第一篇：基于人機(jī)工程的汽車駕駛座椅研究的文獻(xiàn)綜述

基于人機(jī)工程的汽車駕駛座椅研究的文獻(xiàn)綜述

摘要：

汽車駕駛座椅設(shè)計(jì)中人機(jī)工程至關(guān)重要，而相關(guān)的研究論文不在少數(shù)。本文對(duì)關(guān)于人機(jī)工程汽車駕駛座椅研究的論文進(jìn)行匯總分析和對(duì)比，探索汽車駕駛座椅設(shè)計(jì)中考量人機(jī)因素的普遍狀況，得出汽車駕駛座椅設(shè)計(jì)的最普遍的設(shè)計(jì)規(guī)范，以及其中的規(guī)律和方法。并提出作者對(duì)于汽車駕駛座椅人機(jī)工程方面未來發(fā)展的可能性展望。

關(guān)鍵詞：汽車駕駛座椅；人機(jī)工程；設(shè)計(jì)規(guī)范；文獻(xiàn)綜述；

1.引言

汽車已經(jīng)深入人們生活，成為人們?nèi)粘３鲂械谋貍涔ぞ咧弧Ｆ囋趲Ыo人們方便的同時(shí)，交通事故卻頻繁發(fā)生。專家預(yù)估我國(guó)到2020年汽車保有量將達(dá)到2.5億輛。而我國(guó)交通事故已成為危害人類健康和社會(huì)發(fā)展的重大問題，也是我國(guó)人群傷害死亡的第一原因。其中影響駕駛員安全駕車的重要因素就是汽車駕駛座椅。在這樣的背景下，本文從人機(jī)工程角度對(duì)汽車座椅設(shè)計(jì)相關(guān)的論文進(jìn)行分析和對(duì)比，以期得出汽車駕駛座椅設(shè)計(jì)的最普遍的設(shè)計(jì)規(guī)范，以及其中的規(guī)律和方法。

人機(jī)工程學(xué)是一門新興的邊緣科學(xué)，又是一門多學(xué)科的交叉學(xué)科。它致力于探究“人、機(jī)、環(huán)境系統(tǒng)”之間的相互作用和關(guān)系。研究的目的則是通過各學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用，來指導(dǎo)工作器具、工作方式和工作環(huán)境的設(shè)計(jì)和改造，使得作業(yè)在效率、安全、健康、舒適等幾個(gè)方面的特性得以提高。善于利用人機(jī)工程的手段來指導(dǎo)汽車駕駛座椅設(shè)計(jì)，將極大提高駕駛員的操控效率和安全系數(shù)。

2.駕駛座椅人機(jī)因素對(duì)于駕駛安全的影響

汽車駕駛員在長(zhǎng)時(shí)間駕駛后（持續(xù)約4個(gè)小時(shí)后），身體生理和心理方面的機(jī)能將下降，同時(shí)駕駛員的大腦也會(huì)反應(yīng)遲鈍，這將直接影響到駕駛操作。這些癥狀的出現(xiàn)是在駕駛者無意識(shí)的情況下出現(xiàn)的，往往駕駛員自身并不能及時(shí)意識(shí)到。駕駛座椅作為駕駛員直接的載體，對(duì)駕駛體驗(yàn)關(guān)系頗為緊密。2.1 駕駛座椅人機(jī)因素對(duì)于駕駛員疲勞度的影響

“駕駛疲勞”是交通安全隱患最大的因素，交通事故中超過一半的事故都是因此而引起的。其影響因素主要因?yàn)轳{駛員的坐姿、駕駛座椅的震動(dòng)、溫度、濕度等。

駕駛員的坐姿是由“駕駛員自己的主動(dòng)坐姿”和“駕駛座椅的形態(tài)而導(dǎo)致的被動(dòng)坐姿”這兩個(gè)方面決定的。駕駛員可以主動(dòng)調(diào)整自己的坐姿來達(dá)成特定的操作目的等，但是主動(dòng)坐姿是費(fèi)力的，需要駕駛員刻意去完成。汽車駕駛過程中更多的姿態(tài)是由駕駛座椅的形狀決定的，駕駛員的身體會(huì)被動(dòng)去適應(yīng)座椅的姿態(tài)，達(dá)到最省力舒適的坐姿。這是駕駛座椅的人機(jī)因素對(duì)于駕駛過程的重要影響。不合乎人機(jī)關(guān)系的駕駛座椅將增加駕駛員的身體負(fù)擔(dān)，更容易導(dǎo)致駕駛疲勞，增加事故發(fā)生率。并且不貼合身體的座椅長(zhǎng)時(shí)間使用將使駕駛員患上身體疾病。

而駕駛座椅對(duì)于跑運(yùn)輸?shù)拇筘涇囻{駛員不但承擔(dān)駕駛輔助的功能，在夜間休息的時(shí)候又充當(dāng)休息睡覺臨時(shí)的床，駕駛座椅的舒適度和可調(diào)節(jié)性就更加重要。2.2 駕駛座椅人機(jī)因素對(duì)于汽車操控的影響

汽車座椅一方面要貼合駕駛員的臀部和背部，另一方面也要給考慮到駕駛操作的便利性。駕駛座椅為了達(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)?！白岏{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

【2】離，以便駕駛員能夠方便舒適地操作”。在進(jìn)行駕駛座椅設(shè)計(jì)的時(shí)候，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。同時(shí)也要預(yù)留座椅在水平方向和垂直方向的調(diào)節(jié)量。對(duì)于大貨車，需要考慮到駕駛員在車上睡覺的情況，座椅的可變形性十分重要，可以充當(dāng)臨時(shí)的床，給予駕駛員最舒適的駕車體驗(yàn)。

3.汽車駕駛座椅的人機(jī)工程學(xué)分析

3.1人機(jī)關(guān)系定性分析

要提高駕駛座椅的舒適度和安全性，是需要多方面的考量的。歸根究底，汽車的駕駛者是人，汽車座椅的設(shè)計(jì)和制造也是為了更好地方便人而展開的，因此，“人性化”是進(jìn)行汽車座椅設(shè)計(jì)的最重要的前提條件[5]。從人出發(fā)來思考駕駛座椅的設(shè)計(jì)，是基本的出發(fā)點(diǎn)。因此該設(shè)計(jì)就不僅需要對(duì)人機(jī)尺寸方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，也需要對(duì)整個(gè)駕駛體驗(yàn)過程中，座椅帶來的所有觸點(diǎn)進(jìn)行分析。3.1.1 身體貼合度和壓力分布分析

首先駕駛座椅也是座椅的一種，其關(guān)于座椅舒適性的規(guī)范與普通做一是一致的。關(guān)于一般座椅人機(jī)研究的論文指出：“良好坐姿的必要條件是將最適當(dāng)?shù)膲毫Ψ植加诒臣?/p>

[9]椎骨之間的椎間盤上，并將最適當(dāng)、最均勻的靜負(fù)荷量分布于所附著的肌肉組織上”。必須對(duì)人體的坐姿生理特性進(jìn)行分析研究：坐姿時(shí)的脊柱形態(tài)；坐姿的體壓分布；座墊上的體壓分布；靠背上的體壓分布。[1]

（1）坐姿時(shí)的脊柱形態(tài)。人處于不同的坐姿時(shí)，脊柱形態(tài)不同；只有座椅的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)使駕駛員的脊柱形態(tài)接近于正常自然狀態(tài)，才會(huì)減少腰椎的負(fù)荷及腰背部肌肉的負(fù)荷，防止駕駛疲勞發(fā)生。

（2）坐姿的體壓分布。當(dāng)座椅上的人處于坐姿狀態(tài)時(shí)，人的身體重量作用于座墊和靠背上的壓力分布，稱作坐姿的體壓分布；它包括座墊上的和靠背上的兩種體壓分布。

（3）座墊上的體壓分布。根據(jù)人體組織的解剖學(xué)特性可知，坐骨結(jié)節(jié)處是人體最能耐受壓力的部位，適合于承重，而大腿下靠近表面處因有下肢主動(dòng)脈分布，故不宜承受重壓。據(jù)此，座墊上的壓力應(yīng)按照臀部不同部位承受不同壓力的原則來分布，即在坐骨處壓力最大，向四周逐漸減少，至大腿部位時(shí)壓力降至最低值，這是座墊設(shè)計(jì)的壓力分布不均勻原則。

（4）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。[2] 3.1.2 駕駛座椅的穩(wěn)定性

駕駛座椅的穩(wěn)定性包括 “整體穩(wěn)定性”和“橫向穩(wěn)定性”[2]。整體穩(wěn)定性是指駕駛座椅盡可能貼合駕駛者，對(duì)駕駛員的身體進(jìn)行包裹，從而保證在汽車駕駛過程中座椅作為一個(gè)最穩(wěn)固的支點(diǎn)。駕駛過程中駕駛員隨時(shí)都要面對(duì)復(fù)雜的路況和突發(fā)情況，駕駛員對(duì)于座椅力的作用是多角度的。這就必須引出第二個(gè)概念：橫向穩(wěn)定性。它主要指的是在進(jìn)行駕駛的過程中，駕駛員一定避免不了遇見轉(zhuǎn)彎的路段，而汽車進(jìn)行轉(zhuǎn)彎的時(shí)候，人體承受的橫向加速度會(huì)讓駕駛員的身體出現(xiàn)擺動(dòng)的現(xiàn)象。為了讓駕駛員的身體更加端正，在轉(zhuǎn)彎的時(shí)候也盡可能地保證身體的穩(wěn)定性，就要在座椅的兩邊進(jìn)行加高，這樣盡管駕駛員承受著橫向加速度，兩跨和大腿也可以將身體支撐住，保持駕駛的穩(wěn)定。[5] 3.1.3 駕駛座椅的材質(zhì)

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。

支撐駕駛員的身體是駕駛座椅基本的功用，雖然人機(jī)工程的目標(biāo)之一是追求駕駛的舒適性，但是對(duì)于駕駛汽車來說安全才是第一位的。如果駕駛座椅的材質(zhì)過于柔軟，則容易導(dǎo)致安逸疲勞。而硬一些的座椅相比較于軟一些的座椅能夠更大程度地減輕駕駛員的疲勞感。應(yīng)當(dāng)綜合考慮汽車座椅與駕駛者的貼合度，合理地控制座椅設(shè)計(jì)的軟硬，在保證駕駛者不易疲勞的前提下，避免座椅與駕駛者不貼合的情況發(fā)生，設(shè)計(jì)出緩解疲勞的硬座椅。[5]。此外，合適的材質(zhì)選擇將有良好的透氣性，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間將身體貼于座椅上的駕駛員來說，這是提升舒適度的必要考量。3.1.4駕駛座椅的振動(dòng)和溫度

駕駛員與駕駛座椅并不是完全獨(dú)立的兩個(gè)物體，而是一個(gè)典型的人機(jī)系統(tǒng)。振動(dòng)和溫濕度對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的影響也十分重要，這是外部環(huán)境對(duì)于這個(gè)人機(jī)系統(tǒng)的影響。

（1）汽車駕駛座椅的設(shè)計(jì)不同于普通座椅設(shè)計(jì)，因?yàn)槠囋隈{駛中不可避免要產(chǎn)生振動(dòng)，而這個(gè)振動(dòng)對(duì)于駕駛員的影響也是很重要的一方面。駕駛員承受的振動(dòng)屬于全身振動(dòng)的范疇。有關(guān)研究表明，人體最敏感的頻率范圍為縱向振動(dòng)4～8 Hz，橫向振動(dòng)1～2 Hz。當(dāng)外界振動(dòng)接近器官的共振頻率時(shí)，振幅迅速增大，此時(shí)引起器官的生理反應(yīng)最大。振動(dòng)對(duì)駕駛員操作的影響主要表現(xiàn)為視覺作業(yè)效率的下降和操作動(dòng)作準(zhǔn)確性變差。當(dāng)達(dá)到一定限度時(shí)，皮質(zhì)細(xì)胞的工作強(qiáng)度將減弱，人就會(huì)感到疲勞，工作效率明顯下降。[1]因此要求駕駛座椅的設(shè)計(jì)有良好的共振頻率、靜態(tài)剛度和衰減特性。

（2）溫濕度。人體處于高濕度和高溫度的情況下，往往會(huì)感到身體不適，同時(shí)也將影響駕駛的持久度。研究表明[1]，駕駛員在駕駛狀態(tài)下的舒適溫度為18～23℃，舒適濕度為40%～60 %，代謝量為1.0～2.0 met，高于或低于這個(gè)范圍都會(huì)增加駕駛員的疲勞程度。駕駛座椅對(duì)駕駛員人體熱環(huán)境的影響主要來源于座椅外表面的溫度和濕度。座椅的外表面直接與人體接觸，接觸到人的背部、臀部和腿部等。這將直接影響到人體的散熱性能和皮膚的呼吸功能。如果溫濕度不適宜，將加速人體疲勞感的形成。3.2 人機(jī)關(guān)系定量研究

