張于豪

（廈門金龍聯(lián)合汽車股份有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

客車的設(shè)計(jì)主要由車身造型、內(nèi)飾和外觀組成，一個(gè)好的外觀決定了乘客對(duì)客車的第一印象，從而對(duì)客車產(chǎn)生興趣；而客車的內(nèi)飾好壞則直接決定了乘客的乘坐體驗(yàn)，一套有檔次的內(nèi)飾，可以極大地提升乘客的舒適性。但在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中很多客車生產(chǎn)企業(yè)只重視客車優(yōu)美的外形，沒(méi)有意識(shí)到客車內(nèi)飾的重要性，導(dǎo)致很多客車只是看起來(lái)美觀，但乘坐體驗(yàn)卻差強(qiáng)人意。因此該文主要針對(duì)客車內(nèi)飾中的座椅設(shè)計(jì)進(jìn)行研究和分析，結(jié)合客車內(nèi)飾設(shè)計(jì)的原則，提出有效的設(shè)計(jì)策略，優(yōu)化客車內(nèi)飾設(shè)計(jì)水平，將提高我國(guó)客車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力作為當(dāng)前的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

1 客車內(nèi)飾設(shè)計(jì)突出問(wèn)題

隨著私家車的普及，人們對(duì)客車的需求逐漸減小。為了增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，突出競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，許多客車生產(chǎn)企業(yè)越來(lái)越重視客車內(nèi)飾的設(shè)計(jì)，但是仍然受到過(guò)去僅重視客車外觀設(shè)計(jì)的影響，客車內(nèi)飾設(shè)計(jì)無(wú)論是在理論研究方面還是實(shí)際操作技術(shù)方面發(fā)展都比較緩慢。導(dǎo)致目前客車的車內(nèi)設(shè)計(jì)發(fā)展還存在一定的問(wèn)題，其中最為突出的是座椅設(shè)計(jì)和乘客在乘坐時(shí)的舒適度，這會(huì)直接影響乘客是否選擇乘坐。同時(shí)座椅是客車內(nèi)飾中的重要組成部分，占有客車內(nèi)部大部分空間，因此其設(shè)計(jì)質(zhì)量對(duì)乘客的乘坐體驗(yàn)具有極大的影響。不過(guò)就目前客車內(nèi)飾的設(shè)計(jì)實(shí)踐來(lái)看，其僅考慮到座椅數(shù)量等較為低端的乘客需求，對(duì)座椅的人性化分析不足，導(dǎo)致座椅材質(zhì)、風(fēng)格樣式、間距、座椅高度、深度、靠背形狀、扶手等設(shè)計(jì)存在一定的不足，導(dǎo)致乘客的舒適度下降。另外對(duì)客車內(nèi)飾進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，忽視了座椅的功能性考慮，例如防顛簸設(shè)計(jì)不合理，座椅的柔軟程度和減震效果較差，乘客的舒適需求難以得到滿足，進(jìn)而導(dǎo)致人們減少乘坐客車的頻次。上述問(wèn)題的具體表現(xiàn)則是間距尺寸的不合理設(shè)計(jì)，例如同方向座椅間距不足650 mm、面對(duì)面座椅間距不足1200 mm、高度沒(méi)有達(dá)到400 mm等，導(dǎo)致座椅與人體腰椎活動(dòng)度不匹配，很容易增強(qiáng)疲勞感等。

2 客車內(nèi)飾設(shè)計(jì)中座椅的功能性及設(shè)計(jì)原則分析

2.1 座椅功能性分析

乘客是客車中最大的群體，只有保證乘客良好的乘坐體驗(yàn)才能證明客車的優(yōu)良性能。就基本的乘坐功能就是保證乘客有足夠的腿部和腳部活動(dòng)空間，座椅應(yīng)該具有一定的工學(xué)性能，不至于讓乘車不舒服。高級(jí)的乘坐功能除了這些，還包括座椅的角度調(diào)節(jié)功能、扶手、頭枕、甚至包括座椅加熱、按摩等功能。乘坐功能是客車的核心競(jìng)爭(zhēng)力[1]。

