汽车座椅舒适性设计要求的探讨
盛先志侯辉
（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥230601）
【摘要】本文阐述了座椅舒适性的设计原则；其次，从尺寸、结构和软性材料三个方面说明对汽车座椅舒适性的影响，并提出相应的设计要求，为汽车座椅设计者提供参考。
【关键词】汽车座椅；舒适性；
设计要求
0引言
随着家用汽车的普及化，汽车消费的日趋成熟，消费者对汽车产品的要求也越来越高，由座椅的功能和安全性要求逐渐转变为座椅的舒适性及档次感要求。因此，各大汽车制造商在开发阶段对座椅的舒适性设计也越来越重视。
1座椅设计原则
1）要把人的坐姿和座椅的样式尺寸联系起来；2）座椅的尺寸应适宜于就座者的人体尺寸；
3）座椅要适于就座者保持不同姿势的需要和调节坐姿的需要；4）靠背的结构和形状要尽量减少就座者背部和脊柱的疲劳；
5）座椅上应配有适当质地的坐垫以改善臀部及背部的体压分布；6）人的躯干重量应有坐骨、臀部及脊椎支撑；7）上身应保持稳定；
8）座椅高度应不使大腿肌肉受压。
２座椅设计要求
本文将从座椅尺寸参数、结构及材料方面对座椅舒适性设计进行
探讨。
２．１座椅尺寸参数要求２．１．１座椅高度
建议座垫前端应至少比人体膝窝高度低约50mm ，而且使膝窝感受不出压迫感，座垫前端要有平滑的弧面。当座椅前部有足够的空间，可以使腿部向前方舒适地伸展时，这种姿势对腿部而言是一种较佳的松弛方式，而且也有助于身体稳定。汽车座椅的高度根据车型区别推荐值会有所不同。２．１．２座椅宽度
座椅宽度应满足臀部就座所需要的尺寸，使人能自由的调整坐姿。单人座椅的座宽一般为400mm ～500mm 。对于排列成行的多人座椅，座椅宽度应能保证人能自由活动，其座宽则应以两肘间的距离为基准，如此人体才不致有压迫感。因此，坐椅座宽宜为450mm ～530mm ，530mm 的座椅宽度能满足95%人体的需求。2.1.3座椅深度
座椅深度是指座面的前后距离。如果座椅深度尺寸值超过身材较小者的大腿长，即臀部至膝窝距离，座面前缘将压迫到膝窝的压力敏感部位，使坐者人体为使躯干达到靠背的支撑面而改变腰部曲线，或向前滑坐，导致骶椎与腰椎无靠背支撑而呈不良坐姿。因此，其座深可取身材较矮小者人体测量值作为设计依据。身材高大者，其惟一的不利因素在于其双膝略微露出座面前端而已，只要设定的座高使双腿能平放在地面上，就不致于在大腿底部引起压力疲劳。因此，座椅深度一般为450mm 左右。2.1.4座垫倾角
座垫倾角是坐垫表面与水平线的夹角。座垫后倾有两种作用，首先由于重心力，躯干会向靠背后移，使背部有所支撑，降低背部肌肉的静态肌力，其次在长期的坐姿下，座垫后倾以防止臀部逐渐滑出座面。一般的坐垫倾角在14°～20°之间。2.1.5靠背高度与宽度
靠背高度和宽度主要与人体肩部的高度及肩宽有关。靠背高度是沿假人躯干线方向测量，从H 点量到椅背上端。椅背高度推荐值是625mm ，为了给较高乘客提供好的肩部支撑，椅背高度最小值应不低于610mm 。靠背的宽度推荐值400mm ～520mm ，一般与坐垫宽度基本一致。
2.1.6靠背角度
12科技视界Science &Technology Vision
