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关于汽车座椅设计中的舒适和安全
浏览次数:330发布日期:2019-12-11

在所有的汽车设计中,设计师们都是先确定座椅的设计。准确点说,设计师们先考虑的是车内成员的坐姿。对于SUV车型来说,驾驶员的坐姿会更直立一些,位置也会更高;而对于轿车来说,驾驶员的坐姿会低很多,并且微微后仰;对于一些赛车(比如各级别的方程式),驾驶员其实是“躺”在车内的。之所以要先设计座椅,是因为确定了驾驶员的坐姿以后,才能根据人体的H点来设计座椅,包括位置、造型、薄厚、可调角度等等。也只有确定了坐姿之后,方向盘、踏板、中控台、车门等等这些位置才能够最终确定。要想设计一款舒适的座椅,光靠各种理念来支撑肯定不行,重要的是得知道具体的人体数据。一般来说,设计师们会利用人体百分比模板来做参考。也就是说,设计出来的座椅可以让百分之多少的人能够正常乘坐。这个听起来简单,给你们看张图就知道座椅设计的复杂了:

人体的脊柱是有自然S型弯曲的,也因此座椅靠背要设计成上半部分凹陷、下半部分突出的造型。一般来说,要想让人坐起来比较舒适,座椅要对胸上部、后背中部和上部以及腰椎的下部有着比较强的支撑才可以。

 

 

千万别以为座椅舒适度指的就是长时间乘坐不会累,实际上,座椅设计时要解决的另外一个问题就是应对加速度。对汽车来说,无论是急加速还是急转弯,其纵向或是横向的加速度基本可以达到0.7G、0.8G左右。因此,座椅除了要具备一定的侧向支撑,从而限制住驾驶员身体的来回移动,同时还要能够消除在合成加速度状态下车上成员的不适感。

一般座椅由表层材质、填充物、骨架、调节装置和车身连接件构成。虽然看似不是很复杂,但是由于座椅的使用频度极高,又和安全息息相关,因此每一部分在设计时都必须考虑到安全性及耐用度。所以座椅的研发周期很长,基本上跟整车是同步的。工程师告诉我,就表链式座椅而言,研发周期大概在2年左右。

座椅是重要的安全部件,其性能由骨架、材料、样式等因素综合决定。这些都是极为专业的内容,需要数据和开发经验的积累,也需要专业的实验验证设施和技术。

座椅除了舒适性和支撑,更重要的是安全。人给座椅一个压力,座椅就会给人一个反作用的支持力,这是我们在中学时学到的知识。因此,在正常驾驶状态时,座椅要能保证给驾驶者很好的支撑,同时靠合理的设计将支持力分散到身体的各处,保证长途驾驶的舒适性。而在特殊情况时,例如发生碰撞,座椅要通过结构设计保证车内成员的人身安全,这才是座椅结构设计的一大难点。

在1960年以前,主流的座椅内部支撑构造为卷线式弹簧,主要考虑到舒适性。但是,这种卷线式的弹簧的重量较大,并且很占空间,因此,设计师们研发出了S型弹簧,作为卷线式弹簧的替代。后来设计师们经过多次的试验后发现,如果将卷线式和S型弹簧一起使用,既能提高舒适性,又能保证足够的支撑,同时重量上也没增加太多,因此这种并用的设计开始出现在一些高档车型中。

座椅的体量比较大,也因此在设计时一定要考虑到轻量化,当然前提是不能丧失安全性。比较直观的方法是减少金属材质的运用,比如采用较薄较轻的材质,或是依靠打孔来减重,不过这需要进行大量的模拟分析计算,以确保座椅的安全性。

 

由于座椅是重要的安全部件,因此设计师们在设计时往往要将座椅、安全带和气囊作为一个系统综合考虑,这个系统叫做成员约束系统。听上去虽然简单,但实际上有N多试验要做,否则不能通过国家的法规及碰撞测试要求。

当出现来自后方的冲击时,人体会给座椅靠背一个向后的作用力,作用力的分布呈倒“T”字型,此时最大的压力点在于腰椎附近。因此,座椅工程师们对靠背内部的弹簧形式和分布做了改进,从而减轻在碰撞中座椅对身体的压力。

很多车型的坐垫会有一定的角度,满足舒适性的同时,也可以限制车内成员在追尾时不至于下体过度前移。目前有一种装置可以在发生追尾时将膝部的坐垫再度顶起,从而对下肢起到更强的限制滑动的作用。

有研究人员做过交通事故方面的调查,其中有30%的事故来自于追尾,而在追尾事故中,90%的人都会颈部受伤。这种伤害虽然不至于致死,可一旦颈部受伤,就需要比较长期的治疗,并可能会有一系列的并发症。而头枕的设计,就是为了防止颈部在追尾时受到伤害。

 

在头枕的设计过程中要进行鞭打试验,实际上就是模拟现实生活中的低速后碰情况。之所以叫做鞭打,是因为在巨大的冲击力下,由于惯性,头部会向后甩动,就像挥鞭子一样。如果没有对头部的合理支撑,就会导致颈椎受力过大而折断。

 

 

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