汽车座椅结构与设计刘洪杰[摘要]我国的汽车工业起步较晚，技术落后和缺乏自主研发能力等长期存在的问题仍未得到根本解决。
而汽车座椅是人与汽车直接接触的界面，人们驾驶汽车的舒适性主要与座椅有关。
随着科学技术的发展和生产力的提高，人们对工作生活休息质量的要求也不断提高，以前的那种从产品到人的设计模式已不能满足日益丰富的工业产品的生产以及广大消费者对工业品的期望。
这就要求产品设计者在设计产品的时候能充分将人的因素、产品使用的环境因素合理地、科学地运用其中，在设计中必须将人的因素贯穿在整个设计的始终。
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。
汽车是二十世纪最显著的人文标志之一，它改变了人们的生活方式以及对时空和价值的观念，为丰富人类社会的物质生活和精神文明作出了巨大贡献。
本文研究了人的坐姿舒适度及生理特征，研究了人与座椅的人机关系，在这一基础上，结合我国汽车座椅的实际和使用现状，找出现有汽车座椅的不足，以人机工程学、人体测量学、统计学、生理学和汽车设计等学科的理论为依据，对汽车座椅设计进行了综合研究[关键词]汽车座椅工艺设计人机工程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。
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)。
2汽车座椅的设计要点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。
(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。
(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。
(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。
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500mm ;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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