然而靠背的线性尺寸值只是靠背设计的一部分，靠背的功能主要是维持一种避免疲劳的松弛式脊柱姿势，因此其形状和角度才是最重要的。舒适的靠背必须提供正确的腰部曲度，使脊柱处于自然均衡状态（见图1）由于无靠背或不正确的背部以致产生脊柱后凸的姿势9使两椎骨间产生过度的压力，图1（b ）具有正确的腰部支撑形成的脊柱前弯姿势，是一种合乎自然的姿势。这种姿势可由两种座椅设计条件获得:一种是考虑面与背之间的角度；另一种是必须正确地支撑腰椎部位。腰部支撑的位置位于从H 点沿躯干线方向向上135mm ～150mm 区域内（见图2）。
（a ）脊椎后凸式（b ）脊椎前弯式
图1坐姿时腰椎和尾椎解剖图
图2腰托位置示意图
从人体脊柱形状而言，靠背角度在25°较为合适，接近自然的腰部形状。汽车座椅靠背角一般18°～27°，通常座高越低靠背角越大。
jones [3]用一种能调节高度的汽车座椅，让坐者以不同的坐姿研究了姿势与舒适的关系。经过研究，他建议最佳的靠背角度是18°。2. ２座椅结构
为保证座椅乘坐舒适，防止乘坐时硬物挤压人体造成不舒适的感觉，设计座椅是需要保证人体与靠背骨架的最小距离≥35mm ，人体与坐垫骨架的最小距离≥40mm 。
座椅板金或者硬件与接触的发泡B 面都需要有镀层、消音垫或相关工艺来消除噪音和异响。（下转第11页）
１００
Ｒ１［－（９０°－Ｂ′）］=０sin Ｂ′－ｃｏｓＢ′
０ｃｏｓＢ′sin Ｂ′则
t
关系。
（4）
驻ｘ驻ｘ驻ｙ=R 驻ｙ驻ｚ驻ｚ
驻ｘ
=RTb 驻ｙ
驻ｚt
b
（5）
故M ′点在地心固定直角坐标系中的直角坐标（x ′，y ′，z ′），即：
z ′=［Ｎ（１－ｅ）＋ｈ′］ｓｉｎＢ′
经纬仪所在位置M 点在地心固定直角坐标系中的直角坐标（ｘ，ｙ，ｚ）可求出：
ｘｘ′驻ｘｙ=ｙ′+驻ｙｚｚ′驻ｚ
姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨
x ′=（Ｎ＋ｈ′）ｃｏｓＢ′ｃｏｓＬ′y ′=（Ｎ＋ｈ′）ｃｏｓＢ′sin Ｌ′
２
（6）
图4
方位角误差驻A 随驻x b 、驻y b 的变化关系
L =arctg y
u=arctgbz （１＋ｅ′b ／x +y＋ｚ）
a 姨x +y
ｚ＋ｅ′b ｓｉｎｕ
2
３
2
（7）
仿真结果看出，方位角误差受驻x b 、驻y b 的影响较大，方位角误差在100″～350″内。说明GPS 与经纬仪安装位置不同会导致大地方位角解算精度下降。故一方面，在保证GPS 正常使用的情况下，安装时可以考虑GPS 天线靠近经纬仪安装；另一方面，需要利用误差修正模型，将GPS 接收的舰位信息归化到经纬仪处，保证方位角解算精度。
最后得出经纬仪所在位置M 点的大地坐标（L ，B ，h ）
３
（8）
结语
Ｂ＝arctg
姨x
+y－ｅａｃｏｓｕ
2３
ｈ=姨x +yｃｏｓＢ＋ｚｓｉｎＢ－ａ姨１－ｅｓｉｎＢ
２仿真与分析
舰艇真航向测量一般在三级海况以下进行。为了模拟舰船在海上的航行环境，作如下假设：假设在风浪洋流的影响下，舰艇纵摇角、横摇角的摇摆变化规律用下述模型简化描述：
从前面的理论分析及仿真结果中，可以得出以下结论：
1）利用已知的GPS 和电子经纬仪的相对位置，通过计算仿真可以看出，GPS 与经纬仪安装位置不同会导致大地方位角解算精度下降，方位角误差在100″～350″内；
2）由位置不重合引起的方位角误差需要利用误差修正模型，将GPS 接收的舰位信息归化到经纬仪处，保证方位角解算精度；
3）在保证
GPS 能够正常工作的前提下，安装时使GPS 接收机天线尽量靠近经纬仪。S
【参考文献】
［１］孔祥元, 郭际明, 刘宗泉. 大地测量学基础[M].武汉:武汉大学出版社,2008.
