從汽車座椅靜態(tài)舒適性和動(dòng)態(tài)舒適性及其相互關(guān)系入手，分析影響靜態(tài)舒適性和動(dòng)態(tài)舒適性的座椅設(shè)計(jì)參數(shù)，以及動(dòng)靜態(tài)舒適程度與這些座椅設(shè)計(jì)參數(shù)之間的相關(guān)性關(guān)系或函數(shù)關(guān)系，為汽車座椅舒適性提升的研究提供了參考。

     隨著國內(nèi)汽車消費(fèi)的升級(jí)，汽車舒適性逐步成為各主機(jī)廠研究的重要內(nèi)容。座椅作為駕乘人員與車輛直接接觸的部件，其舒適性成為整車舒適性的關(guān)鍵組成部分。汽車座椅舒適性包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，分別是靜態(tài)舒適性和動(dòng)態(tài)舒適性。靜態(tài)舒適性指的是座椅的造型、骨架、發(fā)泡、面料以及縫合工藝等因素影響下的座椅舒適性，而動(dòng)態(tài)舒適性一方面指的是在一定激勵(lì)條件下，特別是長時(shí)駕乘時(shí)，座椅本身對(duì)振動(dòng)衰減的能力影響的座椅舒適性，另一方面指的是座椅對(duì)于駕乘人員姿勢(shì)的保持能力影響的座椅舒適性。

      Mansfield等人研究發(fā)現(xiàn)，靜態(tài)舒適性分析并不能全面地分析影響座椅舒適性的因素，所以僅僅使用靜態(tài)分析評(píng)價(jià)座椅舒適性是不夠的；Porter等人的研究表明，短時(shí)評(píng)價(jià)不能全面地表征座椅舒適性，因?yàn)轳{乘疲勞和長時(shí)駕乘也會(huì)對(duì)座椅舒適性評(píng)價(jià)有相當(dāng)大的影響作用；Gyi和Porter等人推薦動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)的時(shí)間為2?h，以便更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)座椅的動(dòng)態(tài)舒適性。

      靜態(tài)與動(dòng)態(tài)之間的關(guān)系

      汽車座椅舒適性受到四個(gè)方面因素的影響，分別是靜態(tài)因素、動(dòng)態(tài)因素、動(dòng)態(tài)疲勞因素以及時(shí)間因素，如圖1所示。其中，靜態(tài)因素造成的座椅不舒適性是固定的，不隨著振幅和時(shí)間的變化而變化；動(dòng)態(tài)因素、動(dòng)態(tài)疲勞因素以及時(shí)間因素造成的不舒適性與振幅和時(shí)間都呈正相關(guān)關(guān)系。

座椅舒適性截面決定了駕乘人員身體與座椅表面的貼合性以及身體部位是否能夠得到有效的支撐。座椅舒適性截面的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮人體舒適坐姿，即人體在座椅上保持舒適坐姿時(shí)的關(guān)節(jié)角度參數(shù)。舒適坐姿角度定義如圖4所示。表3為已有研究的舒適坐姿角度推薦范圍。

發(fā)泡是影響座椅舒適性最關(guān)鍵的因素之一，而影響座椅靜態(tài)舒適性的發(fā)泡性能參數(shù)見表4。

座椅發(fā)泡的硬度和靜剛度兩者共同對(duì)座椅的舒適性產(chǎn)生影響。在座椅發(fā)泡硬度不變的情況下，座椅舒適性與發(fā)泡靜剛度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的線性回歸關(guān)系，即靜剛度越大，舒適性越差；在發(fā)泡硬度變化差異較大的情況下，座椅舒適性與發(fā)泡靜剛度呈現(xiàn)先上升后下降的回歸關(guān)系，且靜剛度越大的發(fā)泡造成的不舒適性大于靜剛度小的發(fā)泡，如圖5所示。

發(fā)泡的遲滯損失率代表了座椅泡沫吸收能量的能力，具體指的是在發(fā)泡加載和卸載的過程中，因?yàn)榕菽椥蕴攸c(diǎn)，加載曲線和卸載曲線不*重合。衡量發(fā)泡回彈性的一個(gè)方法是小球回彈試驗(yàn)，具體指鋼球落下在泡沫表面反彈的高度和原始高度的一個(gè)比例。

