【座椅】汽车座椅设计中的人体工程学原理研究

摘要

随着我国人口基数的扩大和经济社会的发展，汽车座椅设计在现代汽车工业中占据重要位置，直接关系驾驶员和乘客的舒适性和安全性。作为座椅设计的理论基础，人体工程学原理对创造更符合人体结构和运动特点的座椅具有巨大帮助，是汽车座椅设计中的指导思想，加强对相关原理的分析对汽车座椅设计具有重要意义。结合人体工程学的基本原理，对汽车座椅设计中的人体工程学设计展开研究，为汽车制造商提供座椅设计科学、人性化的技术指导，进一步提升汽车的驾乘体验。

关键词：汽车座椅设计，人体工程学原理，驾乘体验

作者：汤威

苏州尊鼎汽车座椅有限公司，江苏 苏州

随着汽车产业的不断发展，人们对汽车的需求逐渐从简单的交通工具转变为追求舒适、安全和智能的出行工具。作为驾驶员和乘客与汽车之间的直接接触点，汽车座 椅对于整个驾乘体验具有重要影响。传统的座椅设计主要关注表面的软硬度和形状美感，无法使座椅真正适应人体的生理特征和运动习惯［1］。为了更好地满足用户舒适和安全的需求，需要深入研究人体工程学原理，将其融入座椅设计。从长远角度来看，相关设计的优化对于推进汽车行业的转型与升级具有重要影响［2］。

人体工程学原理的概述与特点

人体工程学，又称工效学或人机工程学，是研究人体与工作环境相互关系的一门综合性学科，核心任务是通过优化工作环境和产品设计，使其更符合人体的生理、心理和运动特征，提高效率、降低劳动强度，从而创造人性化的工作环境。人体工程学的基本原理之一是深入分析人体的生理结构和功能，包括骨骼、肌肉、关节等组成部分，设计能更好适应人体生理特征的工作环境和产品。了解人体在不同活动中的运动规律，以及运动对骨骼和关节的生物力学影响，可设计更符合人体运动特征的产品和工作环境。人体感知和认知的过程对于工作环境和产品设计具有深远影响，关键在于理解人体的感知机制和认知过程，便于设计直观、易于理解的界面和操作系统。

人体工程学是一门跨学科的学科，涉及生物学、医学、心理学、工程学等领域，该跨学科性使得人体工程学更全面、综合，能够综合考虑不同学科的知识，为设计提供更全面的视角；人体工程学强调通过实证研究获取数据支持，通过实验、调查和观察等手段，获得关于人体行为和反应的实际数据，为设计提供科学依据；人体工程学的设计理念以用户为中心，基于广大用户的需求、习惯和心理特点，有序推进设计工作。人体工程学推进了传统汽车座椅设计观念的更新，在汽车座椅设计中呈现更多的人性化设计。

在汽车座椅设计中应用人体工程学原理的意义

提升座椅舒适性

人体工程学原理强调考虑人体的生理结构和运动特征，在汽车座椅设计中需根据人体的生理曲线设计座椅的曲线，使其更好地贴合人体的自然形状，不仅提高了座椅 的支撑性，也减轻了长时间驾驶带来的身体疲劳感；符合人体脊椎弧度的 S 形椅背和符合人体曲线形状的护颈头枕可帮助人们在驾车过程中避免颠簸带来的不适感；人体工程学原理要求座椅的材料选择应具有一定弹性和透气性，合理的填充材料能提供足够支撑，通过适当的透气设计，缓解座椅可能出现的潮湿和不适感，进一步提高座椅的整体舒适性，未来汽车座椅将采用更轻便、更通透和更安全的材质。

促进座椅健康性

人体工程学原理的应用可以有效预防腰椎和颈椎问题。合理的座椅设计能提供腰椎和颈椎的有效支撑，减轻了因长时间驾驶而引起的腰部和颈部的不适感，对于规避 驾驶员和乘客的腰椎和颈椎问题具有积极作用。长时间驾驶可能导致驾驶员的身体出现疲劳和不适，通过人体工程学原理的应用，座椅可以更好地适应人体的自然状态，减轻身体负担，降低长时间驾驶可能带来的健康风险，提高驾驶员的驾乘舒适度，为长时间的汽车舒适驾驶创造了条件［3］。

提高座椅安全性

人体工程学原理在座椅设计中注重头部支撑的重要性，优化头枕的设计可在碰撞事故中提供有效的颈部支撑，降低头部受伤的风险，是汽车座椅设计中的重点，符合 人体工程学原理的头枕设计是汽车座椅安全性的关键一环；座椅的腰部和颈部支撑设计同样重要，人体工程学原理要求这些支撑点的位置和形状应更好地适应人体的生理曲线，以提供更全面的支撑，防止在碰撞时造成腰椎和颈椎的意外伤害；应用人体工程学原理的座椅设计需经过碰撞测试与仿真，通过模拟不同碰撞场景，测试座椅在事故中的表现，验证设计的安全性，确保座椅在紧急情况下能够最大限度地保护驾驶员和乘客的生命安全。