［２］尤焜, 林宇. 基于多数据融合技术求解舰船航向真值[J].兵器试验,2012,3:32-
P=Pm sin （２πｔ／ＴＰ＋ψＰ）＋Ｐ０Ｒ＝Ｒｍｓｉｎ（２πｔ／ＴＲ＋ψＲ）＋Ｒ０
（9）
式（9）中P m 、Ｒｍ分别为舰艇的纵摇角、横摇角变化的最大幅值；ＴＰ、
35.
［３］祁立学, 张萍, 杨玲. 地心直角坐标到大地坐标常用转换算法的分析与比较[J].战术导弹技术,2006(１):37-41.
［４］王解先, 刘慧芹, 唐立军. 不同站心地平坐标系下的坐标归算[J].工程勘察,
ＴＲ分别为摇摆周期；ψＰ、ψＲ分别为纵摇、横摇的初始相位角；Ｐ０、Ｒ０分别为舰艇的初始姿态角。仿真时纵摇角最大幅值取3°，摇摆周期为15s ，初始相位和初始姿态角均为零；横摇角最大幅值取3°，摇摆周期为10s ，初始相位为270°，初始姿态角为零。
利用舰位信息和岸标位置信息通过高斯投影法计算得到的方位角为A ′。GPS 的舰位信息归化到经纬仪处后，利用经纬仪位置信息与岸标位置信息通过高斯投影法计算得到的方位角为A ，方位角因GPS 与经纬仪安装位置不重合产生的误差则为驻A =A ′-A 。
甲板坐标系下，GPS 天线中心相对经纬仪旋转镜中心在甲板面上的偏移量驻x b 取值为-10m 至10m ，驻y b 取值为-70m 至-50m ，舰艇距岸标的距离通常在15km 以内。通过仿真得到方位角误差和驻x b 、驻y b 的
2005,5:58-60.
［５］王有朝. 对舰艇纵横摇坐标变换的讨论[J].现代雷达,2001,3:27-30.［６］杨丹, 赵海滨.MATLAB 从入门到精通[M].北京:中国铁道出版社,2013.
［７］张志远, 罗国富. 舰船姿态坐标变换及稳定补偿分析[J].舰船科学技术,2009,1(4):34-40.
［８］李恒德. 在舰船处于浮态情况下进行作战系统对准[J].舰船工程研究,2000,69:15-18.
［责任编辑：王静］
（上接第12页）2. ３座椅软性材料
座椅软性材料主要指发泡及蒙皮（面套）。2.3.1发泡
座垫密度推荐值：60+5kg/m3，靠背密度推荐值：50+5kg/m3。发泡的硬度与发泡的形状和厚度有关，对发泡硬度无特别规定。一般来讲，座椅发泡的硬度是通过路试确定下来的，路试时可以提供几种不同发泡硬度的座椅供评估。硬度的公差需要关注，同时还要关注不同悬挂系统和面套对硬度感的影响。对要求较高的座椅还可以采用双硬度发泡。
2.3.2面套
面套的选择对座椅舒适性有直接的影响，面套对舒适性的影响主要有以下几方面：
1）材料是织物还是皮能够影响座椅横向支撑；2）材料的多少直接影响座椅的外观；
3）材料及其附件能够影响面套的耐久性，从而影响汽车的舒适性；
4）材料类型影响乘客热量方面的舒适性；
5）如果吊紧位置距离人体太近将直接影响乘客的舒适性；6）面套的张紧度和复合层的材料会影响H 点的位置。
３结语
本文在遵循设计原则的前提下，从座椅尺寸参数、结构及材料三个方面对座椅舒适性进行探讨，提出座椅舒适性设计要点及参数数据，为座椅设计者提供参考。S
【参考文献】
［１］刘伟，袁修干. 人机交互设计与评价[J].北京：科学出版社，2008：147-256．［２］王云祥，吕衡发，张书琴. 人体解剖学[M].长春：吉林科学技术出版社，2001：
40-41.
［３］Kr oe mer K H E~Kroe mer H B~Kroe mer “El bert K E . Er gonomics ”How to Design for Ease and Effici ency[M].Newjersey ：Prentice Hall,2000：99-135.
