压陷量（见图3）是一个从动尺寸，和发泡的密度、硬度、座垫倾斜角、座椅高度、座垫离去点到H点距离、座垫咬合线到H点距离都有关系。该尺寸选值幅度较大，一般为20～60mm，该尺寸需要反复实车评审，不断的调整发泡硬度，直至大多数人满意为止，一般把硬度调整到140N+-20N。A00级车型的座垫压陷量可以做到20-35mm。

3.6 座垫侧翼尺寸

第一，座垫侧翼宽度：座垫最大宽度减去景中宽度除以二，即为单侧侧翼宽度，不同宽度的座垫，侧翼宽度也不一样。第二，座垫侧翼高度：侧翼宽度的经验值为35～45mm，尽量取上限值，这样车辆在转弯时，侧翼可以较好的包裹住驾乘人员。第三，座垫侧翼角度：侧翼角度的经验值为大于等于45度。

3.7 座垫离去点到H点距离

这个尺寸对大腿支撑感很重要，需综合考虑座垫最前端高度、座垫压陷量、座垫咬合线离去点到H点距离、座垫角取值，如图6所示，座垫离去点到H点距离通常取值L=280-320mm。

3.8 座垫咬合线离去点到H点距离（biteline）

座垫咬合线离去点到H点距离取值范围为：115-125mm。

3.9 人体到座垫骨架的距离（MTM肉到铁）

为避免乘坐时触碰到硬物造成不舒适感，人体压陷座垫的区域，不允许有金属骨架存在，该区域由假人的腿部和臀部轮廓像下偏移50mm，考虑成本需要，A00级车型座椅偏移量可以做到30mm。

4 前排座椅靠背

4.1 靠背高度

前排靠背高度需要考虑满足对身材高大的乘员背部有效支撑，同时兼顾足够的后视野，靠背高度通常推荐值为：570mm≤M≤610mm，见图8所示。

4.2 靠背压陷量

靠背压陷量考量的是靠背中心线处的人体压陷靠背的尺寸，一般取值30mm。

4.3 靠背离去点到H点距离

靠背离去点到H点距离又叫靠背有效长度，反应的是人体躯干与靠背接触的长度，如图8一般取值M=460mm～480mm。

4.4 靠背咬合线离去点到H点距离（biteline）

靠背咬合线离去点到H点的距离如图8取值N=50mm。

4.5 靠背侧翼尺寸

（1）靠背侧翼宽度。靠背侧翼宽度和座垫侧翼宽度一样，需要计算，靠背总宽度减去景中宽度即为两侧侧翼的总宽度。

（2）靠背侧翼高度。靠背侧翼高度一般取值比座垫侧翼稍大，一般侧翼高度做到60-80mm。

靠背侧翼角度与座垫侧翼角度一致，推荐≥45度。

（3）靠背宽度&靠背景中宽度。靠背宽度通常和座垫宽度一致，靠背景中宽度通常长和座垫净重宽度一致。

4.6 人体到靠背骨架的距離（MTM肉到铁）

为避免硬物与人体接触，必须使靠背骨架与假人保持距离，该距离推荐值为不小于35mm，微型车考虑成本需要，可以做到25mm。

5 后排座椅

后排座垫和前排座垫的舒适性设计类似，高度、深度、有效深度、座垫角、景中宽度、离去点、咬合线离去点、都可以参考前排座椅设计方法，需要注意的是，后排人体臀部角较小，可能满足不了座垫离去点到H点的距离要求，该尺寸可以做适当的牺牲。另外，GB7258‐2017《机动车运行安全技术条件》规定每个座垫的深度要不小于400mm，每单个座垫的长度不小于400mm，后排双人座座垫宽度要大雨800mm，深度要大于等于400mm。

6 典型横向截面

以H点为基准，分别在座垫和靠背上截取的横向截面，如图9所示，座垫上的典型截面与座垫线垂直，通常有3个截面，即0截面（过H点），125截面（H点向前125mm），250截面（H点向前250mm）。靠背上的横向截面与躯干线垂直，通常有4各截面，即0截面（过H点），35截面（H点向上35mm），175截面（H点向上175mm），350截面（H点向上350mm）。座垫最宽处和侧翼最高处，均在座垫125截面发生。靠背最宽处和侧翼最高处，均在靠背175截面发生。