汽车零重力座椅的设计分析和发展趋势

李健,吴小青，许海霞,马广义，俞荣贵

吉利汽车研究院(宁波)有限公司，浙江宁波 315336

0 引言

汽车座椅舒适度是指从生理和心理两方面对乘坐人员满意度的主观评价，直接影响到乘坐人员的身体健康。不舒适的汽车座椅很容易导致乘坐人员产生疲劳感，一旦乘坐人员长期处于疲劳状态，会增加安全隐患，提升交通事故的发生率。根据美国汽车协会的交通事故统计，6%交通事故由疲劳驾驶引起。座椅是汽车的配件，保障着乘坐人员的安全性与舒适性。随着科技发展，座椅不断升级，作为汽车行业新兴技术之一的零重力座椅对汽车座椅设计的影响将是汽车企业必须研究和克服的挑战。至此，零重力座椅从普通座椅形式进化到汽车座椅形式。零重力座椅逐渐走近人们的生活，不少企业开始应用零重力座椅技术。在车辆系统中，座椅是人机交互的主要界面，座椅质量直接关系到乘坐人员的驾驶体验。舒适度基本上是乘坐人员的主观感受，舒适度评价因个体差异而存在不确定性和模糊性。另外，由于每个人的身体结构不同，因此身体感受到的舒适度不同[1]，进而导致座椅对人体舒适度影响也不同。零重力座椅可加强乘坐人员的舒适度，密切贴合人体，减少对骨骼及肌肉的压迫。因此，零重力座椅已经成为座椅发展的未来主要方向。

1 零重力座椅设计的科学标准

在座椅设计中，人体工程学在“座椅”中的使用首先是身体的支持，其次是身体的技术兴趣[2]。 因此，用于零重力设计的功能是通过人体工程学应用于座椅结构而形成的。 功能人机工程学的改进主要体现在标准参考数据在设计中的应用，包括身体尺寸、活动领域、环境因素等。

1.1 身体角度

现代人体工程学对人体进行细致的科学研究，首先测量人体的不同部位及其周围的活动范围，并对坐姿如脊椎形状和身体压力分布等各个方面进行生理分析。其次根据身体的肌肉力量、可动区域、长度、身体特征等分析坐位引起的能量消耗的变化和心理疲劳，进而寻求行动限制。 最后为每个人提供最佳的标准座椅尺寸：第一，座位。 零重力座椅过高会导致身体质量压在腿上，大腿前缘软组织负荷过大，出现肌肉麻痹;如果座椅太低，物理压力会集中在腰部和座椅上。在接触位置，身体向前弯曲，背部肌肉承受体重的压力，容易诱发疲劳。因此，最合理的座高是就座时脚底，尤其是脚后跟完全离地，而座高是膝盖低于臀部。背部应该有一定的宽度来支撑大腿部分，但如果太深，就会失去对下背部的支撑，很难支撑背部，所以看起来像支撑臀部。身体上的任何质量都会让人感到不舒服。座面的面积大于臀部的面积，为人们改变坐姿提供了足够的空间，同时支撑了臀部的各个部位。座面的曲率在左右方向上最好是平的或近乎平直，在前后方向上稍有弯曲，这样乘坐人员的身体压力分布适当，舒适性好。将零重力座椅的座面挖成臀部形状是不合适的，难以适应不同人群的需要，干扰坐姿调整，使身体压力和软组织过于均匀。第二，靠背。零重力座椅的靠背重视舒适度，作为对肩颈、后背的托举支撑，可减少身体负荷。其中，颈托需要高于脊椎的位置，这样才能将头部的重力分散到肩托的高度应该低于肩胛骨，这个高度可以让乘坐人员在转动腋窝时向后倾斜，如果太高，脊柱会向前弯曲。腰椎受到后靠的力度影响，脊柱自然倚靠靠背，形成支撑。第三，扶手。零重力座椅扶手的作用是帮助手臂，对肩膀、背部和手臂施加压力，减少压力，使人长时间坐着感觉不到疲倦。所以，零重力座椅扶手的高度应根据坐在座位上时肘部的高度来计算，使手臂处于自然舒适状态。如果座椅扶手太高，手臂搭放上去会导致肩膀高抬，产生酸胀感;如果扶手过低，手臂难以着力。扶手最佳倾斜度是10°～20°，扶手宽度应该大于肩宽，保持手臂的自然放置。第四，座面与靠背的夹角。零重力座椅所形成的夹角也是给人舒适感的重要因素，很多座椅不仅就座舒适度差，还会引起疲劳，需要研究生理结构来寻找原因除确保座椅各部分的标准尺寸外，根据科学和物理研究，人体的结构已经从四足进化到双足，两条腿直立已成为人类最具特色的姿势。人体也必须进化以适应这种站立姿势，当身体放松，脊椎呈自然S形时效果最佳。但当一个人坐下时，脊椎会改变以适应坐姿，臀部会向后转，而且脊椎和尾骨一起移动，保持脊椎的S曲线。椎间盘部分压力大，久坐会损坏腰椎。为让乘坐人员下背部回到正常曲线，上半身和腿之间的角度至少为90°，以便为下背部提供支撑。因此，零重力座椅靠背必须倾斜以提供更好上身支撑，同时座椅座面也必须结合倾斜度滑出座椅，座椅表面和靠背之间的角度取决于预期用途和坐姿。