［责任编辑：陈双芹］
Science &Technology Vision 科技视界11
汽车座椅舒适性设计要求的探讨
盛先志侯辉
（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥230601）
【摘要】本文阐述了座椅舒适性的设计原则；其次，从尺寸、结构和软性材料三个方面说明对汽车座椅舒适性的影响，并提出相应的设计要求，为汽车座椅设计者提供参考。
【关键词】汽车座椅；舒适性；
设计要求
0引言
随着家用汽车的普及化，汽车消费的日趋成熟，消费者对汽车产品的要求也越来越高，由座椅的功能和安全性要求逐渐转变为座椅的舒适性及档次感要求。因此，各大汽车制造商在开发阶段对座椅的舒适性设计也越来越重视。
1座椅设计原则
1）要把人的坐姿和座椅的样式尺寸联系起来；2）座椅的尺寸应适宜于就座者的人体尺寸；
3）座椅要适于就座者保持不同姿势的需要和调节坐姿的需要；4）靠背的结构和形状要尽量减少就座者背部和脊柱的疲劳；
5）座椅上应配有适当质地的坐垫以改善臀部及背部的体压分布；6）人的躯干重量应有坐骨、臀部及脊椎支撑；7）上身应保持稳定；
8）座椅高度应不使大腿肌肉受压。
２座椅设计要求
本文将从座椅尺寸参数、结构及材料方面对座椅舒适性设计进行
探讨。
２．１座椅尺寸参数要求２．１．１座椅高度
建议座垫前端应至少比人体膝窝高度低约50mm ，而且使膝窝感受不出压迫感，座垫前端要有平滑的弧面。当座椅前部有足够的空间，可以使腿部向前方舒适地伸展时，这种姿势对腿部而言是一种较佳的松弛方式，而且也有助于身体稳定。汽车座椅的高度根据车型区别推荐值会有所不同。２．１．２座椅宽度
座椅宽度应满足臀部就座所需要的尺寸，使人能自由的调整坐姿。单人座椅的座宽一般为400mm ～500mm 。对于排列成行的多人座椅，座椅宽度应能保证人能自由活动，其座宽则应以两肘间的距离为基准，如此人体才不致有压迫感。因此，坐椅座宽宜为450mm ～530mm ，530mm 的座椅宽度能满足95%人体的需求。2.1.3座椅深度
座椅深度是指座面的前后距离。如果座椅深度尺寸值超过身材较小者的大腿长，即臀部至膝窝距离，座面前缘将压迫到膝窝的压力敏感部位，使坐者人体为使躯干达到靠背的支撑面而改变腰部曲线，或向前滑坐，导致骶椎与腰椎无靠背支撑而呈不良坐姿。因此，其座深可取身材较矮小者人体测量值作为设计依据。身材高大者，其惟一的不利因素在于其双膝略微露出座面前端而已，只要设定的座高使双腿能平放在地面上，就不致于在大腿底部引起压力疲劳。因此，座椅深度一般为450mm 左右。2.1.4座垫倾角
座垫倾角是坐垫表面与水平线的夹角。座垫后倾有两种作用，首先由于重心力，躯干会向靠背后移，使背部有所支撑，降低背部肌肉的静态肌力，其次在长期的坐姿下，座垫后倾以防止臀部逐渐滑出座面。一般的坐垫倾角在14°～20°之间。2.1.5靠背高度与宽度
靠背高度和宽度主要与人体肩部的高度及肩宽有关。靠背高度是沿假人躯干线方向测量，从H 点量到椅背上端。椅背高度推荐值是625mm ，为了给较高乘客提供好的肩部支撑，椅背高度最小值应不低于610mm 。靠背的宽度推荐值400mm ～520mm ，一般与坐垫宽度基本一致。
2.1.6靠背角度
12科技视界Science &Technology Vision