2.2 座椅設(shè)計(jì)原則分析

結(jié)合客車內(nèi)飾中座椅功能性需求，其設(shè)計(jì)的基本原則包括安全性和舒適性2個(gè)方面。同時(shí)因?yàn)榭蛙囎卧O(shè)計(jì)是一項(xiàng)比較復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，在實(shí)踐中會(huì)涉及機(jī)械、紡織、化工、噴涂以及美學(xué)、人體工程學(xué)及力學(xué)等科學(xué)。基于人體的生理特征、尺寸等進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證其具有良好的舒適性、減振性和安全性。具體來(lái)說(shuō)，在客車內(nèi)飾中對(duì)座椅設(shè)計(jì)要確保乘坐人員具有足夠的安全性，要求座椅的強(qiáng)度符合相關(guān)規(guī)范。當(dāng)發(fā)生碰撞時(shí)，可緩沖強(qiáng)大的沖擊力，保護(hù)乘坐者，盡量降低傷害程度。另外，座椅舒適性的設(shè)計(jì)原則是要求乘客在乘坐時(shí)保持良好的坐姿，促使脊柱呈現(xiàn)自然彎曲狀態(tài)，通過(guò)合理的體壓分布實(shí)現(xiàn)人體肌肉松弛，避免上體通向大腿的血管免受嚴(yán)重壓迫，保持血液正常循環(huán)。此外，對(duì)座椅舒適性的設(shè)計(jì)，還應(yīng)當(dāng)保證其具有一定的腰椎依托感，并且人的腰背部貼合感較強(qiáng)，具有較好的側(cè)向穩(wěn)定感。在很大程度上可以有效地隔離和衰減客車行進(jìn)過(guò)程中，因路面不平整而產(chǎn)生的振動(dòng)，確保乘坐舒適性得到充分滿足。

3 客車座椅內(nèi)飾設(shè)計(jì)的主要參數(shù)

結(jié)合當(dāng)前客車座椅內(nèi)飾設(shè)計(jì)的功能性分析，對(duì)其基本尺寸與要求如下所述。

3.1 坐高

客車座椅的坐高一般是指其與地面的垂直距離，為保證人體乘坐的舒適性，大多座椅的坐面會(huì)向后保持一定的傾斜，但以前坐面的高度視為坐高。在內(nèi)飾設(shè)計(jì)中，坐高是影響坐姿舒適程度的重要因素，如果坐高尺寸設(shè)計(jì)不合理，將會(huì)使人的腰部產(chǎn)生嚴(yán)重的疲勞感。尤其是對(duì)于長(zhǎng)途客車而言，乘客乘坐時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，當(dāng)坐高設(shè)計(jì)不科學(xué)時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致乘客的舒適感大幅下降。而在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，大多是模擬人體坐在不同高度的凳子上，將測(cè)定腰椎的活動(dòng)程度作為設(shè)計(jì)依據(jù)。一般情況下，當(dāng)?shù)首痈叨葹?00mm時(shí)，人的腰椎活動(dòng)度相對(duì)較高，此時(shí)疲勞感也相對(duì)更強(qiáng)。而其他高度下，人的腰椎活動(dòng)度有所下降，進(jìn)而增強(qiáng)舒適程度。由此，客車作業(yè)的坐高不宜過(guò)高或過(guò)低，應(yīng)當(dāng)充分考慮人在坐面上的體壓分布情況，為保證坐姿舒適，需要將座椅面設(shè)計(jì)為人體臀部和大腿的主要承受面。

當(dāng)座椅坐面設(shè)計(jì)過(guò)高時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致雙腳不能著地，促使大腿的前半部近膝窩處的軟組織出現(xiàn)被壓迫的情況。長(zhǎng)時(shí)間保持坐姿會(huì)導(dǎo)致血液循環(huán)不暢通，乘坐人會(huì)感到肌腱部位發(fā)脹和麻木。如果對(duì)坐面設(shè)計(jì)過(guò)低，則人體坐姿將會(huì)呈現(xiàn)前屈姿勢(shì)，進(jìn)而會(huì)在一定程度上加大背部肌肉的活動(dòng)強(qiáng)度，在重心過(guò)低的影響下，人往往會(huì)出現(xiàn)起立較為困難的情況。基于此，在客車內(nèi)飾設(shè)計(jì)中必須要保證座椅的坐高與人的體壓分布具有合理性。應(yīng)該將坐高設(shè)計(jì)為略小于乘客的小腿腳窩到地面的距離，保證坐高與小腿輕微受壓相等，為小腿留有一定的活動(dòng)余地。盡可能地保證坐高具有良好的舒適性，應(yīng)當(dāng)取平均適中的數(shù)據(jù)來(lái)作為最優(yōu)坐高，一般以450mm為主要尺寸標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 坐深