3.2.1 駕駛座椅的壓力測(cè)試和接觸面積研究

基于壓力分布實(shí)驗(yàn)的汽車座椅人機(jī)形態(tài)研究[3]的論文中指出：壓力分布實(shí)驗(yàn)是目前國(guó)內(nèi)外研究汽車座椅舒適性的主要方法之一，通過壓力分布實(shí)驗(yàn)，可以得到接觸面積、最大壓強(qiáng)、平均壓強(qiáng)和不對(duì)稱系數(shù)等8 個(gè)壓力分布指標(biāo)，其中，接觸面積、峰值壓強(qiáng)和平均壓強(qiáng)最能直觀地反應(yīng)乘坐的舒適度。并且文章中用三款座椅進(jìn)行壓力測(cè)試，如圖1所示。

圖1 三款座椅照片

座椅靠背縱切面曲線及坐墊中心縱冠面曲線，形態(tài)如圖2所示，其中B座椅的人及形態(tài)最為明顯，A座椅次之，C座椅再次之。

圖2 三款座椅的人機(jī)曲線

三款座椅的基本尺寸如表1所示：

表1 三款座椅的尺寸

該實(shí)驗(yàn)對(duì)6個(gè)人（4男2女）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出的接觸面積對(duì)比圖如圖3所示：

圖3 接觸面積對(duì)比圖

平均壓強(qiáng)對(duì)比如圖4所示：

圖4平均壓強(qiáng)數(shù)據(jù)對(duì)比

該實(shí)驗(yàn)最終對(duì)三款椅子的舒適度總評(píng)成績(jī)?yōu)锳座椅6.07435，B座椅6.71245，C座椅5.640275。實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：A 款座椅的在人機(jī)形態(tài)方面只注重了坐墊的設(shè)計(jì)，而靠背的設(shè)計(jì)缺有欠缺，尤其是A 款座椅的腰部支撐，下腰部骶骨處位置空缺，因此造成了靠背接觸面積與坐墊的關(guān)系成正比變化。B 座椅在人機(jī)形態(tài)方面，其靠背的高度有所增加，因此背部的接觸面積與人體能較好的貼合，并且隨著身高的改變而增大背部的人機(jī)接觸面，因此可知，靠背尺寸高一些、人機(jī)形態(tài)更貼合的座椅擁有更高的舒適性。C 款座椅的這種特殊性還需要進(jìn)一步分析原因。但是，缺少人機(jī)形態(tài)的造型，使人機(jī)接觸面通過人體壓力自然形成的情況會(huì)降低舒適感。[3] 這個(gè)實(shí)驗(yàn)中舒適度主要與接觸面積相關(guān)，接觸面積越大，平均壓強(qiáng)將減小。對(duì)于特定的駕駛者來說，單位面積所受到的壓強(qiáng)也將減小。而合理的駕駛座椅設(shè)計(jì)不僅要考慮審美上的愉悅，而是需要經(jīng)過人機(jī)工程實(shí)驗(yàn)的反復(fù)檢測(cè)才能確定最理想的形態(tài)。從而緩解駕駛員的疲勞程度，獲得更好的駕駛體驗(yàn)。

而從汽車座椅靜態(tài)舒適度研究[6] 中可以得知人體在坐墊上最適宜的體壓分布圖，如圖5所示。

圖5 人體在坐墊上最適宜的體壓分布圖

從圖中可以明顯的看到人的臀部收到的壓力最為集中，通過座椅形態(tài)的設(shè)計(jì)來分解臀部壓力集中部位的壓力是至關(guān)重要的。3.2.2 駕駛座椅的人機(jī)尺寸研究

駕駛員的最佳坐姿是臀部離開座椅的靠背并輕微前移，論文汽車駕駛座椅人機(jī)工程設(shè)計(jì)[3]中對(duì)于人機(jī)尺寸進(jìn)行了客觀測(cè)量，并依照國(guó)標(biāo)進(jìn)行修正。舒適駕駛坐姿的人體生理角度值如圖6所示：

圖6舒適駕駛坐姿的人體生理角度示意圖 舒適駕駛坐姿的人體生理角度值如表2所示：

表2 舒適駕駛坐姿的人體生理角度值

并進(jìn)一步經(jīng)過研究實(shí)驗(yàn)得出汽車座椅外觀尺寸與設(shè)計(jì)依據(jù)，如表3所示。

表3 汽車座椅外觀尺寸與設(shè)計(jì)依據(jù)

4.討論和展望

4.1 駕駛座椅人機(jī)尺寸的意義和進(jìn)一步研究的方向

通過對(duì)這些文獻(xiàn)的研讀和分析，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到汽車駕駛座椅設(shè)計(jì)的難度和重要性。座椅的人機(jī)考量從靜態(tài)尺寸的研究中發(fā)現(xiàn)舒適度與座椅形態(tài)設(shè)計(jì)之間的緊密關(guān)聯(lián)，未來對(duì)于駕駛座椅的設(shè)計(jì)不但要從外觀方面出發(fā)，更要參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)有文獻(xiàn)進(jìn)行人機(jī)方面的修正。座椅設(shè)計(jì)模型樣品也要進(jìn)一步進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，通過壓力分布和平均壓強(qiáng)的測(cè)量，并進(jìn)一步優(yōu)化座椅造型，如此反復(fù)進(jìn)行，直到達(dá)到較為均勻的壓力分布。從而幫助駕駛員減輕身體負(fù)擔(dān)，給予更舒適的支撐和保護(hù)。

但是進(jìn)一步展望未來駕駛座椅研究，會(huì)發(fā)現(xiàn)目前的研究基本都是基于靜態(tài)的人機(jī)尺寸研究，雖然有關(guān)于動(dòng)態(tài)的人機(jī)尺寸研究的描述，但是研究?jī)?nèi)容并不深入。而駕駛員在駕車的過程中，往往會(huì)有除了主任務(wù)“駕駛”之外的副任務(wù)，比如看手機(jī)、看地圖、聽音樂等等。這些行為的作用范圍是否在駕駛員的合理人機(jī)范圍之內(nèi)，是否會(huì)對(duì)駕駛員的駕駛產(chǎn)生負(fù)面影響而導(dǎo)致事故，這些都還有待研究驗(yàn)證。另外，路況和身邊人、物品對(duì)于駕駛員的的影響和干擾都是不可忽視的影響因素。4.2 駕駛座椅可變形性分析和展望

駕駛座椅人機(jī)研究還有待深入考慮可變性帶來的一系列變化和影響。一方面因?yàn)椴煌说纳砀?、體重、身材等不盡相同，對(duì)于可變形性座椅的需求顯現(xiàn)出來；另一方面，對(duì)于跑長(zhǎng)途的駕駛員，往往需要在駕駛座椅上短暫休息或者睡覺，這時(shí)候駕駛座椅需要臨時(shí)變形成床的姿態(tài)。這兩方面都要求駕駛座椅需要進(jìn)行可變形性的人機(jī)工程研究。以期得出可變性座椅對(duì)于不同身材駕駛員身材的匹配方法和可行性，以及可變形性駕駛座椅睡姿的人機(jī)工程分析。這些將有助于構(gòu)建更加舒適、便捷、安全的駕駛體驗(yàn)。

5.結(jié)論

本文通過對(duì)汽車駕駛座椅人機(jī)工程方面論文的匯總和研讀，明確了駕駛座椅設(shè)計(jì)時(shí)既要考量身體貼合度、穩(wěn)定性、材質(zhì)、振動(dòng)和溫度這些因素，又要進(jìn)一步定量研究座椅的平均圧力分布情況，以指導(dǎo)座椅的造型設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)未來的駕駛座椅的動(dòng)態(tài)尺寸研究和可變形性研究進(jìn)行了思考和展望。運(yùn)用人機(jī)工程的方法將使汽車座椅的設(shè)計(jì)從生理指標(biāo)的數(shù)據(jù)化、定量化進(jìn)行研究，座椅的舒適度、便捷性、合理性以及安全性都將得到更好的保障。

參考文獻(xiàn)

1.基于人機(jī)工程學(xué)的抗疲勞汽車座椅設(shè)計(jì)_馮飛燕 2.基于人機(jī)工程學(xué)的汽車座椅設(shè)計(jì)研究_田福松 3.基于壓力分布實(shí)驗(yàn)的汽車座椅人機(jī)形態(tài)研究_張萍 4.汽車駕駛座椅人機(jī)工程設(shè)計(jì)_沈青 5.汽車座椅的人機(jī)工程學(xué)分析_陳杰 6.汽車座椅靜態(tài)舒適性研究_張?zhí)m

7.基于人機(jī)工程學(xué)的汽車座椅設(shè)計(jì)研究_庫(kù)拉什_沙亞別克 8.基于人機(jī)形態(tài)的汽車座椅舒適性研究_文雅 9.基于人機(jī)工程學(xué)的座椅設(shè)計(jì)研究綜述_羅劍英

10.Incorporating Malaysian’s Population Anthropometry Data in the

11.Design of an Ergonomic Driver’s Seat.Baba Md Derosa,*, Nor Hassanil Hanief Hassana, Dian Darina Indah Daruisb& Shamsul Bahri Mohd Tamrina,b 12.Ergonomics assessment of locally fabricated passenger seats introtro vehicles in Accra, Ghana.Sophia Tetteha,?, Larisa Bowen-Dodoob, Samuel Kojo Kwofieb

第二篇：汽車駕駛座椅安全人機(jī)設(shè)計(jì)（小編推薦）

汽車駕駛座椅安全人機(jī)設(shè)計(jì)

摘要：本文以人因分析為手段，以設(shè)計(jì)出公道的駕駛座椅來滿足駕駛員人體安全、舒適為設(shè)計(jì)目標(biāo)，得到結(jié)論：駕駛座椅安全性設(shè)計(jì)應(yīng)著重考慮人（駕駛員）坐姿生理特性及人體對(duì)車內(nèi)振動(dòng)、微天氣的反應(yīng)等兩大方面。并從主動(dòng)安全性設(shè)計(jì)、被動(dòng)安全性設(shè)計(jì)兩個(gè)方面詳盡分析了駕駛座椅安全性設(shè)計(jì)的思路，以期達(dá)到對(duì)汽車駕駛座椅的安全性設(shè)引計(jì)提供

一

定的指

導(dǎo)

作

用

。言

汽車中的座椅是影響駕駛與乘坐舒適程度的重要設(shè)施，而駕駛員的座椅就更為重要。舒適而操縱方便的駕駛座椅，可以減少駕駛員疲憊程度，降低故障的發(fā)生率[1]。汽車駕駛員座椅設(shè)計(jì)優(yōu)劣與否直接關(guān)系

到

駕

駛

質(zhì)

量。

本文以人因分析為手段，以設(shè)計(jì)出公道的駕駛座椅來滿足駕駛員人體安全、舒適為設(shè)計(jì)目標(biāo)，得到結(jié)論：駕駛座椅安全性設(shè)計(jì)應(yīng)著重考慮人（駕駛員）坐姿生理特性及人體對(duì)車內(nèi)振動(dòng)、微天氣的反應(yīng)等兩大方面。并從主動(dòng)安全性設(shè)計(jì)、被動(dòng)安全性設(shè)計(jì)兩個(gè)方面詳盡分析了駕駛座

椅

安

全

性

設(shè)

計(jì)的思

路。

1.人—座椅系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)中人的因素分析

任何系統(tǒng)實(shí)際上都是人機(jī)系統(tǒng)，人機(jī)系統(tǒng)包括人、機(jī)、環(huán)境三個(gè)方面[2]。顯然駕駛員-座椅也屬于人機(jī)系統(tǒng)研究的范疇。人機(jī)系統(tǒng)的安全模式多以人的行為為主體，即以人為本。對(duì)人機(jī)系統(tǒng)的研究始于第二次世界大戰(zhàn)。在設(shè)計(jì)和使用高度復(fù)雜的軍事裝備中，人們逐步熟悉到必須把人和機(jī)器作為一個(gè)整體，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮人的因素。

1.1 人（駕駛員）坐姿生理特性分析（1）

坐

姿

時(shí)

脊

柱

形

態(tài)