保障个性化体验

人体工程学原理的应用可以使座椅更好地适应不同体型的用户，通过收集大量人体测量数据，设计者可以更全面地了解用户的身体特征，为不同体型的驾驶员和乘客提供个性化的座椅体验；引入智能化座椅调节系统是提升个性化体验的有效手段，该系统可根据驾驶员的个人偏好和生理状态实时调整座椅，包括座椅高度、倾斜角度、座椅靠背倾斜等方面，使每位用户都能找到最舒适的坐姿；借助信息处理工具收集的用户体验数据可以形成反馈循环，设计者可以根据用户的反馈信息不断优化座椅设计，逐步提高座椅的个性化体验水平，推动座椅设计的创新与进步［4］。

汽车座椅设计中体现的人体工程学原理

座椅的人体测量与尺寸设计

在汽车座椅设计中，首先需要收集大量驾驶员和乘客的人体测量数据，包括身高、体重、臀部宽度、大腿长度等。通过详细分析这些数据，设计者可以更好地了解不同体型人群的尺寸分布，为座椅的整体尺寸提供准确参考；基于人体测量数据，汽车座椅的设计应该更个性化，以适应不同体型的驾驶员和乘客，座椅的宽度、高度、深度等尺寸均需根据人体的生理特征进行合理的调整，确保座椅既能提供足够支撑，也不会导致压迫感或不适；考虑到人体的解剖结构，座椅的头枕和腰部支撑也需根据人体的生理曲线进行设计。头枕的高度和倾斜角度应提供良好的头部支撑，防止在碰撞事故中颈部受伤，腰部支撑应与腰椎的自然弯曲相匹配，提供有效支持，从而减轻腰部疲劳感。

座椅的结构和材料选择

人体工程学原理要求座椅的结构设计应考虑人体的生理曲线和运动特征。座椅的整体形状应符合人体的自然曲线，不仅提供足够的支撑，还要避免对人体关节和肌肉的不适压力。座椅的侧翼和底部弯曲等设计要素应通过人体工程学的方法优化，以确保在长时间使用时不引起身体疲劳；座椅的材料选择直接影响座椅的舒适性和持久性。根据人体工程学原理，座椅的材料应具有一定弹性和透气性，以确保坐姿舒适，避免在长时间使用时引起不适。高质量的填充材料能提供足够的支撑，并在一定程度上减缓振动，提高行车舒适性；人体工程学原理鼓励设计座椅通风和加热系统，以满足不同气候和季节的需求，透气的座椅设计可减轻长时间坐车引起的潮湿和不适感，而座椅加热系统则可在寒冷天气中提高乘坐舒适度［5］。

座椅调节机制的优化

座椅的高度和倾斜角度的调节机制是基于人体工程学原理设计的关键要素。不同身高的驾驶员应能调整座椅的高度，以保证对路况的良好视野。倾斜角度的调节则会影响驾驶员在驾驶过程中的姿势舒适度，应根据人体工程学的原理提供合理的角度范围。座椅靠背倾斜和头枕高度的调节机制同样重要，合理的座椅靠背倾斜角度有助于减轻腰部压力，提高驾驶员的舒适度，头枕的高度应适应不同身高驾驶员的需求，以确保在事故中能提供有效的颈部支撑；随着科技的发展，一些高档汽车配备了电动座椅调节系统，该系统通过电动装置实现座椅高度、倾斜角度、座椅靠背倾斜等方面的调节，使驾驶员更方便地找到适合最佳坐姿。

座椅的舒适性和安全性综合考虑

人体工程学原理追求座椅的舒适性，以减轻长时间驾驶可能带来的身体疲劳感。座椅的曲线设计、材料选择、调节机制等方面的优化都是为了提升座椅的整体舒适性；安全性是汽车座椅设计中不可忽视的一方面。座椅的头枕、腰部支撑等设计要素在发生碰撞时发挥重要作用，符合人体工程学原理的设计可以最大程度地减轻碰撞对驾驶员和乘客的伤害，提高汽车的通过安全性；人体工程学原理要求进行座椅的碰撞测试与仿真，以验证座椅在碰撞事故中的性能，包括头部碰撞测试、腰部支撑测试，进而确保座椅设计符合国际安全标准，并能在事故中保护乘员生命安全。

汽车座椅设计中的人体工程学策略

转变座椅设计观念

传统的座椅设计主要注重外观和结构的简便性，而人体工程学要求设计者更多地关注驾驶员和乘客的生理和心理需求。转变座椅设计观念时，设计者应更注重人体的舒适感、健康性以及对长时间驾驶的适应性，需在设计过程中融入人体测量数据、运动学和生理学等方面的知识，实现从座椅为中心向以人为中心的转变；人体工程学强调个性化设计，需注重用户体验，能够适应不同体型、驾驶习惯和健康状况的驾驶员和乘客。通过收集用户反馈数据和实施人机工程学研究，设计者可以更好地了解用户的需求，综合考虑座椅的舒适性、驾驶员所能够及的区域的操作便利性和驾驶员或乘客的视野范围，实现座椅设计的个性化和差异化［6］。