然而靠背的线性尺寸值只是靠背设计的一部分，靠背的功能主要是维持一种避免疲劳的松弛式脊柱姿势，因此其形状和角度才是最重要的。舒适的靠背必须提供正确的腰部曲度，使脊柱处于自然均衡状态（见图1）由于无靠背或不正确的背部以致产生脊柱后凸的姿势9使两椎骨间产生过度的压力，图1（b ）具有正确的腰部支撑形成的脊柱前弯姿势，是一种合乎自然的姿势。这种姿势可由两种座椅设计条件获得:一种是考虑面与背之间的角度；另一种是必须正确地支撑腰椎部位。腰部支撑的位置位于从H 点沿躯干线方向向上135mm ～150mm 区域内（见图2）。
（a ）脊椎后凸式（b ）脊椎前弯式
图1坐姿时腰椎和尾椎解剖图
图2腰托位置示意图
从人体脊柱形状而言，靠背角度在25°较为合适，接近自然的腰部形状。汽车座椅靠背角一般18°～27°，通常座高越低靠背角越大。
jones [3]用一种能调节高度的汽车座椅，让坐者以不同的坐姿研究了姿势与舒适的关系。经过研究，他建议最佳的靠背角度是18°。2. ２座椅结构
为保证座椅乘坐舒适，防止乘坐时硬物挤压人体造成不舒适的感觉，设计座椅是需要保证人体与靠背骨架的最小距离≥35mm ，人体与坐垫骨架的最小距离≥40mm 。
座椅板金或者硬件与接触的发泡B 面都需要有镀层、消音垫或相关工艺来消除噪音和异响。（下转第11页）
１００
Ｒ１［－（９０°－Ｂ′）］=０sin Ｂ′－ｃｏｓＢ′
０ｃｏｓＢ′sin Ｂ′则
t
关系。
（4）
驻ｘ驻ｘ驻ｙ=R 驻ｙ驻ｚ驻ｚ
驻ｘ
=RTb 驻ｙ
驻ｚt
b
（5）
故M ′点在地心固定直角坐标系中的直角坐标（x ′，y ′，z ′），即：
z ′=［Ｎ（１－ｅ）＋ｈ′］ｓｉｎＢ′
经纬仪所在位置M 点在地心固定直角坐标系中的直角坐标（ｘ，ｙ，ｚ）可求出：
ｘｘ′驻ｘｙ=ｙ′+驻ｙｚｚ′驻ｚ
姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨姨
x ′=（Ｎ＋ｈ′）ｃｏｓＢ′ｃｏｓＬ′y ′=（Ｎ＋ｈ′）ｃｏｓＢ′sin Ｌ′
２
（6）
图4
方位角误差驻A 随驻x b 、驻y b 的变化关系
L =arctg y
u=arctgbz （１＋ｅ′b ／x +y＋ｚ）
a 姨x +y
ｚ＋ｅ′b ｓｉｎｕ
2
３
2
（7）
仿真结果看出，方位角误差受驻x b 、驻y b 的影响较大，方位角误差在100″～350″内。说明GPS 与经纬仪安装位置不同会导致大地方位角解算精度下降。故一方面，在保证GPS 正常使用的情况下，安装时可以考虑GPS 天线靠近经纬仪安装；另一方面，需要利用误差修正模型，将GPS 接收的舰位信息归化到经纬仪处，保证方位角解算精度。
最后得出经纬仪所在位置M 点的大地坐标（L ，B ，h ）
３
（8）
结语
Ｂ＝arctg
姨x
+y－ｅａｃｏｓｕ
2３
ｈ=姨x +yｃｏｓＢ＋ｚｓｉｎＢ－ａ姨１－ｅｓｉｎＢ
２仿真与分析
舰艇真航向测量一般在三级海况以下进行。为了模拟舰船在海上的航行环境，作如下假设：假设在风浪洋流的影响下，舰艇纵摇角、横摇角的摇摆变化规律用下述模型简化描述：
从前面的理论分析及仿真结果中，可以得出以下结论：
1）利用已知的GPS 和电子经纬仪的相对位置，通过计算仿真可以看出，GPS 与经纬仪安装位置不同会导致大地方位角解算精度下降，方位角误差在100″～350″内；
2）由位置不重合引起的方位角误差需要利用误差修正模型，将GPS 接收的舰位信息归化到经纬仪处，保证方位角解算精度；
3）在保证
GPS 能够正常工作的前提下，安装时使GPS 接收机天线尽量靠近经纬仪。S
【参考文献】
［１］孔祥元, 郭际明, 刘宗泉. 大地测量学基础[M].武汉:武汉大学出版社,2008.