人坐著時(shí)，身體主要由脊柱、骨盆、腿和腳支承。脊柱位于人體的背部中心，是構(gòu)成人體的中軸。人處于不同的坐姿時(shí)，脊柱形態(tài)不同，只有座椅的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)使駕駛員的脊柱形態(tài)接近于正常自然狀態(tài)，才會(huì)減少腰椎的負(fù)荷以及腰背部肌肉的負(fù)荷，防止駕駛疲憊發(fā)生（2）

坐

姿

體

壓

分

。布

當(dāng)座椅上的人處于坐姿狀態(tài)時(shí)，人的身體重量作用于座墊和靠背上的壓力分布稱作坐姿的體壓分布[3]。可見，坐姿體壓分布包括座墊上的體壓分布和靠背上的體壓分布兩部分。① 座

墊

上的體

壓

分

布

根據(jù)人體組織的解剖學(xué)特性可知，坐骨結(jié)節(jié)處是人體最能耐受壓力的部位，適合于承重，而大腿下靠近表面處因有下肢主動(dòng)脈分布，故不宜承受重壓。據(jù)此座墊上的壓力應(yīng)按照臀部不同部位承受不同壓力的原則來分布，即在坐骨處壓力最大，向四周逐漸減少，自大腿部位時(shí)壓力降至最低值，這是座墊設(shè)計(jì)的壓力分布不均勻原則。圖1為坐姿時(shí)座墊上的體壓分布[4]。

圖 1坐姿時(shí)座墊上的體壓分布

② 靠

背

上的體

壓

分

布

靠背上的體壓分布也以不均勻分布，壓力相對(duì)集中在肩胛骨和腰椎兩個(gè)部位。從這兩個(gè)部位向外，壓力應(yīng)逐步降低。1.2 人體對(duì)車內(nèi)振動(dòng)、微天氣的反應(yīng)（1）

人

體

對(duì)

振

動(dòng)的反

應(yīng)

駕駛員坐在行使中的汽車上所承受的振動(dòng)屬于全身振動(dòng)的范疇。

有關(guān)研究表明，人體最敏感的頻率范圍為縱向振動(dòng)4~8Hz，橫向振動(dòng)1~2Hz。當(dāng)外界振動(dòng)接近器官的共振頻率時(shí)，即產(chǎn)生共振，振幅迅速增大，此時(shí)引起器官的生理反應(yīng)最大。外界振動(dòng)傳進(jìn)人體時(shí)所引起的增大或減弱效應(yīng)與身體在振動(dòng)系統(tǒng)中的姿勢(shì)有關(guān)，一般來說，坐姿工作時(shí)，由于人腿的減振作用大大降低，抗振性要比站姿工作時(shí)差，特別是脊柱和胃部受到振動(dòng)的損害，因此坐姿作業(yè)者輕易產(chǎn)生脊柱損傷和胃

病

這

兩

種

職

業(yè)

病。

振動(dòng)對(duì)駕駛員操縱的影響主要表現(xiàn)為視覺作業(yè)效率的下降和操縱動(dòng)作正確性變差。當(dāng)振動(dòng)頻率低于2Hz時(shí)，由于眼肌的調(diào)節(jié)補(bǔ)償作用，使視網(wǎng)膜上的映像相對(duì)穩(wěn)定，因此對(duì)視覺的干擾作用不大，但當(dāng)振動(dòng)頻率大于4Hz時(shí)，視覺作業(yè)效率將受到嚴(yán)重的影響，振動(dòng)頻率為10~30Hz時(shí)，對(duì)視覺的干擾最大，振動(dòng)頻率為50Hz、加速度為2m/s2時(shí)，視覺下降約50%。振動(dòng)對(duì)操縱動(dòng)作正確性的影響，主要是由于振動(dòng)降低了手（或腳）的穩(wěn)定性，從而使操縱動(dòng)作的正確性變差，而且振幅越大，影響越大。另外人體在振動(dòng)環(huán)境中會(huì)加速疲憊過程。當(dāng)振動(dòng)環(huán)境中的振動(dòng)特性處于人體神經(jīng)系統(tǒng)的敏感區(qū)域時(shí)，這種刺激頻繁傳進(jìn)大腦皮質(zhì)，引起大腦皮質(zhì)細(xì)胞興奮。當(dāng)達(dá)到一定限度時(shí)，皮質(zhì)細(xì)胞的工作強(qiáng)度將減弱，人就會(huì)感到疲憊，工作效率明顯下降。（2）

微

天

氣

研究表明[5],駕駛員在駕駛狀態(tài)下的舒適溫度為18℃～23℃，舒適濕度為40%～60%，代謝量為1.0～2.0met。座椅對(duì)人體熱環(huán)境的主要影響因素有：座椅表面的溫度和濕度。座椅表面的溫濕度特性將影響人體背部、臀部、下體等部位的散熱性能及皮膚的呼吸功能，當(dāng)其溫濕度特性與人體生理性能不適應(yīng)時(shí)將引起人體局部不快感，從而加2.速駕人駛

體座

疲椅

憊安的全

形性

成設(shè)

。計(jì)

基于以上分析，以人體舒適性、安全性為目標(biāo)進(jìn)行駕駛座椅安全性設(shè)計(jì)2.1 主

動(dòng)

安

全

。性

主動(dòng)安全性是指汽車駕駛座椅防止事故的能力。汽車駕駛座椅的主動(dòng)安全性設(shè)計(jì)主要從減輕駕駛員的疲憊進(jìn)手進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，以滿足主動(dòng)安全性要求。如前論述，主動(dòng)安全性主要考慮公道的座椅尺寸設(shè)計(jì)、座墊上公道的體壓分布、靠背上公道的體壓分布等為駕駛員提供一個(gè)舒適的作業(yè)環(huán)境，減輕駕駛員的疲憊，從而保證駕駛座椅主動(dòng)安全（性1）的座

設(shè)

椅

計(jì)尺

要寸

求設(shè)

。計(jì)

駕駛座椅尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究把留意力集中在人體生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)駕駛舒適程度的影響上，尋求最佳的座椅結(jié)構(gòu)型式、尺寸、輪廓外形及材料選擇。座椅尺寸設(shè)計(jì)[4][6]主要參數(shù)包括：椅面高度、寬度、深度、椅面傾角；靠背的高度、寬度和傾角。座椅尺寸設(shè)計(jì)涉及主要參數(shù)如圖2中所示。

A.持面高度B.持面寬度C.持面深度 D.金背高度Q.余背傾角盡持面

傾角

圖 2 座椅尺寸設(shè)計(jì)主要參數(shù)

椅面高度A：椅面高度定義為椅眼前緣至駕駛員踵點(diǎn)的垂直間隔。在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮到兩點(diǎn)：椅面過高會(huì)使大腿肌肉受壓，椅面過低就會(huì)增加背部肌肉負(fù)荷。駕駛座椅的椅面高度應(yīng)低些。

椅面寬度B：在空間答應(yīng)的條件下，以寬為好。但對(duì)于汽車駕駛座椅來講，駕駛員坐姿單一，不涉及變換姿勢(shì)，通常設(shè)計(jì)應(yīng)以滿足最寬人

體需要為準(zhǔn)。椅面深度C：指椅眼前緣至靠背前面水平間隔。其尺寸應(yīng)滿足：腰部得到靠背的支承；椅眼前緣與小腿之間留有適當(dāng)間隔，以保證大腿肌肉不受擠壓，腿彎部分不受阻礙。

靠背高度D及寬度：靠背的高度和寬度與坐姿肩高和肩寬有關(guān)，對(duì)于汽車駕駛座椅靠背的高度應(yīng)采取高靠背，最好加靠枕?？勘硟A角α：靠背傾角是指靠背與椅面水平方向的夾角。椅面傾角β：指椅面與水平之間的夾角。主要考慮到為了防止人體臀部向前滑動(dòng)而是椅眼前緣向后傾。此角不易過大，否則會(huì)增加大腿下平面與座墊前緣的壓力，從而減少雙腳著地的負(fù)荷，阻礙血液循環(huán)，引起身心疲憊。

通過以上座椅尺寸參數(shù)的確定，以保證駕駛員人體脊柱曲線更接近于正常生理脊柱曲線。舒適坐姿的各關(guān)節(jié)的角度應(yīng)該滿足圖3中所示的要求角度[7]。

圖3舒適坐姿的關(guān)節(jié)角度（2）座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了保證座墊上公道的體壓分布，座墊應(yīng)堅(jiān)實(shí)平坦。太軟的椅子輕易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，從而導(dǎo)致腰酸背痛的現(xiàn)象的產(chǎn)生。研究表明[4]：過于松軟的椅面，使臀部與大腿的肌肉受壓面積增大，不僅增加了軀干的不穩(wěn)定性，而且不易改變坐姿，輕易

差

生

疲

憊。

依據(jù)靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證有靠背兩點(diǎn)支承即就是人體背部和腰部的公道支承。汽車座椅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提供外形和位置適宜的兩點(diǎn)支承，第一支承部位位于人體第5~6胸椎之間的高度上，作為肩靠；第二支承設(shè)置在腰曲部位，作為腰靠。肩靠能減輕頸曲變形，腰靠能保證乘坐姿勢(shì)下的近似于正常的腰弧曲線。（3）

座

椅

材

料

選

擇

座椅材料的選擇主要考慮到以下兩個(gè)方面：振動(dòng)舒適性以及座椅對(duì)人體熱環(huán)境的主要影響。座椅材料是座椅的主要減振元件，要想使座椅獲得較低的振動(dòng)傳遞率，使座椅有較高的振動(dòng)舒適性，必須采用合適的座

墊

和

靠

背

減

振

材

料。

根據(jù)駕駛室的微天氣環(huán)境，調(diào)整座椅表面的溫濕度特性，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)人體代謝，達(dá)到減輕疲憊的目的。如進(jìn)步座椅材料的呼吸能力，增加材料的透氣性,在不同的季節(jié)條件、溫濕環(huán)境下使用不同的座椅面料，以及在中高檔汽車中采用主動(dòng)透風(fēng)式座椅,消除駕駛員在座墊表面和背部表面所產(chǎn)生的熱量，使人體與座椅接觸區(qū)保持適宜的溫濕度等措施均能改善座椅表面的溫濕度特性，減輕駕駛疲憊。2.2座椅振動(dòng)舒適性設(shè)計(jì)

座椅材料是座椅的主要減振元件，那么在座椅振動(dòng)舒適性設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮的就是從座椅材料的選擇上下功夫來保證座椅振動(dòng)舒適性。座椅的結(jié)構(gòu)外形也不同程度的影響其振動(dòng)舒適性。由于椎間盤有較大的壓縮潛力和很好的彈性，所以脊柱具有忍受較強(qiáng)的縱向振動(dòng)的能力。在橫向上，脊柱只有前縱韌帶分別附在腰間盤的前緣和后緣并起一定的作用。因此，人體脊柱忍受橫向力的能力很低。在設(shè)計(jì)座椅時(shí)必須使其具有抵抗橫向振動(dòng)的能力。座椅靠背后傾斜使腰部背部得到依靠，加之靠背襯墊的適度柔軟性，致使摩擦力增大，可緩沖橫向振動(dòng)對(duì)人體的沖擊，同時(shí)靠背兩側(cè)稍隆起、椅面的外形(如圖2)兩邊向上隆起，也能減輕人體的橫向移動(dòng)趨勢(shì)，使人感覺乘坐舒適。2.3 座

椅

空

間

位

置

設(shè)

計(jì)

座椅空間位置設(shè)計(jì)就是為了達(dá)到操縱舒適性的目標(biāo)，而進(jìn)行駕駛座椅空間位置設(shè)計(jì)以確保駕駛員有良好的視野，同時(shí)對(duì)汽車轉(zhuǎn)向盤、腳踏板等操縱部件有恰當(dāng)?shù)牟倏v要求間隔，以達(dá)到操縱舒適性的終極目的。圖4列出了駕駛作業(yè)空間設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。

圖4駕駛作業(yè)空間設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)

2.4 駕駛座椅被動(dòng)安全性設(shè)計(jì)

被動(dòng)安全性是指事故發(fā)生時(shí)，保護(hù)乘員的能力。駕駛座椅作為安全部件，是汽車被動(dòng)安全性設(shè)計(jì)的主要考慮部件之一?？紤]進(jìn)步駕駛員的人身安全性，汽車駕駛座椅被動(dòng)安全性設(shè)計(jì)目標(biāo)為：

