0 引言。 隨著汽車向電動化、智慧型化方向推進，純電動汽車將成為未來人們出行最重要的交通工具。 座椅結構和功能作為內飾系統中極其重要的組成部分，直接影響著駕駛員和乘客的乘坐舒適性和安全性。 基於人體工程學和人體坐姿舒適性的要求，汽車安全座椅應使人體具有良好的身體壓力分布，以保證駕駛員和乘客的乘坐舒適性。 在設計座椅時，在保證安全性、強度、剛性、節能環保的前提下，還需要考慮座椅舒適度、美觀性等因素。 座椅是人與汽車內飾系統接觸面積最大、接觸時間最長的汽車零部件之一，其美觀性和舒適性也成為消費者選擇汽車的重要考慮因素。 隨著AI智慧型技術在汽車座椅上的應用，為了滿足不同身高和體型的駕駛員和乘客的駕駛舒適性需求，純電動汽車座椅不僅需要具備高度調節、前後調節、座墊和靠背角度調節等多種常規功能，還需要具備更輕的優點， 更安全、更舒適、更智慧型。與燃油車相比，純電動汽車的車身結構不同，取消了發動機及其輔助系統，增加了動力電池，座椅邊界環境差異很大，因此有必要研究純電動汽車的座椅結構和引數、材料選擇和發展趨勢， 從而為未來的汽車座椅設計提供指導。
1.座椅的主要結構和引數。
座椅舒適性是消費者選擇汽車的重要依據，主要涉及靜態舒適性、動態舒適性、操作便利性等幾個方面。 座椅結構引數是座椅設計和舒適性研究的基礎，因此需要根據座椅評估結果不斷調整和優化。
1.1 座墊。
座墊長度：座墊的長度對駕駛員和乘客的乘坐舒適性有極其重要的影響，座墊長度太短會導致駕駛員和乘客的腿部支撐不足，座墊長度過長會影響駕駛員和乘客小腿的活動空間， 更重要的是，座墊的前緣會干擾乘員的小腿，影響乘坐舒適性。一般來說，座墊的長度可以控制在460mm到510mm之間，具體取決於車輛高度和機艙空間。 對於帶有附加腿託的汽車座椅，座墊和腿託的長度與旋轉機構之間的關係應結合人體工程學和人體腿部的力來平衡。
座墊寬度：為了提高駕駛員和乘客的乘坐舒適性，結合人體工程學和人體股骨的壓力分布，座墊寬度可以控制在490mm至530mm之間。
座墊角度：座墊角度對駕駛員和乘客的乘坐舒適度有重要影響，一般來說，如果座墊角度過大，臀部角度會減小，駕駛員和乘客的腿部壓力會增加，乘坐舒適度會降低。 如果座墊的角度太小，座墊對腿部的支撐不夠，駕駛員和乘客在長期駕駛中容易疲勞。 座墊角度一般可以控制在12°到16°。
座墊厚度：由於駕駛員和乘客的大部分重量都集中在座椅H點附近，因此座椅H點底部的座墊泡沫應有足夠的厚度來支撐它。 如果座墊太薄，會影響乘坐舒適性，如果座墊太厚，會增加座椅的製造成本。 基本上，前排座墊的泡沫厚度可以控制在60mm以上，後排座椅的泡沫厚度可以控制在90mm以上。
座墊凹陷：如果凹陷太小，駕駛員和乘客坐在座椅上會覺得座椅僵硬，會影響舒適性。 如果凹陷量過大，駕駛員和乘客會覺得座椅軟，人會被困在座椅上，長時間騎行容易感到疲倦。 常規設計中的髖部凹陷量可控制在20mm 60mm，腿部凹陷量可控制在20mm和50mm。 當後排座椅受車輛空間因素（如後輪罩）的影響，且靠背角度不能大於90°時，為了保證座椅的舒適性，後排座墊的凹陷可以略大於前排座墊的凹陷， 後座墊的凹陷可控制在35mm、70mm。
1.2 座椅框架。
座椅骨架，包括靠背骨架和座墊骨架。 其中，座墊骨架主要為駕駛員和乘客的臀部和大腿提供支撐，使其保持舒適的坐姿，避免身體在駕駛過程中左右搖晃，並在發生汽車碰撞時提供保護。 座架常用20mm 25mm外徑1mm 2mm厚的鋼管彎曲或用鋼管和鋼板焊接而成，也可用1mm 3mm厚的鋼板軋制或沖壓。 靠背框架和座墊框架之間一般設定有躺椅或其他靠背角度調節裝置，用於連線靠背框架和座墊框架，調節座椅靠背角度。