客車座椅的坐深參數(shù)即是指坐面的前沿到后沿的長(zhǎng)度距離，其對(duì)于人體坐姿的舒適度具有較大的影響。例如當(dāng)對(duì)坐面的設(shè)計(jì)深度較大，超過(guò)大腿水平長(zhǎng)度時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)很大的傾斜度，導(dǎo)致腰部失去支撐點(diǎn)而出現(xiàn)懸空現(xiàn)象，則會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致腰部肌肉的活動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大而產(chǎn)生疲勞感。同時(shí)坐面設(shè)計(jì)相對(duì)較深，也會(huì)導(dǎo)致膝窩位置出現(xiàn)麻木的感覺(jué)，人在起立后難以立即行走。為此，針對(duì)客車座椅進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)保證其深度適宜，盡量要小于人在坐姿下的大腿水平長(zhǎng)度，使小腿具有足夠的活動(dòng)余地。根據(jù)我國(guó)人體尺度進(jìn)行測(cè)定，坐姿大腿水平長(zhǎng)度平均為425mm～445 mm，前坐面與膝窩的距離大概在60mm左右。所以對(duì)于坐深尺寸的設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)維持在380 mm～420 mm。

3.3 坐寬

坐寬是指座椅坐面的寬度參數(shù)，按照客車座椅的設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及人的坐姿，其一般是呈現(xiàn)前寬后窄的形狀，此時(shí)坐面前沿的寬度則被稱為前寬，后沿寬度為坐后寬。通常來(lái)說(shuō)，客車座椅的寬度必須要保證臀部得到完全的支撐，并有活動(dòng)余地。這是因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)方式有利于保證人體在保持長(zhǎng)時(shí)間坐姿后便于變換坐姿。所以應(yīng)當(dāng)將坐高和坐寬設(shè)計(jì)不小于380mm。同時(shí)考慮到客車座椅帶有扶手，為保證人體手臂能夠有效扶靠，可將扶手的內(nèi)寬作為坐寬標(biāo)準(zhǔn)，并適當(dāng)按照人體平均肩寬增加余量，但不得超過(guò)460 mm。

3.4 座椅間距

為確?？蛙囎蔚氖孢m性和空間感，應(yīng)當(dāng)合理設(shè)計(jì)座椅的間距。通?？紤]到乘客的上下車方便性，需要車內(nèi)具有足夠的通道寬度。對(duì)于短途客車而言，其客流量較大，對(duì)座椅數(shù)量設(shè)置并不是很多，以便于節(jié)省上下車時(shí)間。而對(duì)于長(zhǎng)途客車而言，則要求座椅的數(shù)量稍多，對(duì)座椅間距設(shè)計(jì)的要求更高。但綜合來(lái)看，座椅間距尺寸如下。同方向座椅的間距設(shè)計(jì)為650 mm以上、面對(duì)面座椅間距應(yīng)在1200 mm以上，并且靠墊與靠背的距離應(yīng)當(dāng)大于250 mm。此外，坐墊前沿與障礙物之間的距離須大于280 mm，坐墊間距應(yīng)在450 mm以上。

4 客車座椅內(nèi)飾設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

通過(guò)掌握客車內(nèi)飾中座椅的設(shè)計(jì)尺寸，為達(dá)到最優(yōu)舒適度，應(yīng)當(dāng)從結(jié)構(gòu)安全性、整體布置、駕駛員座椅以及乘客座椅等角度進(jìn)行優(yōu)化，以保證客車內(nèi)飾設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性。

4.1 結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)優(yōu)化

現(xiàn)代客車座椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成部分包括靠背、頭枕以及坐墊等。在實(shí)現(xiàn)座椅舒適性的同時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮其結(jié)構(gòu)安全性。因此在內(nèi)飾設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)注重以下優(yōu)化要點(diǎn)。

4.1.1 保障座椅強(qiáng)度設(shè)計(jì)的安全性

當(dāng)客車在行進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)保障座椅能夠承受一定的載荷。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，須確保其具有較高的強(qiáng)度性能，將人在座椅上所受到的傷害降至最小。同時(shí)應(yīng)當(dāng)維系座椅的使用壽命在一定合理范圍內(nèi)，不能出現(xiàn)過(guò)早變形或者損壞。并且當(dāng)座椅受到?jīng)_擊載荷的作用時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保其不會(huì)發(fā)生斷裂和變形等情況。在該基礎(chǔ)上需要合理計(jì)算汽車座椅強(qiáng)度，采用相對(duì)較少的材料實(shí)現(xiàn)最高的強(qiáng)度性能。

4.1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)座椅的結(jié)構(gòu)