（1）在事故中要保證駕駛員處在自身的生存空間之內(nèi)，并防止其他車載體進(jìn)進(jìn)到這個(gè)空間；

（2）要保持駕駛員在事故發(fā)生時(shí)，保持一定的姿態(tài)，以使其他的約束系統(tǒng)能充分發(fā)揮其保護(hù)效能；

（3）在事故中，使得事故后果對(duì)駕駛員的傷害降低到最小限度。

目前采取的主要安全措施：進(jìn)步座椅骨架強(qiáng)度，達(dá)到汽車駕駛座椅強(qiáng)度的要求值；設(shè)置座椅安全帶，使在緊急制動(dòng)或正面撞車時(shí)不致將駕駛員碰傷；達(dá)到一定的阻燃要求，坐墊和靠背材料應(yīng)達(dá)到汽車內(nèi)飾材料燃燒特性技術(shù)要求的規(guī)定。3 結(jié)束語(yǔ)

從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā)，進(jìn)行汽車駕駛座椅的設(shè)計(jì)，使駕駛座椅具有良好坐姿舒適性、振動(dòng)舒適性、操縱舒適性和安全性的必要手段。

目前，固然已有企業(yè)在利用人機(jī)工程學(xué)的研究成果來設(shè)計(jì)駕駛員座椅了，但對(duì)設(shè)計(jì)出來的駕駛座椅還不夠完善，因此建立一個(gè)從分析一設(shè)計(jì)的系列開發(fā)過程有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。人機(jī)工程學(xué) 超市手推車案例分析

人機(jī)工程學(xué)——超市手推車設(shè)計(jì)案例分析 人機(jī)工程學(xué)——超市手推車設(shè)計(jì)案例分析

人一手推車系統(tǒng) ：手推組成超市手推車的功能是供人超市購(gòu)物時(shí)運(yùn)載貨物，方便顧客購(gòu)物。就發(fā)揮超市手推車的功能作用而言，把人和超市手推車看成是一個(gè)系統(tǒng)整體是完全合理的。1．人與手推車部件的關(guān)系

車把人-車界面關(guān)系 ：車筐、車架、車輪、車架、車筐和車把是手推車的基本組成構(gòu)架。車輪和車架將車筐、車把固定在相互間正確的位置上，保證手推車的整體性，實(shí)現(xiàn)手推車的功能。從人機(jī)關(guān)系來看，車架、車筐和車把的位置和大小，與推車人的身高，推車手臂位置以及身體舒適度有關(guān)。2.人與車把關(guān)系

手推車把手的作用是承受人推車時(shí)的推力，使得手推車前進(jìn)。為了使人省力和有舒適感，必須在推車人的體格與手推車元件的尺寸關(guān)系上下功夫，即研究人體上肢手臂與手推車把手之間的相互位置 關(guān)系。保證人在購(gòu)物推車時(shí)的舒適度，才能使人購(gòu)物時(shí)候心情放松愉悅。3.人與車筐關(guān)系

車筐是用來載放選好的商品的。人在購(gòu)物時(shí)選好商品以后將商品從貨架上取下放到手推車的車筐中，購(gòu)物結(jié)束后再將買到的東西從手推車中取出帶走。車筐的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要有合適的大小和能讓人感到舒適的位置。對(duì)于一些帶孩子購(gòu)物的購(gòu)物群體，還要滿足能夠保證孩子安全的需要。4.人與車架關(guān)系

車架是用來安裝車輪和支撐車筐的部件。車架下面裝上車輪能夠讓人輕松自然地推動(dòng)手推車前進(jìn)；同時(shí)車架上面安裝上車筐使人在選取商品時(shí)能夠有一個(gè)好的舒適感。在設(shè)計(jì)手推車各部件的時(shí)候，應(yīng)該著眼于推車人推車時(shí)身體能夠處于輕松、自然、舒適的狀態(tài)，這樣才可能設(shè)計(jì)出同推車人身體體格相適應(yīng)的手推車，才不會(huì)出現(xiàn)推車時(shí)推車人很累的現(xiàn)象。

二、影響手推車性能的人體因素 影響手推車性能的人體因素 手推車

1．人的體格因素。以身高為基本因素，手臂、腿、步幅等的長(zhǎng)度與身高成比例，從而手推車的把手高度、車筐 高度、車架與人體間的距離就取決于身高。

2．人的平衡機(jī)能推車人本身的平衡機(jī)能也是影響手推車性能的重要因素，如果缺少平衡機(jī)能，哪怕是運(yùn)動(dòng)性能很好的手推車也不能平穩(wěn)前進(jìn)；若人有很好的平衡機(jī)能，也可以掩蓋手推車設(shè)計(jì)上的某些缺陷。

3．人的手和握力人的手和握力，男性和女性，成年人和兒童，手的大小和握力都不相同。為了長(zhǎng)時(shí)間握住把手推 車而不致使手有酸痛麻木的感覺，希望把手的設(shè)計(jì)能夠使人很輕松自然地就能推動(dòng)車子。

4．人的疲勞人體疲勞和疼痛是對(duì)推車出力性能的不利因素，其產(chǎn)生原因有人體因素，也有手推車結(jié)構(gòu)因素。疲勞和疼痛一般是由于推車姿勢(shì)不合適，身體某些部位負(fù)擔(dān)過大等引起的。

三、手推車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要素分析 手推車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要素分析

影響手推車性能的因素除了上述人的因素外，還有許多機(jī)械因素。為了獲得手推車較佳的性能，必須把人的因素與機(jī)械因素有機(jī)地結(jié)合起來，以使人一車協(xié)調(diào)。

1．手把位置高度手推車車把位置高度設(shè)計(jì)，要按人的身高或肢體長(zhǎng)度來考慮高度問題，則可使人省力和舒適。通常車把高度一般到人體腰部左右，這樣人推車時(shí)手臂會(huì)處于很輕松舒適的的狀態(tài)。2．車筐位置合適的車筐位置是由推車人選購(gòu)貨物時(shí)往車?yán)锓胚x好的商品和從車筐里往外取商品的姿勢(shì)舒適度來決定的。

3．車架位置如果車架安裝的過于接近身體，則會(huì)使人在推車過程中兩腿不能自然前伸，步幅小于正常長(zhǎng)度，容易使人產(chǎn)生疲勞；如果車架安裝的過于遠(yuǎn)離身體，則會(huì)增加手推車把手長(zhǎng)度，減弱手推車平穩(wěn)性。車架裝的過高會(huì)影響到車筐的大小和高度。

四、人一手推車動(dòng)態(tài)特性分析人一手推車動(dòng)態(tài)特性分析手推 1．動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性

手推車的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是推動(dòng)車的過程中的穩(wěn)定，是一種動(dòng)態(tài)平衡的穩(wěn)定性。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性影響到推車 行走中的動(dòng)作，包括直進(jìn)穩(wěn)定性和左右轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性。顯然，穩(wěn)定性對(duì)手推車的使用是必不可少的特性。2．轉(zhuǎn)向特性

手推車的車輪與車架安裝時(shí)采用的方式可以使車輪在前后左右方向上任意轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向時(shí)只要內(nèi)側(cè)手臂施加拉力外側(cè)手臂施加推力就可使手推車轉(zhuǎn)向。

文：trolley 購(gòu)物車是指超市等大型自選商場(chǎng)中，顧客用于暫時(shí)存放所選商品的一種手推車。購(gòu)物車可分為：人字購(gòu)物車，美式購(gòu)物車，澳式購(gòu)物車，日式購(gòu)物車，平板購(gòu)物車，塑料購(gòu)物車等。人字購(gòu)物車是現(xiàn)下中小型超市使用最廣泛的超市購(gòu)物車，它相對(duì)于美式購(gòu)物車來說更靈活小巧，適合于穿梭在狹小的貨架之間，但承重量的偏小與單一的存儲(chǔ)容積是其不足之處。美式購(gòu)物車具有大容積，大承重量的特點(diǎn)。適合于超大型購(gòu)物市場(chǎng)。不足之處在于無法進(jìn)行物品分類，如果消費(fèi)者購(gòu)物種類繁多、物品之間又無法共存，將遇到麻煩。日式購(gòu)物車巧妙得解決了物品分類的問題，為消費(fèi)者購(gòu)買繁雜物品時(shí)提供了方便；但不足之處也顯而易見，購(gòu)物車承重量較小，容積較小。平板購(gòu)物車同樣也解決了物品分類的問題，其承重 量也尚可，但容積太小，同時(shí)沒有可折疊的嬰兒椅，所以無法滿足部分大采購(gòu) 量和攜帶嬰兒的消費(fèi)者?，F(xiàn)下大型賣場(chǎng)，超市等對(duì)于購(gòu)物車的需求非常旺盛，購(gòu)物車相對(duì)于環(huán)境及用戶的需求也在不斷的變化，發(fā)展。通過對(duì)不同類別的購(gòu)物車的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)時(shí)下的購(gòu)物車雖然各有特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，但并沒有一個(gè)功能較齊全，能真正滿足不同消費(fèi)者要求的產(chǎn)品。經(jīng)過比較分析，我們決定以美式購(gòu)物車、人字購(gòu)物車為基礎(chǔ)框架，通過改進(jìn)、完善來創(chuàng)造出一個(gè)功能 更齊全，更能滿足消費(fèi)者的購(gòu)物車產(chǎn)品。黃金購(gòu)物車自行購(gòu)物兩用車該產(chǎn)品的特點(diǎn)一目了然，貴重的金屬材質(zhì)配以奢華的鉆石水晶鑲嵌，給購(gòu)物者極大的視覺沖擊和心理滿足感，對(duì)于促進(jìn)消費(fèi)有別樣的作用新穎的創(chuàng)作，將自行車和購(gòu)物車巧妙地結(jié)合在一起。精巧的折疊設(shè)計(jì)令人稱贊，將購(gòu)物的分類問題也解決，缺點(diǎn)在于承重力不足。功能強(qiáng)大的購(gòu)物車，可以攜帶很多小筐子以及袋子，并且在需要的時(shí)候可以再延長(zhǎng)，而且它有電力裝置，可以駕駛我國(guó)復(fù)原遼闊，不同地區(qū)人群的人體各部位尺寸有較大的差異。其中身材較高的地區(qū)有黑龍江、吉林、遼寧、河北、山東、山西、內(nèi)蒙、寧夏、青海等地；中等身材的地區(qū)包括新疆、甘肅、陜西、江西、湖 北、安徽、江蘇、浙江等地；身材較矮的地區(qū)有四川、云南、貴州、廣東、廣西等地；河南等介于較高與中等身材地區(qū)之間，湖南、福建則介于中等與較矮身材地區(qū)之間。成人男子伸直手臂右手在不同的水平角度的鉛垂平面內(nèi)所能達(dá)到的范圍。不同的工作姿勢(shì)，舒適的工作面高度不同手的操作力一般成年男子的瞬時(shí)最大拉力約為700N，女子約為380N，男子瞬時(shí)的最大握力約為560N，女子約為310N。手的運(yùn)動(dòng)手的運(yùn)動(dòng)速度變化很大，一般在5800mm/s范圍內(nèi)，手的運(yùn)動(dòng)速度與運(yùn)動(dòng)習(xí)慣有密切關(guān)系，一般運(yùn)動(dòng)的習(xí)慣方向，也就是手運(yùn)動(dòng)速度快的方向。結(jié)構(gòu)主體以綠色為主：綠色在可見光譜中波長(zhǎng)居中，是令人感到舒服的休息色，人在綠色的環(huán)境中，皮膚的溫度可以降低 1~2?C，呼吸均勻有寧?kù)o、清新的感覺，可以給消 費(fèi)者一個(gè)輕松的購(gòu)物氛圍。通過人機(jī)數(shù)據(jù)測(cè)量，我們把購(gòu)物車的整體尺寸定格 在840×570×970（mm）以美式購(gòu)物車為框架，增加滑動(dòng)板，以滿足使用者購(gòu)物分類的需要以醒目的顏色為主色調(diào)，刺激人的興奮，增加購(gòu)物車的色彩情感。

人字購(gòu)物車

日式購(gòu)物車

美式購(gòu)物車

澳式購(gòu)物車

第三篇：汽車人機(jī)工程論文

摘要

目前汽車尤其是乘用車設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)以人為中心，舒適性一直是汽車設(shè)計(jì)的主 體和追求目標(biāo)。商用車是汽車工業(yè)產(chǎn)品型譜中的重要組成部分,在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著巨大的作用。近年來隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、高等級(jí)公路的大量修建以及物流業(yè)的迅速發(fā)展,我國(guó)商用車發(fā)展迅速。國(guó)內(nèi)商用車企業(yè)雖然具有一定的自主研發(fā)和科技創(chuàng)新能力,但在商用車人機(jī)工程設(shè)計(jì)開發(fā)方面與國(guó)外相比還有一定的差距。運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)原理對(duì)商用車駕駛室進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì),改善駕駛員工作環(huán)境,對(duì)于提高商用車主動(dòng)安全性,保證駕駛員行車安全和身體健康具有重要意義。