推进硬件设施更新

推进硬件设施更新是实现人体工程学原理的关键，结合相关调查数据，在座椅的靠背设计中，靠背座椅的高度多处于 530～560 mm 范围内，坐垫的倾斜角应在 6～9°范围内，智能化座椅调节系统应结合传感器技术和电动调节装置，使座椅能够实时感知驾驶员的体态变化进行智能调整，包括座椅高度、靠背倾斜角度、头枕高度等方面的自动调节，以提供更符合人体工程学的坐姿；新一代座椅设计应配备先进的座椅加热与通风系统，通过科学合理的加热和通风方式，提高座椅的温暖性和透气性。加热系统能在寒冷天气中提供额外的舒适感，通风系统则有助于减轻长时间坐车可能导致的潮湿感和不适感。

培养专业设计人才

为了更好地应用人体工程学原理，汽车座椅设计领域需要培养一批既懂设计又懂人体工程学的专业人才。传统的人才培养模式逐渐难以满足人才培养工作的实际需求，培养模式应强调交叉学科，包括工业设计、机械工程、人体工程学等领域的知识。设计师需要具备对人体解剖学、生理学和心理学等相关学科的深入了解，以更好地理解人体与座椅之间的关系；为提高设计人才的实际操作能力，汽车座椅设计领域应积极与行业合作，提供实践机会。设计师可通过参与真实项目，与汽车制造商和人体工程学专家紧密合作，将理论知识应用于实际设计，帮助设计人才更好地理解人体工程学原理的实际应用。

合理应用信息技术

信息技术在座椅设计中的应用可通过虚拟仿真技术来实现。通过建立人体模型、运用仿真软件，设计者可以在计算机上模拟不同座椅设计对人体的影响，使得设计者能在实际制造前评估设计的效果，优化座椅的结构和调节机制，利用3D模型和信息技术构建模型收集和分析多点数据，利用三次样条插值算法等算法进行计算，完成各项参数的设计与优化；信息技术还可以通过大数据分析，收集用户对座椅设计的反馈信息，通过对大量用户数据的分析，更全面地了解用户对座椅的需求和喜好，为个性化设计提供依据，持续优化座椅设计。

选用新型座椅材料

座椅质量占整车质量的6%，成本占汽车整车成本的5%，是整车中成本第二高的配件。新型座椅材料的选用是实现人体工程学的重要策略。轻量化材料可以减轻汽车整体质量，提高燃油效率，目前，汽车座椅上使用较多的新材料主要包括金属材料（如镁合金、铝合金、高强度钢等），非金属材料（如由纤维增强的热塑性、热固性复合材料等）；在座椅设计中，环保材料的选择有助于减少对环境的负面影响，可回收、可降解的材料可以降低制造过程的碳排放，并减少废弃物的产生，符合当今社会对可持续发展的需求，也是汽车制造业可持续性发展的重要一步，Haptex合成革等新型环保皮革材料是其中的代表。

结语

汽车座椅设计中人体工程学原理的应用不仅关系驾驶员和乘客的舒适性，也直接关系驾驶员的安全性，完善汽车座椅设计，对于汽车行业的后期发展具有重要意义。汽车生产企业需加强对汽车座椅设计的重视，通过合理运用人体测量数据、结构设计、材料选择和调节机制优化等手段，设计更符合人体工程学原理的汽车座椅。随着科技的不断进步，汽车座椅设计将趋于智能化、健康化和可持续化，为用户提供高品质、人性化的驾乘体验。

【参考文献】

［1］赵利平，张维合，彭新华.汽车座椅侧护板注塑模具创新设计［J］.中国塑料，2023，37（10）：139-143.

［2］凌松，王波，黄祝庆，等 .基于运动控制卡的汽车座椅靠背折弯系统设计［J］.内燃机与配件，2023（16）：48-50.

［3］王硕，韦东林，杨松霖.汽车座椅PVC面料打孔设计对面料力学性能影响分析［J］. 汽车与驾驶维修（维修版），2023（6）：32-35.

［4］葛孩，李国平，娄军强，等 .基于拓扑优化的汽车座椅骨架轻量化设计［J］.宁波大学学报（理工版），2023，36（6）：36-41.

［5］魏小红，林金源 . 汽车座椅弹簧设计及优化研究［J］. 时代汽车，2023（5）：112-114.

［6］李少烨，凌峰，童云涛，等 .汽车智能座椅防疲劳驾驶功能的设计［J］.内燃机与配件，2023（2）：97-99