基于人機(jī)工程學(xué)的汽車座椅設(shè)計(jì)研究

田福松　羅龍飛

摘要基于人機(jī)工程學(xué)原理，探討了汽車座椅設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)該考慮的因素。本文結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)，從人的心理、生理特點(diǎn)出發(fā)，并結(jié)合汽車振動(dòng)特性、視野范圍以及空間分布，來分析人與座椅的相互關(guān)系和相互作用，從而得出能符合人機(jī)工程學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的，并將安全性、舒適性考慮進(jìn)來的汽車座椅的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞人機(jī)工程學(xué)舒適度座椅設(shè)計(jì)

0引言

人機(jī)工程學(xué)是近年興起的一門綜合性強(qiáng)的交叉學(xué)科，它著重于研究人、機(jī)、環(huán)境相互作用和關(guān)系的規(guī)律。以此優(yōu)化人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)的一門邊緣學(xué)科。其目的是讓人在使用機(jī)械的過程中感到“安全、健康、舒適、高效”。

一個(gè)性能優(yōu)良的汽車座椅主要取決于以下五個(gè)方面：①座椅與人體的人機(jī)界面能否為人提供舒適而穩(wěn)定的坐姿。②駕駛員（或乘坐人）-座椅-車輛系統(tǒng)能否有效地隔離或衰減來自路面不平度的激勵(lì)而產(chǎn)生的震動(dòng)以及駕駛員或乘坐人所承受的全身震動(dòng)負(fù)荷低于規(guī)定限值。③駕駛員（或乘坐員）-座椅-駕駛室系統(tǒng)的幾何位置關(guān)系能否為駕駛員提供良好的視野。④能否為駕駛員提供一個(gè)相對(duì)于各種操縱機(jī)構(gòu)的合適位置，使他能方便地進(jìn)行操作。⑤能否提高駕駛?cè)藛T的安全系數(shù)，當(dāng)發(fā)生碰撞或翻車事故時(shí)，讓駕駛員安全停留在駕駛座椅上。

1座椅的人機(jī)工程學(xué)要求

汽車的研發(fā)必須以人為本。因此汽車人機(jī)工程設(shè)計(jì)的任務(wù)就是開發(fā)出使駕乘人員覺得舒適、安全的，不易疲勞、操作高效方便的汽車產(chǎn)品。由于駕駛員身材體型相差較大，而一輛汽車又必須滿足多種不同身材體型的顧客群對(duì)機(jī)械裝置的操作使用要求，因此必須對(duì)人機(jī)工程進(jìn)行深入地研究。

人機(jī)工程學(xué)對(duì)座椅的要求有：

（1）較好的貼合感：座椅坐墊和靠背的形狀要求與人體背部、臀部及大腿底面的形狀相貼合。座椅較強(qiáng)的貼合感改進(jìn)了兩者接觸面積和部位。

（2）較好的橫向穩(wěn)定性：在汽車過彎道時(shí)，車體受到橫向加速度，乘員的身體將會(huì)發(fā)生傾斜，所以要將座椅的側(cè)面稍加高，這樣有助于胯部和大腿支撐身體。

（3）較好的背部和腰部的合理支承：汽車座椅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提供形狀和位置適宜的兩點(diǎn)支承，第一支承位于人體第5～6胸椎之間的高度上，作為肩靠能減輕頸曲變形；第二支承設(shè)置在腰曲部位，作為腰靠，能保證乘坐姿勢(shì)下近似于正常的腰曲弧線。

（4）各部合適的軟硬感：支撐乘員的身體是座椅的基本作用，它不只是一把安樂椅，將座椅表面設(shè)計(jì)堅(jiān)硬一些可以防止疲勞，但硬度過高則會(huì)與身體貼合感差，反而會(huì)壓迫身體的某一部分，使人過快地感到疲勞。

（5）振動(dòng)時(shí)較好的舒適性：要求有良好的共振頻率、靜態(tài)剛度和衰減特性。

2座椅的結(jié)構(gòu)參數(shù)

座椅的舒適性一般包含操作舒適性、坐姿舒適性、振動(dòng)舒適性三方面。駕駛座的操作舒適性和坐姿舒適性加之乘員座的坐姿舒適性則常通過座椅的尺寸參數(shù)和結(jié)構(gòu)得到一定程度的保證，而震動(dòng)舒適性卻不能只靠尺寸參數(shù)來保證。確定座椅尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)可以參考駕駛或乘坐姿勢(shì)下人體尺寸的測(cè)量值。