本文結(jié)合所承擔(dān)的“十一五”國(guó)家高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目“重型汽 車集成開發(fā)先進(jìn)技術(shù)(2006從110105)”,對(duì)重型商用車人機(jī)工程設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)方法 和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入、系統(tǒng)研究,論文完成的主要研究工作如下:對(duì)重型商用車駕駛室人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和過程,以及采用的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行了研究總結(jié),建立了重型商用車人機(jī)工程設(shè)計(jì)方法。

研究了根據(jù)人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)建立用于商用車人機(jī)工程設(shè)計(jì)和分析數(shù)字人體模型的關(guān)鍵技術(shù),包括人體測(cè)量學(xué)參數(shù)描述、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模、人體肢體運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)和姿勢(shì)求解的正向和反向運(yùn)動(dòng)學(xué)問題、幾何建模和外觀可視化、性能建模等,建立了三維數(shù)字化人體模型,開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重型商用車人機(jī)工程設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)(SHOVED)。

利用該系統(tǒng)對(duì)某商用車駕駛室座椅H點(diǎn)位置、前后方視野、A柱盲區(qū)、儀表視野和平均觀測(cè)距離、手伸及性,踏板舒適性,操縱方便性、風(fēng)窗刮掃面積和上下車方便性等人機(jī)性能進(jìn)行了設(shè)計(jì)、分析與評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,該車型的人機(jī)性能滿足國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)要求,并給出了進(jìn)一步改善駕駛室人機(jī)性能的建議。提出了一種改進(jìn)的人體姿勢(shì)舒適度評(píng)價(jià)方法,即采用人體肌肉負(fù)荷作為姿勢(shì)舒適性的客觀量度,而肌肉負(fù)荷從宏觀上根據(jù)關(guān)節(jié)載荷計(jì)算;通過仿真分析獲得姿勢(shì)空間內(nèi)姿勢(shì)舒適性的分布;對(duì)姿勢(shì)舒適性分布數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,建立姿勢(shì)舒適性評(píng)價(jià)模型。

本文將商務(wù)車駕駛室作為一個(gè)特殊、復(fù)雜的人機(jī)系統(tǒng)，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)理論，借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了裝載機(jī)駕駛室人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)化。該方法為 縮短裝載機(jī)新機(jī)型的開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，也為進(jìn)行駕駛室設(shè)計(jì)和性能檢驗(yàn) 提供了一種有效手段。

關(guān)鍵字：人體測(cè)量學(xué)，駕駛室，人機(jī)工程學(xué)，數(shù)字人體模型

ABSTRACT Nowadays，the modem vehicle especially the car emphasis on that men is the center，and the designing of Vehicle is the main content and target to Heavy-duty commercial vehicle is important part in automobile product catalog, and plays an important role in our national economical construction and social development.In recent years, with rapid development of the Chinese national economy, extensive construction of highway, and development of logistics industry, Heavy-duty truck industry develops rapidly in China.Although domestic commercial vehicle enterprises have the abilities of self-R&D and science and technology innovation, but domestic commercial vehicle enterprises lag behind oversea automobile companies in ergonomic design.From the Point of view of vehicle design, the most direct way to improve the active safety of vehicle and Working environment of drivers’ safety and health, is to design the cab scientifically by using the ergonomic theories.Based on national’863’high-tech development Project” Advanced Technology of Integration and development for Heavy-duty Truck”(No.2206AAll0105), The profound and systematic research works are carried out in this dissertation focusing mainly on the key techniques of Heavy-duty commercial vehicle cab ergonomic design and evaluation method.The major research contents are finished as follows: A summation is conducted for the ergonomic design contents, Processes and Statistical method of commercial vehicle cab.A ergonomic design method for Heavy-duty truck is established.In this dissertation, key techniques of modeling of digital human used for Heavy-duty commercial vehicle ergonomic design and analysis are studied, including anthropometry Parameters description, kinematics and dynamics modeling, direct and reverse kinematics for limbs driving and Posture calculation, geometric modeling and visualization, Performance modeling, etc.A 3D digital human model is built up.By integrating these functions, together with vehicle modeling and ergonomic analysis features, a Heavy-duty commercial vehicle ergonomic design and evaluation system SHOVED(System for Heavy-duty Commercial Vehicle Ergonomic Design)is developed.By using SHOVED, cab concept can be constructed based on the cab parameters inputted, test samples of target population for ergonomic analysis can be generated, comfort of upper and lower extremities can be evaluated considering steering, shift and pedal operations, front and back vision field, A-Pillar dead ground, dashboard vision field and mean observation distance, windshield sweep area, and convenience for up-and down truck can be analyzed and evaluated.Results show that ergonomic Performance of target vehicle satisfied domestic and SAE standard requirements.A few suggestions are proposed for improving ergonomic performance of the cab further.In this study, loader cab Was taken as a special and complex man machine．By the aid of the theory of man·machine engineering and computerized simulation the CAD method of loader cab Was realized．With the new design method。The development cycle and cost were decreased．And it provides an effective way for loader cab design and performance tests．

Keywords：Anthropometry Heavy-duty Commercial Vehicle Cab

第一部分 前言

1.1論文研究背景

商用車發(fā)展的潮流是行駛安全性越來越好,技術(shù)含量越來越高,駕駛越來越舒適和人性化。在人們生活水平大幅提高的我國(guó),隨著汽車工業(yè)技術(shù)水平的不斷提升和消費(fèi)者的不斷成熟,會(huì)對(duì)商用車的舒適性和安全性有著越來越高的要求,使得進(jìn)一步研究和改善商用車的人機(jī)性能十分必要。在駕駛室布置設(shè)計(jì)中,人機(jī)工程學(xué)的研究及應(yīng)用是提高舒適性、安全性最直接的措施,特別是對(duì)駕駛和乘坐環(huán)境的改進(jìn)尤為顯著。良好的人機(jī)工程設(shè)計(jì)會(huì)充分考慮操作者的生理、心理等因素與人一車一環(huán)境系統(tǒng)的狀態(tài),是實(shí)現(xiàn)汽車人性化設(shè)計(jì)的重要方面。人機(jī)工程布置還會(huì)影響整車內(nèi)外造型的尺寸,進(jìn)一步影響整車的總體性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。從某種意義上講,人機(jī)工程設(shè)計(jì)的好壞直接決定了汽車設(shè)計(jì)水平的高低。

近幾年,汽車安全性也成為人機(jī)工程學(xué)研究熱點(diǎn)之一。國(guó)外汽車工業(yè)重視“以 人為本”的同時(shí),加大了汽車安全駕駛的研究力度,強(qiáng)調(diào)通過合理設(shè)計(jì)和車身結(jié)構(gòu)的改進(jìn)來減少汽車碰撞損失和加強(qiáng)行人保護(hù)（1）。目前仍然有許多問題要借助人機(jī)工程學(xué)手段做傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)過程是從概念設(shè)計(jì)到初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和分析反復(fù)進(jìn)行的過程,其中概念設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)中都包含了車身布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容,它是進(jìn)行造型和詳細(xì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。隨著并行工程、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的不斷應(yīng)用和發(fā)展,現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)流程已將造型設(shè)計(jì)、布置設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析等內(nèi)容同步進(jìn)行。但為減少協(xié)調(diào)的時(shí)間和保證設(shè)計(jì)效率,在設(shè)計(jì)初期就以布置設(shè)計(jì)的要求為依據(jù)下達(dá)造型等工作的任務(wù)書,并不斷在布置和其它設(shè)計(jì)內(nèi)容之間進(jìn)行協(xié)調(diào),最后完成設(shè)計(jì)。因此,布置設(shè)計(jì)是概念設(shè)計(jì)過程中很重要的內(nèi)容進(jìn)一步研究解決。

1.2人體模型

駕駛室設(shè)計(jì)需要利用人體模型來盡可能的模擬現(xiàn)實(shí)中的人，從而縮短與人體 有關(guān)的零部件的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)周期。以人體參數(shù)為基礎(chǔ)建立的人體模型是描述人體 形態(tài)特征和力學(xué)特征的有效工具，是研究、分析、評(píng)價(jià)、試驗(yàn)人機(jī)系統(tǒng)不可缺少 的重要輔助手段?？茖W(xué)、合理的建立人體模型是人機(jī)工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。對(duì)于像裝 載機(jī)這樣比較復(fù)雜的設(shè)計(jì)對(duì)象，應(yīng)用人體模型是一種重要的輔助手段，它既可以 表現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，也可以用來調(diào)整設(shè)計(jì)，以確定最終設(shè)計(jì)尺寸。

人體模型按構(gòu)造方法可以分為物理仿真模型和數(shù)學(xué)仿真模型兩類。我們?cè)?人機(jī)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域常用的人體模型有二維人體模板、三維人體模型、人體數(shù)學(xué)模 型和數(shù)字人體模型，最后一類人體模型以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠與設(shè)計(jì)對(duì)象的 數(shù)字模型進(jìn)行交互，使人機(jī)系統(tǒng)三維顯示在設(shè)計(jì)師的面前。其特點(diǎn)是反映的信息 量大，便于解決相關(guān)的復(fù)雜計(jì)算，是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)更加直觀、快速和可靠。

人體模型在裝載機(jī)駕駛室設(shè)計(jì)中作為一種輔助手段，它既可以表現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié) 果，也可以用來輕松調(diào)整設(shè)計(jì)方案，從而確定最終設(shè)計(jì)尺寸。將人體模型引入到 通過CAD技術(shù)建造虛擬的三維作業(yè)空間模型中（2），可以對(duì)比、分析、評(píng)價(jià)作業(yè)空間 的多種設(shè)計(jì)方案。計(jì)算機(jī)中產(chǎn)生的三維圖形可以使設(shè)計(jì)師更加方便、快捷的調(diào)整 人—機(jī)—環(huán)境之間的相互關(guān)系。通過多個(gè)設(shè)計(jì)方案的對(duì)比、分析、評(píng)價(jià)，最終能夠優(yōu)選出最合理的作業(yè)空間。1.3商用車人機(jī)設(shè)計(jì)方法

人機(jī)工程設(shè)計(jì)通常始于概念設(shè)計(jì)初期。此前,先要明確產(chǎn)品開發(fā)的目標(biāo)；并通過對(duì)標(biāo)分析，確定人機(jī)工程設(shè)計(jì)的基本概念、目標(biāo)和約束條件(如:駕駛室長(zhǎng)、寬、高，座椅高度,前方地面盲區(qū)長(zhǎng)度等)。此外,還要了解目標(biāo)駕駛員群體特點(diǎn)（男女比例、地區(qū)、年齡特點(diǎn)等)和人體尺寸,作為人機(jī)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)，商用貨車具有底盤高，駕駛室為平頭,駕駛室內(nèi)部高度方向空間大、長(zhǎng)度方向空間緊湊等特點(diǎn)。此外，重型商用貨車的駕駛員群體多數(shù)為男性。對(duì)于全新開發(fā)車型,重型商用貨車人機(jī)工程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和流程。最終的布置結(jié)果必須滿足如下要求：（1）乘員坐姿符合乘員群體舒適乘坐要求；

（2）保證必須的空間,以保證駕駛員操作靈活準(zhǔn)確,增強(qiáng)舒適性和安全性；（3）操縱裝置的布置位置和作用力大小符合人體操縱范圍和操縱力特點(diǎn)；（4）駕駛員視覺信息系統(tǒng)適合人眼視覺特性和駕駛員視野要求,且能及時(shí)獲得 正確的駕駛信息。

從總體上講，汽車人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)分為初步設(shè)計(jì)和后期校核兩個(gè)階段。初步設(shè)計(jì)的任務(wù)是建立乘員和室內(nèi)主要部件的布置方案。傳統(tǒng)的人機(jī)工程初步設(shè)計(jì)或者對(duì)于全新開發(fā)所進(jìn)行的初步設(shè)計(jì),參考的資料和數(shù)據(jù)相對(duì)較少，通常可以按照一定的設(shè)計(jì)流程來建立一個(gè)初步的設(shè)計(jì)方案。由于設(shè)計(jì)內(nèi)容是從駕駛員乘坐和駕駛環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)定義開始,然后過渡到駕駛室、乃至整車的設(shè)計(jì)參數(shù)定義,因此,這種設(shè)計(jì)過程又稱為從內(nèi)到外的設(shè)計(jì)，從內(nèi)到外的設(shè)計(jì)過程中,為了方便進(jìn)行乘員布置、表達(dá)設(shè)計(jì)意圖、進(jìn)行視野校核、以及工程制圖等,通常借助一些設(shè)計(jì)工具輔助完成。初步設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)過程中至關(guān)重要的階段。初步設(shè)計(jì)的結(jié)果為后續(xù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)確定了基本的基調(diào)。本節(jié)對(duì)重型商用車駕駛室人機(jī)工程學(xué)初步設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究總結(jié)，并應(yīng)用于本公司的某款車型的開發(fā)中，取得了良好的效果（3）。