當駕駛員和乘客坐在座椅上，靠在座椅靠背上時，為了防止背部接觸堅硬物體而影響乘坐舒適性，人體需要與靠背框架保持一定的距離，一般可以控制在35mm以上。
前排座椅的前向調節角度可根據人體R點95個百分位的位置確定，並結合滑軌行程、儀表板等結構。
為保證後排乘員的乘坐舒適性，大腿中心線與乘員軀幹線的夾角應大於90°，一般為90°115°。 座椅可調靠背角度（座椅H點上方的鉛垂線與座椅靠背對應的行李箱線之間的角度）可控制在0°30°。 對於三排座椅，當第二排座椅滑到前排位置，調整座椅靠背的角度以接觸後輪罩飾條時，可以確定第二排座椅的最大可調角度。
1.3 座椅頭枕。
座椅頭枕用於支撐駕駛員和乘客的頸椎，在汽車發生緊急制動或碰撞時，可有效緩解頸部疲勞並保護人免受傷害。 頭枕垂直方向的高度應控制在人頭質心的高度，頭枕最高位置與座椅H點的垂直距離應控制在720mm以上，以有效支撐駕駛員和乘客的頭部。
1.4 座椅滑軌和滑軌行程。
1.4.1個座位導軌。
為了滿足駕駛員和乘客對控制和乘坐舒適性的要求，座椅應具有調節前後方向的功能，這需要借助座椅滑軌來實現。
目前幾乎所有車型的前排座椅都配備了座椅滑軌，一些高階五人座車型和三排六人座或七人座車型也在後排配備了滑軌，以實現後排座椅的前後調節。 座椅滑軌通過螺栓固定在車身底板上，上滑軌與座椅框架連線，上下滑軌之間有滾輪和滾珠。 通過手動或電子控制驅動座椅和上滑軌沿滑軌軸線移動，從而實現座椅的前後調節。 常用的滑軌型別主要有T型、W型、C型、H型等，H型滑軌用於部分六座SUV車型和MPV車型，可實現第二排座椅左右方向的調節。 目前，大多數車型的前排和第二排座椅導軌是分開的，如圖1所示。 由於純電動汽車取消了油箱，增加了動力電池，而動力電池大多平放在前後副車架之間的車身地板下，這為座椅採用長滑軌的結構式創造了條件。 圖2是使用長滑軌的前後排座椅的區域性示意圖，但前後排座椅應與前後排座椅及其外圍部件（如輪罩和裝飾板）之間的關係保持平衡。
1.4.2.座椅滑軌行程的確定。
前排座椅滑軌的行程應結合第 95 個百分位的人體工程學、乘坐舒適性和安全碰撞因素來確定。 一般來說，如果前排座椅裝有短滑軌，滑軌行程應控制在240mm以上，一些主流或高階車型的滑軌長度控制在260mm以上。 如果前後排座椅配備長滑軌，則滑軌行程更靈活。
由於座椅導軌、後輪袋、輪罩、製造成本等限制，很多車型的後排座椅只保留了摺疊功能，沒有座椅調節功能。 開車時，如果身體姿勢長時間保持不變，很容易引起腰椎和背部不適等問題。 如圖3所示，在三排座椅模型中，前排座椅被移到最後乙個位置，當第三排人體保證坐姿更舒適，頭部空間好時，第二排人體的頭部空間更寬敞，後排座椅設定了增加座椅骨架的可能， 同時也為座椅多向調節、按摩、通風、加熱等功能的實現創造了條件。目前，越來越多的純電動汽車車型在後排座椅上增加了調節功能，尤其是在一些高階的五排和三排座椅上。
在確定第二排座椅前後可調行程時，當前排座椅滑動到前排極限位置時，當第二排第95個百分位人體的腿接觸前排座椅靠背時，即為第二排座椅X1的前極限位置。 當第二排座椅靠背接觸後輪罩飾件時，是第二排座椅後極限x2的理論位置，座椅的最終位置還需要綜合確定座椅與功能部件與後輪罩裝飾板之間的間隙以及座椅滑軌在車身地板上的布置空間。 x1 和 x2 之間的距離是第二排座椅導軌的有效行程。
2 座椅材料。