［２］尤焜, 林宇. 基于多数据融合技术求解舰船航向真值[J].兵器试验,2012,3:32-
P=Pm sin （２πｔ／ＴＰ＋ψＰ）＋Ｐ０Ｒ＝Ｒｍｓｉｎ（２πｔ／ＴＲ＋ψＲ）＋Ｒ０
（9）
式（9）中P m 、Ｒｍ分别为舰艇的纵摇角、横摇角变化的最大幅值；ＴＰ、
35.
［３］祁立学, 张萍, 杨玲. 地心直角坐标到大地坐标常用转换算法的分析与比较[J].战术导弹技术,2006(１):37-41.
［４］王解先, 刘慧芹, 唐立军. 不同站心地平坐标系下的坐标归算[J].工程勘察,
ＴＲ分别为摇摆周期；ψＰ、ψＲ分别为纵摇、横摇的初始相位角；Ｐ０、Ｒ０分别为舰艇的初始姿态角。仿真时纵摇角最大幅值取3°，摇摆周期为15s ，初始相位和初始姿态角均为零；横摇角最大幅值取3°，摇摆周期为10s ，初始相位为270°，初始姿态角为零。
利用舰位信息和岸标位置信息通过高斯投影法计算得到的方位角为A ′。GPS 的舰位信息归化到经纬仪处后，利用经纬仪位置信息与岸标位置信息通过高斯投影法计算得到的方位角为A ，方位角因GPS 与经纬仪安装位置不重合产生的误差则为驻A =A ′-A 。
甲板坐标系下，GPS 天线中心相对经纬仪旋转镜中心在甲板面上的偏移量驻x b 取值为-10m 至10m ，驻y b 取值为-70m 至-50m ，舰艇距岸标的距离通常在15km 以内。通过仿真得到方位角误差和驻x b 、驻y b 的
2005,5:58-60.
［５］王有朝. 对舰艇纵横摇坐标变换的讨论[J].现代雷达,2001,3:27-30.［６］杨丹, 赵海滨.MATLAB 从入门到精通[M].北京:中国铁道出版社,2013.
［７］张志远, 罗国富. 舰船姿态坐标变换及稳定补偿分析[J].舰船科学技术,2009,1(4):34-40.
［８］李恒德. 在舰船处于浮态情况下进行作战系统对准[J].舰船工程研究,2000,69:15-18.
［责任编辑：王静］
（上接第12页）2. ３座椅软性材料
座椅软性材料主要指发泡及蒙皮（面套）。2.3.1发泡
座垫密度推荐值：60+5kg/m3，靠背密度推荐值：50+5kg/m3。发泡的硬度与发泡的形状和厚度有关，对发泡硬度无特别规定。一般来讲，座椅发泡的硬度是通过路试确定下来的，路试时可以提供几种不同发泡硬度的座椅供评估。硬度的公差需要关注，同时还要关注不同悬挂系统和面套对硬度感的影响。对要求较高的座椅还可以采用双硬度发泡。
2.3.2面套
面套的选择对座椅舒适性有直接的影响，面套对舒适性的影响主要有以下几方面：
1）材料是织物还是皮能够影响座椅横向支撑；2）材料的多少直接影响座椅的外观；
3）材料及其附件能够影响面套的耐久性，从而影响汽车的舒适性；
4）材料类型影响乘客热量方面的舒适性；
5）如果吊紧位置距离人体太近将直接影响乘客的舒适性；6）面套的张紧度和复合层的材料会影响H 点的位置。
３结语
本文在遵循设计原则的前提下，从座椅尺寸参数、结构及材料三个方面对座椅舒适性进行探讨，提出座椅舒适性设计要点及参数数据，为座椅设计者提供参考。S
【参考文献】
［１］刘伟，袁修干. 人机交互设计与评价[J].北京：科学出版社，2008：147-256．［２］王云祥，吕衡发，张书琴. 人体解剖学[M].长春：吉林科学技术出版社，2001：
40-41.
［３］Kr oe mer K H E~Kroe mer H B~Kroe mer “El bert K E . Er gonomics ”How to Design for Ease and Effici ency[M].Newjersey ：Prentice Hall,2000：99-135.
［责任编辑：陈双芹］
Science &Technology Vision 科技视界11