裝載機(jī)駕駛座椅主要參數(shù)的人機(jī)工程要求。

1.4駕駛座椅主要參數(shù)的人機(jī)工程要求

駕駛座椅屬于工作用座椅，通過以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)實(shí)驗(yàn)，對(duì)工作用座椅的主要參數(shù)有相應(yīng)的人機(jī)工程設(shè)計(jì)要求，見表1-1。

表 1-1 座椅主要設(shè)計(jì)部位及設(shè)計(jì)要求

1.5 人機(jī)工程設(shè)計(jì)原則

人機(jī)系統(tǒng)中，操縱裝置是將人的信息輸送給機(jī)器，用以調(diào)整、改變機(jī)器狀態(tài)的裝置。操縱裝置將操作者的信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)器的輸入信號(hào)，是人機(jī)信息交互的重要組成部分，其設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)系到整個(gè)人機(jī)系統(tǒng)能否正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)。遵循人機(jī)工程設(shè)計(jì)原則，這就要求保證操縱裝置的操縱有效性，同時(shí)要考慮到以下幾個(gè)方面：(1)操縱器的形狀適應(yīng)人的生理特點(diǎn)；(2)操縱器的形狀便于觸覺對(duì)他進(jìn)行識(shí)別；(3)尺寸應(yīng)符合人體尺度的需要。根據(jù)人與物接觸部位不同，操縱器可以分為手控操縱器和腳控操縱器，這兩種操縱裝置在裝載機(jī)駕駛室中都存在。

裝載機(jī)工況和作業(yè)要求復(fù)雜，因此其操縱裝置除了常規(guī)的踏板和操縱桿，還有不同于普通車輛的動(dòng)臂操縱桿和鏟斗操縱桿，這就要求在操縱裝置的人機(jī)工程設(shè)計(jì)中，要充分考慮駕駛員的生理特點(diǎn)，也要考慮操縱裝置的使用功能和使用情況。而且裝載機(jī)的操縱裝置使用頻繁，其在駕駛室內(nèi)的布置及操作順序要符合人的生理、心理特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)習(xí)慣。

第二部分 工作原理

2.1 汽車人機(jī)工程設(shè)計(jì) 國(guó)外對(duì)汽車人機(jī)工程學(xué)的研究起始于上世紀(jì)五十年代,主要集中在北美地區(qū), 尤其是推出了很多標(biāo)準(zhǔn)，有的已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織所采用,如:三維H點(diǎn)裝置、眼橢圓等。這些研究為科學(xué)地從事汽車人機(jī)工程設(shè)計(jì)奠定了良好的理論基礎(chǔ)和方法條件。

在國(guó)內(nèi),溫吾凡、劉金秋等人都曾對(duì)人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用于汽車駕駛室設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行過研究。葛如海專門研究了重型商用牽引車駕駛室設(shè)計(jì)的人機(jī)工程問題。經(jīng)過對(duì)人機(jī)工程學(xué)在汽車內(nèi)部布置方面應(yīng)用和相關(guān)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行消化吸收的基礎(chǔ)上,一些人研究如何將領(lǐng)域知識(shí)凝練到軟件中,以快速地完成人機(jī)工程設(shè)計(jì)和分析。例如:宋寶玉、李維斗等人研究開發(fā)了駕駛室人機(jī)工程設(shè)計(jì)軟件。

在人機(jī)設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)方面,許多企業(yè)和高校也在不斷研究。有的研究了一種主觀評(píng)價(jià)內(nèi)部布置的方法,選擇一定數(shù)量的有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員,根據(jù)駕駛經(jīng)驗(yàn)、舒適性感受等主觀判斷,對(duì)駕駛室各部分進(jìn)行主觀打分,從而實(shí)現(xiàn)主觀評(píng)價(jià)。有的系統(tǒng)研究了汽車駕駛室設(shè)計(jì)的人機(jī)界面評(píng)價(jià)過程,包括從廠商的項(xiàng)目提出到最終的綜合人機(jī)評(píng)價(jià)等個(gè)步驟，研究了汽車坐姿不舒適性主觀評(píng)價(jià)方法,并研究了通過易讀性、量表信度和表面效度的顯著性水平來簡(jiǎn)化問卷指標(biāo)的方法。

2.2 踏板布置

加速踏板的安裝位置和駕駛員座椅高度決定了駕駛員的基本乘坐姿態(tài),對(duì)駕 駛員坐姿舒適性和各項(xiàng)功能操作具有重要影響(4)。此外,加速踏板位置還決定了駕駛室其它部件（其它踏板、轉(zhuǎn)向盤等）的布置位置,是車內(nèi)布置的重要參考元 素。加速踏板布置分析主要關(guān)注以下問題:（1）踏板中心高度。會(huì)影響駕駛員踩關(guān)節(jié)舒適性。由于加速踏板踩踏頻繁,其布置必須考慮長(zhǎng)時(shí)間操作的舒適性。加速踏板未踩下時(shí),應(yīng)保證跺關(guān)節(jié)角度A46不小于870,踩到底后A46不大于105“,以保證駕駛員踩關(guān)節(jié)舒適；

（2）踏板表面傾斜角度要合適,否則會(huì)影響踏板表面和腳底面的貼合；（3）要保證駕駛員腳底施力位置始終處于踏板中心附近；

（4）踏板轉(zhuǎn)動(dòng)中心位置要合適。不合適的轉(zhuǎn)動(dòng)中心位置,不能保證在踩踏行程范圍內(nèi)腳底施力點(diǎn)位置始終位于踏板中心附近,或者踏板表面與腳底面的貼合；（5）制動(dòng)和離合踏板的位置可參照加速踏板位置進(jìn)行布置。為保證緊急制動(dòng)時(shí),駕駛員不會(huì)誤踩到加速踏板,通常制動(dòng)和加速踏板表面錯(cuò)開一定距離；

（6）確定所有踏板高度和前后位置之后,還要確定側(cè)向的位置和間距,包括離 合踏板與駕駛員中心線、制動(dòng)踏板與駕駛員中心線、以及制動(dòng)踏板與加速踏板之間的間隙。

根據(jù)上述原則,可以對(duì)踏板的布置方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià),乃至給出合理的布置 建議。踏板布置相關(guān)尺寸參見圖2-1。

圖 2-1 SAE定義的踏板布置尺寸

2.3 H點(diǎn)方案設(shè)計(jì)

2.3.1人體設(shè)計(jì)樣板法

人體設(shè)計(jì)樣板法是采SAEJ826中定義的H點(diǎn)二維人體設(shè)計(jì)樣板[58]來布置定位 H點(diǎn)位置,如圖2-2所示。

圖2-2 H點(diǎn)二維人體模板

在踏板位置方案確定之后,將第95百分位的男子人體模板按要求擺放在駕駛室內(nèi)。將其加速踏板踵點(diǎn)AHP與踏板附近指定的地面上的一點(diǎn)重合,整個(gè)腳掌繞AHP旋轉(zhuǎn)至腳掌與踏板面貼合;調(diào)節(jié)背部角到要求的角度然后鎖定,從而定位軀干;再調(diào)整模板小腿和大腿的角度,則這時(shí)的設(shè)計(jì)H點(diǎn)為最后H點(diǎn)。按同樣步 驟將第5百分位的女子人體模板擺放在駕駛室,所得到的設(shè)計(jì)H點(diǎn)為最一前H點(diǎn)。根據(jù)第5百分位女子和第95百分位男子H點(diǎn)來確定H點(diǎn)的上下、前后調(diào)節(jié)行程。這種確定H點(diǎn)的方法簡(jiǎn)單可行,在內(nèi)部正向設(shè)計(jì)初期是一種很重要的方法。但是人體模板雖然是用統(tǒng)計(jì)意義上的人體數(shù)據(jù)所創(chuàng)建的,但是并不具有實(shí)際代表意義,因?yàn)樗皇莾蓚€(gè)人體模板,只是兩個(gè)個(gè)體,并且這種統(tǒng)計(jì)意義上的人體模板在現(xiàn)實(shí)生活中是很少會(huì)存在的。所以利用這種人體模板設(shè)計(jì)出來的H點(diǎn)適應(yīng)度是不夠的。雖然應(yīng)用的是95百分位的男性人體模板和5百分位的女性人體模板,但是實(shí)際上設(shè)計(jì)出的H點(diǎn)并不一定能夠保證良好的適應(yīng)性。2.3.2 SAE適意H點(diǎn)位置曲線法(5)

1985年,SAE推出了SAEJ1517標(biāo)準(zhǔn),用來輔助進(jìn)行駕駛員H點(diǎn)布置。SAEJ1517中推薦了不同百分位的一組適意駕駛位置時(shí)H點(diǎn)的位置線嘩],其中每一條曲線都表征了H點(diǎn)位置與定位參考點(diǎn)之間的水平XH和垂直方向ZH的位置關(guān)系。對(duì)于B類車,zH與xH呈線性關(guān)系,參見表2-1。圖2-3給出了B類車的一SAE適意H點(diǎn)位置線。給定不同百分位的H點(diǎn)高度就能夠得到最后、最前以及其它百分位的設(shè)計(jì)H點(diǎn),座椅的行程和升程可根據(jù)最后和最前H點(diǎn)來確定。

表2-1 SAEJ1517中推薦不同百分位的一組適意駕駛位置的H點(diǎn)位置線

圖2-3 B類車SAE適意H點(diǎn)位置曲線

SAE適意線是根據(jù)早先的美國(guó)人體數(shù)據(jù),經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析之后得出的,對(duì)于不同 時(shí)代、不同國(guó)家的人體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不一定適用。計(jì)算對(duì)應(yīng)某一百分位的H點(diǎn)時(shí)只能得到一個(gè)點(diǎn),靈活性較差。同時(shí),SAE適意線法沒有將目標(biāo)駕駛員群體的統(tǒng)計(jì)特 性,尤其是國(guó)別、身材、男女比例、百分位等作為參數(shù),因此,不能針對(duì)任意給的駕駛員目標(biāo)人群都適用。SAE適意線比較適合于在從內(nèi)到外的車身布置方法中使用。因此,很多人也研究了其它的H點(diǎn)布置方法。2.3.3 面向指定駕駛員群體的H點(diǎn)布置方法

駕駛員座椅的布置通過確定不同身材駕駛員乘坐位置(H點(diǎn)位置)來實(shí)現(xiàn),這 些H點(diǎn)分布呈現(xiàn)一個(gè)范圍。對(duì)于重型商用貨車,用一個(gè)矩形表示駕駛員群體中一 定比例個(gè)體H點(diǎn)位置的分布范圍,稱為H點(diǎn)調(diào)節(jié)窗口160],其位置和尺寸反映了設(shè)計(jì)方案對(duì)于目標(biāo)群體的適應(yīng)程度,通常要求適合90%的駕駛員;此外,在保證駕 駛員下肢舒適的前提下,將座椅位置布置得適當(dāng)靠前一些,以保證良好的駕駛員 前方下視野。H點(diǎn)的布置是駕駛室內(nèi)其它布置設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),并且關(guān)系舒適、安全 等多方面性能,因此,在最基本的駕駛員乘坐方案中,必須科學(xué)、準(zhǔn)確地設(shè)計(jì)H點(diǎn)調(diào)節(jié)窗口。

已知條件為地板和加速踏板參考點(diǎn)PRP位置,參見圖2-4。在布置坐標(biāo)系尤02下,某一個(gè)體駕駛員的H點(diǎn)位置坐標(biāo),駕駛員上半身越傾向直立。硬點(diǎn)尺寸H30為座椅高度，是乘坐參考點(diǎn)到加速踏板踩點(diǎn)的垂直距離,反映了群體命分布的狀況。對(duì)于帶有高度方向調(diào)節(jié)功能的座椅，應(yīng)位于H點(diǎn)調(diào)節(jié)窗口的右邊界中點(diǎn)處。設(shè)計(jì)中通常根據(jù)對(duì)標(biāo)分析或設(shè)計(jì)目標(biāo)給出刀30,再據(jù)此確定H點(diǎn)在水平和垂直方向的分布范圍,即硬點(diǎn)尺寸TL23、升217和L53。上述硬點(diǎn)尺寸和術(shù)語(yǔ)的定義參見文獻(xiàn),這里的刀30、L53指的是汽車設(shè)計(jì)參數(shù)。