首先應(yīng)當(dāng)綜合考慮座椅對(duì)其他約束系統(tǒng)效能的影響，其次是注重其與座椅的連接方式。

4.1.3 優(yōu)化靠背設(shè)計(jì)是客車內(nèi)飾設(shè)計(jì)的重要組成部分

主要是注重提升靠背的強(qiáng)度、傾角、基本尺寸、形狀等。其中強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的如下：客車在發(fā)生碰撞時(shí)，能夠給予乘客良好的安全保護(hù)；對(duì)于傾角、基本尺寸以及形狀的設(shè)計(jì)，則是根據(jù)尾部碰撞的嚴(yán)重程度進(jìn)行確定。

4.1.4 優(yōu)化客車座椅坐墊

對(duì)客車座椅的坐墊進(jìn)行優(yōu)化，可以保護(hù)乘客免受直接沖擊傷害，但是在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，坐墊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)乘客的運(yùn)動(dòng)、約束力以及外部荷載等會(huì)產(chǎn)生較大的影響。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮利用靠背優(yōu)化坐墊深度，促使臀部能夠得到合理的支撐，但深度應(yīng)控制在人的大腿長(zhǎng)度以下。

4.1.5 優(yōu)化客車座椅頭枕設(shè)計(jì)

其主要作用是在發(fā)生碰撞的過(guò)程中，盡可能地減少乘客頸椎出現(xiàn)損傷的情況。例如當(dāng)客車在行進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)碰撞時(shí)，能夠有效抑制人的頭部大幅后傾。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般是采用模擬計(jì)算的方式，通過(guò)建模對(duì)座椅的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。并根據(jù)零件對(duì)于強(qiáng)度特性的影響進(jìn)行篩選，從而針對(duì)座椅支撐性零部件進(jìn)行精準(zhǔn)建模。例如對(duì)影響靜強(qiáng)度特性不大的零件，根據(jù)其幾何形狀開展建模。對(duì)于其他無(wú)影響的零件無(wú)須建模。同時(shí)還需著重考慮汽車座椅骨架，其實(shí)際上是一種空間桿系和空間板系的組合結(jié)構(gòu)。受到調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的影響可能出現(xiàn)不對(duì)稱的情況。所以設(shè)計(jì)人員可采用有限元的方式來(lái)仿真座椅系統(tǒng)，以此確定其優(yōu)越性和合理性。

4.2 座椅整體布置優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)于客車內(nèi)飾中的座椅整體布置，其相關(guān)尺寸如表1所示。具體設(shè)計(jì)則是針對(duì)駕駛區(qū)和乘客區(qū)的座椅進(jìn)行優(yōu)化布置。該設(shè)計(jì)要保證駕駛員座椅前后調(diào)節(jié)量為140 mm，靠背角度為15°，方向盤的傾角為20°。并且將駕駛員座椅的坐深可設(shè)計(jì)為400 mm～500 mm，保證駕駛員的背部與靠背充分接觸，使其保持端坐姿勢(shì)，減少疲勞感。對(duì)于坐高設(shè)計(jì)為350mm～400mm，而且坐墊角度設(shè)計(jì)為5°～8°、使軀干和大腿的夾角為95°～105°，并將座椅設(shè)計(jì)為可調(diào)式，有效調(diào)整座椅舒適性和安全性；對(duì)于乘客區(qū)的座椅則是保證內(nèi)寬為1850mm，同時(shí)最低內(nèi)高設(shè)計(jì)為1730 mm?？蓪④嚰芎侠矸譃?段，主要尺寸依次為4000 mm、765 mm、765mm、500mm。其中對(duì)于二三段以及三四段的連接位置，可設(shè)計(jì)高度為160mm的臺(tái)階，便于增加行李箱空間。并且對(duì)于所有座椅均應(yīng)當(dāng)采用向前布置的方式，保證座椅高度為450mm，單排寬度為460 mm、雙排寬度在910 mm，座椅間距設(shè)置700mm。