3在座椅設(shè)計(jì)中應(yīng)用人體模板

為了評(píng)價(jià)和了解汽車的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，考察汽車駕駛室內(nèi)主要人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)參數(shù)，我們通常要利用人體模板。在分析評(píng)價(jià)、考察研究、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)人機(jī)系統(tǒng)過程中，用人體參數(shù)為基礎(chǔ)建立的人體模型，它可以很好地用來描述力學(xué)特性和人體形態(tài)特征。在車身布置中最常用到的是SAEJ826人體模板，這種人體模板是根據(jù)人體測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和選擇而得到的標(biāo)準(zhǔn)人體尺寸來制作的。將人體模板置于1∶1模型或樣車的作業(yè)空間內(nèi)，或?qū)⒍S人體模型置于設(shè)計(jì)圖紙的相關(guān)位置，可用于校核設(shè)計(jì)的可行性和合理性。結(jié)合精確的人體模板中各種主要的人體參數(shù)，考察汽車室內(nèi)主要人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)。按照一定的經(jīng)驗(yàn)理論，根據(jù)人體模板的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，包括功能尺寸、人體靜態(tài)尺寸、作業(yè)尺寸等，確定相應(yīng)的座椅位置、汽車車廂空間、轉(zhuǎn)向盤、扶手、操控臺(tái)等的設(shè)計(jì)參數(shù)。具體分類上主要是人體的舒適性設(shè)計(jì)參數(shù)（座椅、室內(nèi)空間等），操作性設(shè)計(jì)參數(shù)（方向盤、控制臺(tái)、扶手、腳踏板等）以及安全性設(shè)計(jì)參數(shù)等。

4座椅空間位置的設(shè)計(jì)

為了達(dá)到操縱方便性和舒適性的要求，必須對(duì)座椅空間位置進(jìn)行設(shè)計(jì)。進(jìn)行此項(xiàng)內(nèi)容設(shè)計(jì)，讓駕駛員有開闊的視野范圍，對(duì)方向盤、離合踏板、制動(dòng)踏板等操作部件有合適的距離，以便駕駛員能夠方便舒適地操作。將汽車設(shè)計(jì)對(duì)人體的布置要求和人體的舒適坐姿聯(lián)系起來，布置座椅的位置，確定操縱裝置與座椅兩者之間的相對(duì)距離。座椅的高、寬、傾斜度、座深，靠背的高度、與座面的夾角等按照舒適坐姿選擇。利用人體樣板在汽車中進(jìn)行人體布置的原則，確定操縱裝置與座椅的相對(duì)距離。同時(shí)確定座椅在水平方向和垂直方向的調(diào)節(jié)量。

好的駕駛設(shè)計(jì)必須要保證駕駛員在連續(xù)幾個(gè)小時(shí)操作的情況下，身體能夠得到很好的支持。并且座椅必須有額外的空間，允許駕駛員坐在座椅上的任一邊或改變?cè)谧紊系慕嵌?，以便暫時(shí)使他的肌肉放松。

5駕駛座椅設(shè)計(jì)的安全性

5.1坐椅主動(dòng)安全性

汽車駕駛座椅預(yù)防事故發(fā)生的能力稱為主動(dòng)安全性。為了滿足主動(dòng)安全性的使用要求，汽車駕駛席的設(shè)計(jì)要從如何減輕駕駛員的疲勞進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。從為駕駛員提供舒適安全的作業(yè)環(huán)境出發(fā)，考慮合理的坐墊上壓力分布、座椅的尺寸設(shè)計(jì)、靠背上受到的壓力等，從而減輕疲勞。

5.2坐椅被動(dòng)安全性

當(dāng)發(fā)生事故時(shí)，保護(hù)乘員的能力稱為被動(dòng)安全性。在被動(dòng)安全性設(shè)計(jì)中，駕駛員的座椅相當(dāng)重要，應(yīng)該重點(diǎn)考慮。座椅被動(dòng)安全性設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到以下要求：發(fā)生事故時(shí)，應(yīng)該將對(duì)駕駛員的傷害程度降到最低；當(dāng)車輛發(fā)生事故時(shí)，駕駛員要保持住一定的坐姿，這樣才能使約束裝置發(fā)揮良好的效能；發(fā)生事故危害時(shí)，防止其它車輛進(jìn)入到駕駛空間，對(duì)駕駛員造成傷害。

5.3安全措施

提高安全性的措施主要有：加大座椅骨架強(qiáng)度，以滿足車輛駕駛席強(qiáng)度的要求；配備安全帶，在發(fā)生緊急剎車或正面碰撞事故時(shí)保護(hù)駕駛員；靠背和坐墊材料應(yīng)具備一定的阻燃要求，防止溫度過高時(shí)發(fā)生自燃。

6結(jié)束語(yǔ)

在汽車座椅設(shè)計(jì)中應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)，才能使其達(dá)到身體的各項(xiàng)生理和心理要求，以此確保駕乘人員的舒適性和行車安全性。隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)應(yīng)用的不斷深入，人機(jī)工程應(yīng)用在汽車設(shè)計(jì)中的方法也更加精確，人機(jī)工程學(xué)將更注重人的信息處理能力，更注重人-機(jī)-環(huán)境的完整研究，并運(yùn)用系統(tǒng)論、信息論等新興科學(xué)來研究這個(gè)新的系統(tǒng)，以創(chuàng)造出更適合于人類使用的汽車，使人機(jī)系統(tǒng)的綜合效能達(dá)到最佳水平。

現(xiàn)在越來越多的汽車座椅都開始利用人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)及其研究成果進(jìn)行設(shè)計(jì)了。只有以人機(jī)工程學(xué)的原理為基礎(chǔ)，考慮汽車駕駛座椅的設(shè)計(jì)，才能使其具備良好的舒適性、安全性。

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