發(fā)泡的遲滯損失率和回彈性存在負(fù)相關(guān)的關(guān)系，并呈現(xiàn)線性回歸關(guān)系。發(fā)泡的遲滯損失率與座椅舒適性之間在一定范圍之內(nèi)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系，即遲滯損失率越低，座椅的舒適性越高。體壓分布是汽車座椅舒適性最直接的表征參數(shù)項(xiàng)。體壓分布的差異并不*來自于座椅的發(fā)泡，而是座椅眾多性能的綜合作用結(jié)果，本文這里只討論發(fā)泡特性造成的體壓差異對(duì)于舒適性的影響。發(fā)泡特性作用的體壓分布引用了坐骨區(qū)域的平均圧力來表征。坐骨區(qū)域平均圧力與座椅舒適性之間的關(guān)系呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的線性回歸關(guān)系，即平均圧力越大，舒適性越差。

動(dòng)態(tài)舒適性影響因素

動(dòng)態(tài)舒適性作為一種主觀感受，是激勵(lì)振幅的冪函數(shù)，如下所示：

ψ=κΦβ   （1）

式中，ψ是不舒適感，Φ是激勵(lì)振幅，κ是與測(cè)量單位相關(guān)的常數(shù)，β是與激勵(lì)相關(guān)的冪指數(shù)。關(guān)于全身振動(dòng)的舒適性冪指數(shù)β的取值，眾多學(xué)者也進(jìn)行研究，見表5。

從表5可以看出，冪指數(shù)的取值都接近于1，可以將座椅動(dòng)態(tài)舒適性的不舒適感與激勵(lì)之間的函數(shù)關(guān)系近似看成線性函數(shù)。

從汽車座椅系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的角度分析，整個(gè)座椅系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化成為一個(gè)單自由度模型，如圖6所示。

整個(gè)系統(tǒng)的受力可以表示為：

W=S+R+P（2）式中，W為座椅上人體的重力；S為座椅系統(tǒng)變形恢復(fù)力；R為阻尼力；P為路面激勵(lì)引起的額外的力；當(dāng)變形很小，同時(shí)外力為正弦振蕩時(shí)，恢復(fù)力為座椅系統(tǒng)垂直方向位移x的線性函數(shù)：

S=-kx（3）

式中，k為座椅系統(tǒng)的剛度系數(shù)。同時(shí)，阻尼力是速度ν的線性函數(shù)：

R=-Cν（4）

式中，C為座椅系統(tǒng)的阻尼系數(shù)。剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)分別決定了座椅的共振頻率和振動(dòng)衰減特性。其中共振頻率可以基于公式（2）計(jì)算得出：

（5）

在座椅系統(tǒng)共振頻率附近，座椅振動(dòng)傳遞率就上升并在共振頻率處達(dá)到最值，同時(shí)振幅也達(dá)到了最值，這造成了駕乘人員的不舒適性。人體各個(gè)器官的共振頻率范圍不同，主要集中在4～8 Hz，如圖7所示，因此座椅系統(tǒng)的剛度系數(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)保證其共振頻率避開人體總體共振頻率范圍，同時(shí)阻尼系數(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能地衰減傳遞到人體的振幅。

結(jié)論

1）汽車座椅舒適性包括了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)舒適性兩個(gè)方面，且靜態(tài)舒適性會(huì)對(duì)動(dòng)態(tài)舒適性產(chǎn)生影響。靜態(tài)舒適性是穩(wěn)定不變的，而動(dòng)態(tài)舒適性會(huì)隨著時(shí)間、振幅等因素的變化而變化。

2）汽車座椅的靜態(tài)舒適性的影響因素包括了造型、發(fā)泡和骨架，其中發(fā)泡對(duì)于舒適性的影響大。

造型最主要的兩個(gè)組成部分：尺寸和截面的設(shè)計(jì)分別要考慮人體尺寸和舒適坐姿。發(fā)泡對(duì)于座椅舒適性影響的指標(biāo)主要是硬度、靜剛度、回彈性、遲滯損失率以及體壓分布；

3）汽車座椅動(dòng)態(tài)舒適程度與振幅呈近似的線性關(guān)系。座椅系統(tǒng)的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)分別影響了座椅的共振頻率和衰減特性。

剛度和阻尼系數(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)分別滿足共振頻率避開人體總體共振頻率及盡可能地衰減振動(dòng)的要求。