【干货】汽车零重力座椅来源与现状


零重力姿态 Neutral Body Posture
零重力姿态的概念起初是由美国航空航天局NASA针对零重力环境下宇航员身体姿势的研究中提出的。它描述了一种在零重力环境中,人体自然放松、且没有外力作用下而呈现的身体姿势,这个姿势称为「Neutral Body Posture」,简称NBP。
NASA第一次看到NBP来自NASA的第一个空间站Skylab,在那里拍摄到了机组人员在太空微重力条件下身体放松时的照片。这些照片表明,在太空微重力环境下,宇航员的身体将自动进入特定姿势,关节形成特定角度,四肢处于特定位置。

在早期人类太空旅行的航天器设计中,安全性胜过舒适性。美国宇航局约翰逊航天中心人类研究项目经理米赫里班·惠特莫尔描述说:“像双子座和阿波罗这样的早期太空舱体积很小,采用座椅驱动设计,大部分飞行活动都是在机组人员被束缚到座椅上时进行的。”
所以早期的航天硬件设计都是基于直立站立或乘坐的姿势,没有考虑NBP,导致航天机组人员不适,因为如果保持NBP以外的身体姿势需要消耗大量的力量。
到1980年代,NASA已在其人机系统集成标准 (MSIS) NASA-STD-3000(注:已被NASA-STD-3001所取代)中确定并记录了NBP的特征。MSIS指导了设计支持人类健康、安全和生产力的太空飞行系统的方法,旨在为所有NASA载人飞行器和系统的设计提供信息。具体来说,该机构使用NBP标准来设计空间工作站和工具。

因此后续的航天硬件系统设计都基于NBP进行适应性设计,同时将这个姿势的各个相关角度进行了参数化,以此来保证航天员在零重力环境下的安全、功能且舒适要求。
如下图显示的「Neutral Body Posture」是根据对Skylab上微重力环境中12个人的测量结果而创建的。

Neutral Body Posture in Spaceflight
汽车行业的零重力座椅起源
2005年,日产汽车公司的科学家和工程师将NASA的NBP研究作为开发日产汽车新驾驶员座椅的起点。
就像宇航员一样,汽车驾驶员需要安全、舒适地长时间高效地操作车辆。日产观察到一个人的姿势似乎对他在驾驶时的身体疲劳程度有直接影响,因此该公司决定使用 NASA的NBP作为舒适、平衡姿势的基准,以减轻驾驶者的疲劳感。
正如NASA对于NBP研究中所述,为了减少驾驶员的疲劳,日产旨在确保驾驶员的脊椎在其自然位置得到支撑以放松。日产认为这样的设计将成功地减少驾驶员背部、骨盆和躯干的肌肉负荷。
2006年,日产公布了其第一项关于其新实验座椅的研究结果,该座椅带有两段式靠背以保持NBP。结果证实,座椅支撑了脊柱和从骨盆到胸部的区域,并改善了血液流动。驾驶员坐在实验座椅上时的姿势保持在NBP附近,长期坐着的疲劳感大大降低。

日产研究的第二阶段于2007年发表,评估了高速公路上动态长期驾驶条件下的原型座椅。结果表明,与传统汽车座椅的疲劳程度相比,由于采用了新姿势,驾驶过程中的身体疲劳减少了 50%。作者坚持认为,座椅支撑的新驾驶姿势接近NASA在微重力条件下记录的NBP。
通过系统设计将座椅型面形状复制成满足NBP的姿态,提供从臀部到背部的连续支撑。通过与日本庆应义塾大学山崎实验室的联合研究,日产汽车采用了座椅模拟器和肌肉骨骼模型进行座椅分析,掌握了身体每个部位的承载能力和座椅表面形状的技术,将人体肌肉和脊椎区域的负载降至最低。在此基础上,通过控制局部变形特性和座椅靠背初始的形状,来实现汽车座椅对于乘客的最优支撑。
从根本上改变了座椅的结构,使长途驾驶更加舒适。

而日产在2013年的Altima中首次推出了源自NASA研究的座椅。

而日产之后,汽车市场上也出现了许多以搭载“零重力座椅”的车型,基本也都是参考日产通过优化座椅表面使其能更好贴合人体曲线,或是改善座椅表面柔软度(增加舒适性海绵)来减轻座椅对人体的缓冲来实现。

日产天籁

长安UNI-K

名爵MG5
新一阶段的零重力座椅
近几年由于自动驾驶的兴起,座舱内座椅形式具有更多可能性,行业内也开始重新对零重力座椅的定义进行更新迭代。
不单是改善座椅的支撑型面、发泡,同时也开始研究开发对整体座椅支撑功能进行调整,可以使座椅上乘客的乘坐的姿势、各个关节角度都可以获取更舒适的角度。
目前常规可调的座椅基础结构为四连杆机构,只能进行坐垫高度及小角度范围的调节,加上坐垫前端的倾斜角度调节范围普遍较小(0-6°),倾斜角度过小,则人体膝盖无法和心脏达到同一水平面,无法实现零重力的人体舒适角度,无法使乘客达到更舒适放松的状态。
为了实现真正意义上的零重力后躺的状态,需要对座椅骨架结构进行更新迭代,比如将四连杆结构升级成五连杆结构来实现,或其增加丝杆驱动结构等方式。
目前市面上已经发布概念或者量产的零重力座椅,如下:
法拉第未来FF91二排(未量产);
宝马新X7前排副驾(未量产);
起亚嘉华二排(量产);
现代库斯途二排(量产);
现代Ioniq 5前排主副驾(量产);
问界M7二排右座椅(量产);
领克概念车;
集度ROBO-01概念车;

2017年发布 - 法拉第未来FF91

2020年发布 BMW 新X7 ZeroG Lounger

起亚嘉华

现代库斯途

现代Ioniq 5

问界M7

领克THE NEXT DAY 天鹅绒零重力座椅概念

集度概念车ROBO-01
免责声明:
本文来源于CarSeatDesign汽车座椅设计,出于对原创的保护,转载的文章我们一般给与标注来源,转载目的是在于传递更多信息,并不代表本号赞同其观点和对其真实性负责。如涉及作品内容、版权和其它问题,请及时与我们联系,我们将在第一时间删除内容。
有任何问题可联系小编,微信:qcnwssj
 
到顶部