圖2-4 重型商用車H點(diǎn)布置

商用車主要考慮男子群體。根據(jù)我國(guó)成年男子身高、坐高的均值和標(biāo)準(zhǔn) 差,計(jì)算覆蓋群體范圍90%的群體身高Hs和坐高從的分布邊界,見圖2-5;在邊 界上生成分布均勻的8個(gè)樣本點(diǎn),其人體尺寸參見表2-1。在布置坐標(biāo)系口刃Z中，大腿長(zhǎng)度L3、小腿長(zhǎng)度L4、以及跺關(guān)節(jié)到踩點(diǎn)的距離Lg有關(guān)。通過分析得知，與乘坐位置有關(guān)的變量L3、L4和Lg的分布只存在一個(gè)很顯著的主成份,可根據(jù)它的單調(diào)性來設(shè)計(jì)H點(diǎn)調(diào)節(jié)窗口。鑒于下肢長(zhǎng)度的單調(diào)性與該主成份是一致的,有理由選取樣本點(diǎn)中下肢長(zhǎng)度最長(zhǎng)和最短的兩個(gè)作為設(shè)計(jì)樣本。通過對(duì)比可知,下肢最長(zhǎng)的樣本點(diǎn)是P5,最短的樣本點(diǎn)是P6。

圖2-5覆蓋群體分布的樣本點(diǎn)

表2-2樣本人體尺寸

根據(jù)已知條件(PRP、地板和萬(wàn)30),以及商用車駕駛員肢體活動(dòng)范圍,計(jì)算H 點(diǎn)分布范圍,計(jì)算公式如下2-1：

分別計(jì)算兩個(gè)樣本點(diǎn)的H點(diǎn)分布區(qū)域,如圖2-6所示。

圖 2-6 H點(diǎn)調(diào)節(jié)窗口

在圖中畫出了不同舒適程度的區(qū)域,以不同的顏色表示。在這兩個(gè)區(qū)域中分別選取一點(diǎn)作為最前最低H點(diǎn)(圖中Pl)和最后最高H點(diǎn)(圖中P2),由這兩個(gè)點(diǎn)形成H點(diǎn)調(diào)節(jié)窗口。所選的H點(diǎn)應(yīng)盡可能具有較好的舒適性。如前所述,sgRP位于H點(diǎn)調(diào)節(jié)窗口的右邊界上,所以,選取這兩個(gè)H點(diǎn)的時(shí)候,還要使H30盡可能與設(shè)計(jì)目標(biāo)值一致;并在保證H點(diǎn)調(diào)節(jié)窗口左下角和右上角落入相應(yīng)H點(diǎn)分布范圍的同時(shí)盡可能減小TL23和Z日17,以減小座椅調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)難度。

2.4 布置工具圖形定位

布置工具圖形是進(jìn)一步進(jìn)行儀表板、操縱件布置,保證目標(biāo)駕駛員群體中的大多數(shù)人具有良好的駕乘舒適性有力工具(7)。2.4.1 SAE眼橢圓

B類車橢圓標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容自1987年以來一直沒變。尺寸參見表2-3。B類車定位時(shí)以ATRP，駕駛室布置工具圖形定位基準(zhǔn)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)。由于操作B類車的駕駛員中，具體車型的不同,駕駛員群體中男女比例可能會(huì)有較大的差異,因此,眼橢圓定位時(shí)需要考慮駕駛員群體中男女比例。此外,在側(cè)視圖上,眼橢圓關(guān)于其中心有向前下方11.6度的轉(zhuǎn)角；在俯視圖上，左右眼橢圓關(guān)于其中心有向右側(cè)5.4度的轉(zhuǎn)角。

表2-3 B類車橢圓尺寸

圖2-7 B類車眼橢圓

表2-4 定位公式

眼橢圓中心相對(duì)于Al,RP點(diǎn)的定位公式列于表2一4。表中,萬(wàn)為橢圓中心相對(duì)于ATRP的水平距離;玖、殊分別為左、右眼橢圓中心相對(duì)于ATRP的側(cè)向距離;z為圓中心相對(duì)于ATRP的垂直距離。眼橢球繞其中心旋轉(zhuǎn):在俯視圖中向內(nèi)側(cè)偏5.4度,側(cè)視圖中向前下偏轉(zhuǎn)0.6度。ArRP是駕駛室布置工具圖形定位基準(zhǔn)點(diǎn),是SAEJ1516標(biāo)準(zhǔn)中定義的、用于定位布置工具圖形的基準(zhǔn)點(diǎn)(8)。對(duì)于A類車,根據(jù)95th百分位H點(diǎn)位置曲線和H點(diǎn)高度計(jì)算ATRP。對(duì)于B類車,根據(jù)50th百分位駕駛員H點(diǎn)位置曲線、H點(diǎn)高度和駕駛員男女比例來計(jì)算戶a,RP。ATRP位置根據(jù)下式計(jì)算:

2.5轉(zhuǎn)向盤布置

轉(zhuǎn)向盤布置，包括確定中心位置、傾角和輪緣直徑。合理地布置轉(zhuǎn)向盤, 對(duì)于改善駕駛員操縱姿勢(shì)、減小操舵力,從而降低駕駛疲勞程度具有重要意義。確定轉(zhuǎn)向盤的位置要考慮與儀表板和駕駛員之間的距離合適。轉(zhuǎn)向盤輪緣到駕 駛員軀干的距離不宜小于250mm,這個(gè)間隙是安全的重要保證。轉(zhuǎn)向盤前后位置還要保證駕駛員打轉(zhuǎn)向時(shí)的伸及性。轉(zhuǎn)向盤的高度的確定應(yīng)考慮駕駛員上肢的舒適性,太高會(huì)造成“端胳膊”的感覺,容易加快疲勞。由于不同身材駕駛員乘坐位置和肢體尺寸的離散性,上述要求不容易對(duì)于大多數(shù)人都滿足,因此,轉(zhuǎn)向盤的位置一般設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)的,使得大多數(shù)人都能夠通過調(diào)節(jié)獲得舒適的轉(zhuǎn)向盤操作位置。

轉(zhuǎn)向盤傾角的選定應(yīng)該使轉(zhuǎn)向盤輪緣所在平面盡量與駕駛員觀察儀表時(shí)的接近視線垂直,以獲得最佳的儀表視野;同時(shí),還要與手部抓握軸線的方向相適應(yīng)。商用車轉(zhuǎn)向盤直徑通常大于450mm。太小則操縱不穩(wěn)定,且影響儀表視野。轉(zhuǎn)向盤直徑太大會(huì)浪費(fèi)布置空間。很多商用貨車都裝有轉(zhuǎn)向助力裝置,不必采用加大直徑的辦法來減小操舵力(9)。

最終所確定的轉(zhuǎn)向盤中心位置、傾角和轉(zhuǎn)向盤直徑,是通過反復(fù)進(jìn)行駕駛員 人體、座椅、轉(zhuǎn)向盤布置和位置校核后得到的?，F(xiàn)代轉(zhuǎn)向盤上還集成了許多操縱鈕鍵,如雨刮器開關(guān),風(fēng)擋玻璃洗滌器噴水開關(guān),大燈、轉(zhuǎn)向燈、小燈開關(guān),喇叭按鈕,巡航按鈕等。布置這些的時(shí)候要考慮手指操作的伸及性。適當(dāng)選擇這些鈕件的形式和操作順序,保證操作方便性。

2.6儀表板布置

2.6.1儀表板主斷面設(shè)計(jì)

儀表板主斷面位于駕駛員中心對(duì)稱面處。儀表板主斷面的設(shè)計(jì)是駕駛員坐環(huán)境概念設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。參見圖2-8。

圖2-8儀表板斷面設(shè)計(jì)原理

根據(jù)駕駛員前方地面盲區(qū)要求作前方下視野線切,與眼橢圓下方相切,則切 與水平面所成的角度即為駕駛員前方下視野角a。為保證前方下視野的要求,應(yīng)該使儀表板上方最高點(diǎn)、前風(fēng)窗玻璃下邊緣和轉(zhuǎn)向盤輪緣都低于下視野線切。作轉(zhuǎn)向盤輪緣最高處截面下方和眼橢圓上方的公切線L1,作轉(zhuǎn)向盤輪毅上方和眼橢圓下方的公切線L2,則儀表盤應(yīng)該布置在Ll和L2之間。連接儀表盤中心和眼橢圓中心的直線L3,它應(yīng)平分L1、L2之間的空間;直線U與水平面的夾角應(yīng)該在30“范圍內(nèi)。儀表盤平面到眼橢圓中心的距離R最大為75Omm,推薦距離為710~。儀表盤平面與直線L3的夾角一般控制在80度到100度范圍內(nèi)。2.6.2儀表布置

儀表盤和儀表在寬度方向的位置應(yīng)布置在可視區(qū)域內(nèi)。為此,應(yīng)該作出不受方向盤阻擋的可視區(qū)域。在可視區(qū)中心附近應(yīng)該布置最常用、最主要的儀表,如: 車速里程表(10)。在最重要的儀表周圍布置一般性儀表,如:發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表、燃油表、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫表等。有些汽車儀表盤上還集成了發(fā)電機(jī)狀態(tài)、燈光、變速檔位、環(huán)境溫度、路面傾斜度等儀表。這些儀表排列順序應(yīng)與其認(rèn)讀順序相一致,同時(shí)考慮它們彼此之間邏輯上的聯(lián)系。相互聯(lián)系越多的儀表應(yīng)布置得越靠近。當(dāng)儀表很多時(shí),應(yīng)按照它們的功能區(qū)分排列,區(qū)與區(qū)之間顏色搭配應(yīng)有明顯的區(qū)別。性質(zhì)重要的儀表區(qū),在儀表板上要有引人注目的背景。2.6.3儀表罩布置

儀表罩要有足夠的深度,以遮住射向儀表玻璃的光線。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行眩目檢查。

如果入射光經(jīng)過儀表面反射后不會(huì)與眼橢圓相交,就不會(huì)產(chǎn)生眩目現(xiàn)象。儀表罩的布置不能影響前方下視野,其斷面應(yīng)該布置在前方下視野線Ld以下、公切線Ll的上方。儀表罩最前端與轉(zhuǎn)向盤要保持一定的距離，免發(fā)生干涉。

第三部分 結(jié)論

本文是對(duì)商務(wù)汽車駕駛室設(shè)計(jì)方法構(gòu)架及其相關(guān)參數(shù)評(píng)價(jià)方法的有益探索，以人機(jī)工程學(xué)為基本原理，借助計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，對(duì)裝載機(jī)駕駛室進(jìn)行人機(jī)工程設(shè)計(jì)，能夠提供給駕駛員舒適的駕駛姿勢(shì)，良好的視野和合理的操縱裝置布局，以實(shí)現(xiàn)安全、舒適、健康、高效的人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)。研究過程中借鑒了其它工程車輛和汽車設(shè)計(jì)中較為先進(jìn)、成熟的技術(shù)，并取得了良好的效果。本課題的主要研究工作和成果如下：

（1）在駕駛室人機(jī)工程設(shè)計(jì)方法研究中,根據(jù)重型商用車和駕駛員群體的特點(diǎn), 研究了人機(jī)設(shè)計(jì)的前期條件、設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)流程、具體設(shè)計(jì)原理和基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的設(shè)計(jì)工具,建立了適用于重型商用車任意目標(biāo)駕駛員群體的通用人機(jī)工程設(shè)計(jì)方法。

（2）數(shù)字人體模型在汽車人機(jī)工程方案設(shè)計(jì)和工效分析中發(fā)揮著越來越重要的 作用。在數(shù)字人體建模方面,本文研究了根據(jù)人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字人體參數(shù) 化建模的關(guān)鍵問題,研究并篩選了合適的人體測(cè)量學(xué)參數(shù),建立了人體運(yùn)動(dòng)學(xué)和 動(dòng)力學(xué)模型,研究并實(shí)現(xiàn)了人體肢體運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)和姿勢(shì)求解的正向和反向運(yùn)動(dòng)學(xué)功 能,研究了人體幾何建模和外觀可視化問題,以及常見人體性能,建立了三維數(shù) 字化人體模型。將上述功能和汽車建模、工效分析等功能集成,開發(fā)了專用于重 型商用車人機(jī)工程設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)SHOVED,能夠根據(jù)輸入的汽車參數(shù)建立駕駛室 的概念描述,生成人機(jī)工程分析的人體模型樣本,對(duì)轉(zhuǎn)向、變速、踩踏板等操作 的上肢和下肢舒適性進(jìn)行分析,進(jìn)行視野分析和伸及性分析等(11)。