表1 客車座椅整體布置尺寸

4.3 座椅靜態(tài)舒適性優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)于客車內(nèi)飾設(shè)計(jì)中的座椅優(yōu)化，應(yīng)當(dāng)保證其具有良好的靜態(tài)舒適性。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要考慮的因素包括座椅的形式和尺寸、座椅的可調(diào)節(jié)性、座椅材料滿足人體舒適感、座椅位置與其他空間具有協(xié)調(diào)性等。對(duì)于座椅主觀舒適性的評(píng)價(jià)可如表2所示，以此確定設(shè)計(jì)優(yōu)化內(nèi)容。即是幾何坐姿生物力學(xué)，將臀部稍離靠背并向前移，促使上體略微向后傾斜，促使上體與大腿之間的夾角保持在90°～115°。并按照客車內(nèi)部的溫濕特點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化座椅材料，使其調(diào)節(jié)人體的代謝功能，進(jìn)而緩解疲勞。例如設(shè)計(jì)透氣性材料，在不同季節(jié)下使用不同座椅面料。特別是針對(duì)駕駛員座椅來(lái)說(shuō)，對(duì)中高檔客車可設(shè)計(jì)主動(dòng)通風(fēng)式座椅，使駕駛員在坐墊表面與背部表面產(chǎn)生的熱量保持在一定的溫度范圍內(nèi)，保證人體與座椅的接觸面具有適宜的溫濕度，確保座椅表面特性得到良好改善，進(jìn)而化解駕駛疲勞。

表2 客車內(nèi)飾座椅的主觀舒適性評(píng)價(jià)表

4.4 座椅動(dòng)態(tài)舒適性優(yōu)化設(shè)計(jì)

在客車內(nèi)飾中優(yōu)化座椅的動(dòng)態(tài)舒適性設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)綜合考慮振動(dòng)特性。例如針對(duì)懸架式座椅系統(tǒng)的優(yōu)化，則是合理設(shè)計(jì)坐墊的剛度以及阻尼系數(shù)等，并關(guān)注懸掛系數(shù)和座椅連接件的摩擦性能。而對(duì)于非懸架式的座椅進(jìn)行優(yōu)化，一般主要考慮坐墊剛度，并保證阻尼系數(shù)以及鋼架結(jié)構(gòu)具有一定的動(dòng)態(tài)性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)到座椅的共振頻率受剛度所影響，而座椅的振動(dòng)衰減特性是由阻尼系數(shù)所決定的。因此為保證座椅動(dòng)態(tài)舒適性設(shè)計(jì)得到優(yōu)化，必須調(diào)整其剛度參數(shù)和阻尼系數(shù)。以客車駕駛員座椅為例，其通常會(huì)收到3個(gè)方向的直線振動(dòng)，包括縱向、橫向和垂直方向等。在客車隨機(jī)振動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)的干擾下，會(huì)產(chǎn)生繞3個(gè)方向的角振動(dòng)。這一過(guò)程所產(chǎn)生的垂直振動(dòng)和繞縱、橫坐標(biāo)軸的角振動(dòng)會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生較大的影響。其會(huì)通過(guò)座椅傳遞到人體的臀部以及后背，進(jìn)而出現(xiàn)全身性的振動(dòng)。

基于此，對(duì)客車座椅進(jìn)行動(dòng)態(tài)舒適性設(shè)計(jì)優(yōu)化，應(yīng)當(dāng)保證有效隔離對(duì)人體敏感的振動(dòng)。具體措施如下：1）設(shè)計(jì)減小共振頻率共振頻率客車座椅，以此降低高頻區(qū)振動(dòng)頻率。2）當(dāng)出現(xiàn)共振時(shí)，降低振動(dòng)傳遞率。3）降低乘客10 Hz附近的振動(dòng)傳遞率，并保證彈簧以下的共振影響降至最低，以此減少座椅和靠背所產(chǎn)生的高頻振動(dòng)。4）將客車行進(jìn)輪胎、懸架以及座椅設(shè)計(jì)為整體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)踐尋找在隨機(jī)路面振動(dòng)的情況下，人體疲勞感受最低的座椅結(jié)構(gòu)形式。

5 結(jié)語(yǔ)

客車內(nèi)飾設(shè)計(jì)是企業(yè)提升客車整體檔次的重要手段，設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的內(nèi)飾有助于拔高企業(yè)自身形象，增強(qiáng)在市場(chǎng)中的核心競(jìng)爭(zhēng)力。一套高質(zhì)量的內(nèi)飾設(shè)計(jì)應(yīng)該充分體現(xiàn)出以人為本的理念，在多個(gè)方面展現(xiàn)人性化的設(shè)計(jì)，并保證整體設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)，與客車外觀造型相呼應(yīng)，給人一種渾然一體的感覺(jué)。而在內(nèi)飾設(shè)計(jì)的很多內(nèi)容中，影響乘客乘坐體驗(yàn)的關(guān)鍵因素是座椅，為此設(shè)計(jì)人員需要優(yōu)化座椅設(shè)計(jì)，通過(guò)確定其坐高、坐深、坐寬以及座椅間距等基本尺度，對(duì)結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)、座椅靜態(tài)舒適性和動(dòng)態(tài)舒適性設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以此提高客車內(nèi)飾設(shè)計(jì)質(zhì)量。