純電動汽車在內燃機汽車中取消了發動機及其輔助系統，增加了電機和動力電池。 動力電池結構體積大，重達幾百公斤。 骨架結構作為內飾系統中結構尺寸和重量較大的部件之一，骨架結構的材料選擇、輕量化設計和製造工藝對於實現整車輕量化目標具有重要意義。
2.1 高強度鋼。
汽車座椅骨架採用高強度鋼，由於其屈服強度和抗拉強度高，可以顯著減輕座椅的重量。 由於高強度鋼的原材料大部分需要進口，成本相對較高，高強度鋼冷成型能力差、延展性低等問題限制了其在座架上的應用。
2.2鋁合金。
鋁合金作為一種輕質材料，具有密度低、重量輕、衝擊吸收能力強、導熱性好等優點，在白車身和輪轂零件中應用了很長時間[8]。 但由於鋁合金原材料成本高、焊接效能差、成型工藝等限制，其在飛機和高鐵座架上的應用相對成熟，在汽車座架中的應用較低，可作為汽車座座材料選擇的方向。
2.3 鎂合金。
與高強度鋼和鋁合金相比，鎂合金密度更低，重量更輕，強度、剛度、穩定性更高，導熱性和減振性更好，易於成型。 此外，鎂合金壓鑄模具的使用壽命是鋁合金的兩到三倍，工藝成本比鋁合金低，在座椅骨架中應用鎂合金進行輕量化設計有成功的先例。 然而，在壓鑄過程中，鎂合金容易出現微觀缺陷，疲勞強度低，與鋼連線時會出現電偶腐蝕問題。 以上就是鎂合金在座椅輕量化設計中的應用亟待解決的問題。
2.4 複合材料。
將PP、PA6等塑料材料與碳纖維、玻璃纖維等高強度材料混合而成的複合材料，也是未來純電動汽車座椅輕量化設計和選型的方向之一。 座椅骨架採用塑料和纖維複合材料，可使座椅重量減輕約40%，並可降低生產成本。 塑料材料也可以與金屬嵌體結合形成複合材料，採用注塑工藝形成座椅框架結構，還可以減輕重量和成本。 此外，由碳纖維預浸料和木纖維複合材料製成的座椅骨架，可以通過減輕座椅的重量和CO2排放來有效提高車輛的NVH效能，同時還能提高吸音功能。 由複合材料製成的座椅骨架與座椅導軌和躺椅等金屬部件之間的連線是骨架輕量化設計需要解決的主要問題。
近年來，出現了一種具有更大減重潛力的塑料發泡材料EPP（發泡聚丙烯），它重量輕，具有良好的穩定性、耐熱性、低溫特性和吸能性等，由於自身強度不足，需要與鋼骨架配套才能滿足強度要求。 由於原材料成本高昂，EPP材料的核心技術在國內還比較淺，但效能優異，也是未來座椅輕量化設計材料選擇的重點方向之一。
除上述材料外，再生藤木、生物基材料等更環保節能的材料，因其原材料成本低、加工性強、重量輕、可降解性強，也是未來輕量化座椅設計材料的研究方向。
3 未來座椅發展趨勢
座椅作為對使用者感知敏感的內飾部件之一，其結構和功能也與日俱增。 隨著消費者對汽車乘坐舒適性要求的不斷提高，各主機廠推出的部分車型座椅已經出現在座椅的八向調節、通風加熱系統、電動腰託、腿託、腳踏板、電動按摩、充電、多功能頭枕等功能配置上，甚至在一些高階車型上也成為標配。 汽車安全座椅正朝著智慧型網聯、人機互動、娛樂性和舒適性更強的方向發展。
3.1 智慧型聯網。
目前，汽車座椅的多向位置調節多由按鈕或旋鈕控制，部分座椅的按鈕或旋鈕排列得更隱蔽，不易找到，也占用空間。 未來，座椅勢必會配備越來越多的AI智慧型技術，座椅調節按鈕或旋鈕可能會消失，取而代之的是觸控螢幕，可以實時顯示座椅位置和靠背角度，以及座墊和靠背的溫度，並配備藍芽或智慧型語音系統，可以與手機等移動終端互聯， 座椅位置和溫度可以通過語音或移動終端進行調節。座椅具有記憶功能，當駕駛員和乘客坐在座椅上時，座椅位置和靠背角度可以根據他們的設定自動調節，座椅加熱或通風系統可以通過感測器監測的座墊溫度、濕度等訊號自動開啟。