1.2 行为标准

零重力座椅的规格尺寸不同，用途也不同。零重力座椅表面必须向后倾斜，并且与靠背之间的角度至少为95°。座面高度比较低，为35～40 cm，适合这类座椅的台面高度通常为65～78 cm。零重力座椅可减轻乘坐人员的身体压力，自然放松的倚靠。零重力座椅的前部应该宽大舒适，坐垫最好有一定的硬度，如果太软，坐下会有塌陷的感觉。

2 零重力座椅设计原理

不同的行为特征对应着不同层次的需求，从低层次的生理、安全和便利需求到高层次的情感归属。零重力座椅设计师需要了解用户行为特征与产品之间的关系，从而遵循设计原则，设计出合理的零重力座椅产品。零重力座椅设计原则，主要包括智能、实用、关怀等原则。

2.1 智能原则

零重力座椅设计以后座为例，在家居用品市场及智能家居中有比较好的发展前景。智能的应用可以重新定义零重力座椅的传统功能形态，尤其是对于乘坐人员来说，智能科技的加入可以在一定程度上弥补身体上的不适。同时需要指出的是，在介绍智能技术的应用原理时，需要注意适当的智能，就产品而言，智能并不是设计核心。同时，乘坐人员可通过APP选择座椅的角度和高度，定义自己的舒适度[3]。

2.2 实用原则

汽车座椅与儿童或学生座椅不同，但由于尺寸限制，儿童和学生座椅可以在外观上直接反映用户群体。汽车座椅的关键在于座椅的目标服务群体是汽车乘坐人员，在通用设计理念下，汽车座椅首先要满足大众群体的适用性，然后再考虑该产品的其他用户群体。国内外科学家尚未开展培训产品功能取向或功能水平的相关性研究，正在参考其他职业群体的产品设计研究，可以理解，具有零重力的产品功能设计主要应发挥基本功能。零重力座椅基本功能必须满足要求，在这种情况下，附加功能可以起到有效的作用[4]。一般来说，零重力座椅的功能取向原则主要表现在两个方面:首先考虑用户。其次考虑人员配置需求的优先顺序。

2.3 关怀原则

零重力座椅产品中的情感取向原则是更加聚焦用户的情感经验和产品引发的情感需求，创造舒适感人的产品，创造充满美好经验和回忆的人生。同时，零重力座椅产品也让用户从生理学、心理、精神理想等角度享受产品的社会价值。在通用性设计方面，零重力座椅包含了对特殊群体特别重要的产品对用户的人性化护理。在设计实践中，情感取向的考虑包括两个方面，一是指司机关怀，二是指交通教育。在司机关怀方面，首先是零重力座椅产品的易用性。零重力座椅本身应该具有良好自解释性，即座椅操作模式对乘坐人员来说应该显而易见，以保证顺畅使用体验，让乘坐人员在

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