此外，座椅還可以配備智慧型人體生理資訊採集裝置和定製的醫療診斷終端，通過座椅上布置的各種感測器採集駕駛員和乘客的體溫、呼吸頻率、心率等生理資訊，並輸入到醫療診斷終端，實現人員的日常健康監測和預警。
3.2.人機互動。
目前，一些高階車型已經配置了迎賓功能，即當駕駛員和乘客上落車時，座椅自動滑回一定預設距離，並以一定預設角度向外旋轉，方便人員上落車。 隨著三排座椅的陸續推出，以及消費者對車位空間和座艙靈活性要求的不斷提公升，未來車型的後排座椅也將配備迎賓功能。 在三排六座車型中，前後排座椅可配備長滑軌和側滑軌，使前後排座椅可以同時水平和垂直滑動，使機艙內空間的利用更加靈活。
此外，前後排座椅可根據車輛的邊界條件配備轉盤和小工作台，實現360°旋轉。 結合滑動副儀錶盤的配置，可實現座椅迎賓、會議、親子等多種場景模式。
當駕駛員和乘員就座時，座椅記憶功能會自動調整座椅位置和靠背角度。 在騎行過程中，當人的坐姿長時間發生很大變化時，座椅可以根據腳、腿、軀幹的角度資訊以及感測器收集計算的人體脊柱力，自動調整腳凳、腿託、腰部支撐、座墊和靠背的角度， 並可根據使用者定製自動觸發電動按摩功能，人機互動更強。
3.3 娛樂舒適性。
3.3.1.娛樂。
傳統的車載娛樂視聽導航系統多通過中控屏實現，控制布置在儀表板、門護板等位置的多個高低音揚聲器。 未來，座椅的結構和外觀將在很大程度上打破原有的座椅設計，並在座椅結構中加入更多新元素和新思路。 一些更高階的車型現在在座椅靠背後面有旋轉或摺疊顯示屏，以允許後排乘客**並控制娛樂系統。
一些座椅廠家已經開始研究座椅內頭枕音響和互動麥克風的配置，讓聲音能從座椅直接傳到人耳，避免影響駕駛員，保證行車安全。 駕駛員和乘客還可以通過麥克風直接控制導航系統，使出行更加方便快捷，打造更加智慧型、人機互動的沉浸式座艙。
3.3.2.舒適性。
一款已經上市的車型，由於使用了中央空調系統，取消了儀表板右側的手套箱，乘客側設定了座椅長滑軌，這為其配置女王副駕駛創造了條件，增加了腿託， 腳踏板和其他功能。女王的副駕駛可以使副駕駛乘員幾乎平躺，為乘員提供更靈活的乘坐空間。 未來，座椅將配備全包裹式安全氣囊，與座椅融為一體，為乘員提供更全面的安全保護。 、
為了減少因路面不平整、加速快、減速等原因造成的駕駛艙和人員的振動，未來汽車座椅的座墊和靠背將配備效能更好的減震裝置。 例如，座椅靠背可以根據駕駛員脊柱的運動自動移動，並始終將人體軀幹的角度保持在最舒適的範圍內，有效提高駕駛員和乘客的乘坐舒適度。
目前，已經出現了結合人體工程學和零重力技術的零重力座椅，零重力座椅的造型表面更符合人體工程學和人體脊柱的自然曲線，可以優化人體與座椅之間的壓力分布，使人體壓力分布更加均勻。 座椅面料採用優質皮革面料，可以使座椅手感更柔軟、更細膩，部分高階車型採用Nappa皮革作為座椅面料，可以為乘員帶來更極致的乘坐舒適性。 因此，零重力座椅也將是未來座椅發展的方向之一。
可以預見，結構和形狀更輕、配備AI技術的智慧型座椅將繼續出現在未來推出的新車型中。 消費者在購買汽車時，可以自由選擇不同功能和配置的座椅，也可以根據自己的實際需求定製座椅，從而真正實現人與車的融合。
4 結束語。
座椅作為影響純電動汽車乘坐舒適性的重要部件，在結構型別和形狀、結構引數更靈活、材料更輕、節能、環保等方面將更加多樣化。 AI技術的融合，將使未來純電動汽車的座椅更加智慧型化，使其向智慧型網聯、人機互動、娛樂舒適化方向發展，從而將汽車打造成乙個更安全、更舒適、更智慧型的移動房屋。
作者：孔凌陽。
*： 研究與應用
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