（3）深入研究了駕駛員駕駛和乘坐姿勢(shì)的舒適性。提出了采用人體肌肉負(fù)荷作 為姿勢(shì)舒適性的客觀量度,而肌肉負(fù)荷從宏觀上根據(jù)關(guān)節(jié)載荷計(jì)算來評(píng)價(jià)舒適度 的方法。進(jìn)行了駕駛員姿勢(shì)舒適度仿真分析,獲得了姿勢(shì)空間內(nèi)舒適性的分布;對(duì)姿勢(shì)舒適性分布數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,建立了姿勢(shì)舒適性評(píng)價(jià)模型。克服了以往 所建的模型主觀因素準(zhǔn)確性低,模型粗糙的不足。并將所建姿勢(shì)舒適度模型,用 于某重型商用車H點(diǎn)布置方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)中,收到了良好的效果。

（4）某重型商用車樣車的人機(jī)性能進(jìn)行了客觀評(píng)價(jià),分析了該車型手操縱件伸 及性和舒適性、儀表視野、前方視野、后視野、前風(fēng)擋玻璃刮掃區(qū)域、駕駛室進(jìn)出方便性和乘坐空間等方面的人機(jī)工程性能。

（5）提出了一種重型商用車人機(jī)性能的主觀評(píng)價(jià)方法,對(duì)所開發(fā)的重型商用車 的手操縱件伸及性和舒適性、A立柱盲區(qū)、儀表視野、前方視野、后視野、前風(fēng)擋玻璃刮掃區(qū)域、駕駛室進(jìn)出方便性和乘坐空間等人機(jī)工程性能進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)(12)。

結(jié)果表明,所研究車型的人機(jī)工程設(shè)計(jì)方案比較合理,但仍存在一定的人機(jī)性能 方面的提升空間。

第四部分 參考文獻(xiàn)

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第四篇：人機(jī)工程學(xué)駕駛室座椅設(shè)計(jì)

人機(jī)工程學(xué)的車內(nèi)座椅設(shè)計(jì)

題 目： 基于人機(jī)工程學(xué)的車內(nèi)座椅設(shè)計(jì) 班 級(jí)： 09鐵道車輛2班 姓 名： 屈難平學(xué) 號(hào): 20097831 基于人機(jī)工程學(xué)的駕駛室座椅設(shè)計(jì)

摘 要

以人機(jī)工程學(xué)的理論為基礎(chǔ),介紹了座椅設(shè)計(jì)中座高、座寬、座深、座面傾角、靠背高度靠背傾角等座椅靜態(tài)參數(shù)的選取原則,以某輕卡座椅為例,用Pro/E建立座椅的模型,導(dǎo)入Man-neQuinPRO10。2中進(jìn)行人機(jī)分析,并結(jié)合實(shí)例對(duì)座椅的各靜態(tài)參數(shù)進(jìn)行選取。

關(guān) 鍵 詞:人機(jī)工程學(xué);輕卡座椅;舒適坐姿;建模分析

人機(jī)工程學(xué)是一門邊緣學(xué)科,主要研究工程技術(shù)如何與人體尺寸、生理及心理特征相適應(yīng)。在

輕卡駕駛室座椅的設(shè)計(jì)中,主要研究如何使座椅符合人體尺寸的需求,給駕駛員帶來舒適感,降低駕駛疲勞度,提高駕駛的安全性,同時(shí)也能大大防止駕駛員由于不正確的駕駛姿勢(shì)而導(dǎo)致的脊椎變形,以及由此引發(fā)腰痛、腰肌勞損等職業(yè)病。1.舒適坐姿的生理特征

圖1所示為人體在各種不同姿勢(shì)下腰椎的彎曲形狀。曲線B表示人體松弛側(cè)臥時(shí),脊柱呈自然彎曲狀態(tài);曲線C是最接近人體脊柱自然彎曲狀態(tài)的坐姿;曲線F是當(dāng)人體的軀干與大腿的夾角呈90°時(shí)的情形,此時(shí)脊柱嚴(yán)重變形,椎間盤上的壓力不能正常分布。因此,欲使坐姿能形成接近正常的脊柱自然彎曲形態(tài),軀干與大腿之間必須有大約135°的夾角,并且座椅的設(shè)計(jì)應(yīng)使坐者的腰部有適當(dāng)?shù)闹?以使腰曲呈弧形自然彎曲狀態(tài),腰背肌肉處于放松狀態(tài)人坐著時(shí),大腿和上身的質(zhì)量必須由座椅來支承。人體結(jié)構(gòu)在骨盆下面有2塊圓骨,稱為坐骨結(jié)節(jié),如圖2所示。這2塊小面積能夠支持大部分上身的質(zhì)量。覆蓋在它們外面的皮膚能獲得豐富的動(dòng)脈血液供應(yīng),就像腳底一樣。而在臀部的邊緣部分,血液循環(huán)則大不一樣,這部分靜脈較多(包含較少的氧)。當(dāng)人坐著的時(shí)候,覆蓋著坐骨結(jié)節(jié)的皮膚能夠更好地經(jīng)受持久的壓力。因此,座面上的臀部壓力分布在坐骨結(jié)節(jié)處最大,由此向外壓力逐漸減小,直至與座面前緣接觸的大腿下部,此處壓力為最小。座墊的柔軟程度要適當(dāng),坐骨部分的座墊應(yīng)當(dāng)是支承性的,它要承受加在座位上的大約60%的質(zhì)量,而其余部分則應(yīng)當(dāng)比它更柔軟些,以便能夠把質(zhì)量分布在更大的面積上。座椅靠背上的壓力分布中,肩胛骨和腰椎骨2個(gè)部位應(yīng)最高,此即靠背設(shè)計(jì)中所謂的“兩點(diǎn)支承”準(zhǔn)則。在靠背的兩點(diǎn)支承中,上支承點(diǎn)為肩胛骨提供憑靠,稱為肩靠,其位置處于第5-6節(jié)胸椎的高度；下支承點(diǎn)為腰曲部分提供憑靠,稱為腰靠,其位置處于第4-5節(jié)腰椎的高度。

圖1 人體在各種不同狀態(tài)下腰椎的彎曲形狀 圖2 股骨正常位置

腿的主動(dòng)脈緊靠著大腿下表面和膝蓋的后面,在這個(gè)部位上,任何持續(xù)的壓力都會(huì)給人造成極端的不舒適和腫脹感覺,需要借助于適當(dāng)減短座深、把座墊前緣修圓和采用較軟的泡沫塑料座墊等措施來防止這種情況發(fā)生。同時(shí),還要使座面離地板的高度足夠低,以便使腳能踩著地板,讓人的這個(gè)重要部位感覺不到有任何壓力。坐骨下面的座面應(yīng)當(dāng)是近似水平的。圖2表示帶有股骨的骨盆部位的前視圖,從圖中可看出股骨在股節(jié)中從連接骨盆的球孔向外伸去。用平坦的座面,股骨的這一部分在坐骨平面之上,因此不承受過分的壓迫。但是,如果座面是斗形的(圖3),則彎曲的座面會(huì)使股骨趨于向上轉(zhuǎn)動(dòng)(箭頭所示)而受載,造成髖部肌肉承受反常的壓迫,從而引起不舒適感。故需注意避免采用斗形座面。應(yīng)當(dāng)注意斗形的座面不論從什么觀點(diǎn)看,都是不適用的,因?yàn)樗荒苓m應(yīng)人體大小的整個(gè)系列,它還把身體質(zhì)量平均地分配在整個(gè)臀部,而不是讓較多的質(zhì)量集中在坐骨結(jié)節(jié)部位。

圖3 斗形座位將股骨推向上方

使股骨處于受載狀態(tài),舒適的坐姿,應(yīng)保證腰曲弧處于正常自然狀態(tài),腰背肌肉處于松弛狀態(tài),從上體通向大腿的血管不受壓迫,保持血液正常循環(huán)。因此,最舒適的坐姿是臀部稍離靠背向前移,使上體略向后傾斜,體腿夾角保持在90°-115°。小腿向前伸,大腿與小腿、小腿與腳面之間也有合適的夾角,如圖4示,10°<θ1<20°;15°<θ2<35°;80°<θ3<90°;90°<θ4<115°;100°<θ5<120°;85°<θ6<95°。針對(duì)具體情況,在舒適范圍內(nèi)選取合適的角度。

圖4 舒適坐姿的關(guān)節(jié)角度 輕卡座椅靜態(tài)參數(shù)的選取

1)座高。座高指地面至座面上坐骨支承處的高度。座椅高度應(yīng)該使駕駛員大腿接近水平,小腿自然放置。如果座面過高,就會(huì)導(dǎo)致小腿懸空,使大腿肌肉受椅面前緣壓迫,腿部血液循環(huán)受阻,小腿麻木腫脹;座面過低會(huì)增加背部肌肉負(fù)荷。所以座高的設(shè)計(jì)先要考慮較小身材的操作者。

2)座寬。座寬應(yīng)滿足臀部就坐所需的尺度,使人能自如地調(diào)整坐姿,座寬取值時(shí)應(yīng)適當(dāng)大于臀寬。通常以大身材女性的臀寬尺寸上限為設(shè)計(jì)依據(jù),以滿足能容納身材粗壯者的需要。由于駕駛室空間的限制,座寬尺寸不能太大,以免影響變速操縱桿、停車制動(dòng)桿等的尺寸和操作。

3)座深。座深是指椅面的前后距離。正確的設(shè)計(jì)應(yīng)使臀部、腰部都得到支持,座面前緣與小腿間應(yīng)留有適當(dāng)?shù)木嚯x,保證小腿可自由活動(dòng)。座深不宜太大,防止矮小身材的人坐上之后,座面前緣壓迫膝窩處的壓力敏感部位,迫使人前移,背部得不到靠背支持,產(chǎn)生極度不適。如果要得到靠背的支持,則必須改變腰部正常曲線,也會(huì)產(chǎn)生不舒適。為了滿足大多數(shù)人的需求,座深應(yīng)按較小百分位的群體設(shè)計(jì)。這樣,身材矮小的人能夠坐著舒適,身體高大的人也只要小腿能得到穩(wěn)定的支持,就不會(huì)在大腿部位引起壓力疲勞。

4)座面傾角。座面傾角是座面與水平面夾角。座面后傾可以起到2個(gè)作用:一是由于人體重力作用,使坐者軀干后移,使背部抵靠靠背,以獲得支持,從而使背肌得到放松,降低背部靜壓;二是防止坐者從座面前緣滑出座面,這對(duì)在常處于顛簸環(huán)境中的駕駛員尤為重要。但如果座面過分后傾,在進(jìn)行駕駛操作時(shí),脊椎因身體前屈而會(huì)被拉直,破壞正常的腰椎曲線,形成一種費(fèi)力的姿勢(shì),同時(shí)還會(huì)壓迫腹部,長(zhǎng)期駕駛會(huì)造成生理上的傷害。因此傾角不能太大,一般為4°-8°。

5)靠背的高度。靠背的功用是保持脊柱具有一種輕松的姿勢(shì)。由于每個(gè)人的脊柱長(zhǎng)度不同,身材也不完全相同,每個(gè)人的脊柱曲度變化存在著一定的差異,使靠背高度與其形狀之間出現(xiàn)了復(fù)雜的關(guān)系?？勘嘲雌涓叨炔煌煞譃榈涂勘?、中靠背、高靠背及全靠背4類。低靠背為一點(diǎn)支承,只支承腰部;中靠背也是一點(diǎn)支承,支承在胸椎;高靠背為兩點(diǎn)支承,靠背下部支承于腰椎、上部支承于肩腳骨上;全靠背為三點(diǎn)支承,除支承于腰椎及肩胛骨之外還設(shè)有頭枕?？勘车某叽缰饕c腰部、肩部、頭部的高度(決定靠背高)和寬度(決定靠背寬)有關(guān),確定高度時(shí)還應(yīng)計(jì)入座椅的有效厚度。6)靠背傾角?？勘硟A角指坐面與靠背的夾角。從保持正常自然形態(tài)的脊柱、增加舒適感角度看,靠背傾角取115°左右較為合適。3 座椅Pro/E建模實(shí)例分析

用Pro/E建立座椅的模型,然后導(dǎo)入ManneQuinPRO10.2中進(jìn)行人機(jī)分析。ManneQuinPRO10.2的主要功能是:能為產(chǎn)品作人性化設(shè)計(jì)和評(píng)估提供3D的人體模型,可以對(duì)此人體模型作多種姿勢(shì)變換,進(jìn)行全方位的模擬驗(yàn)證。在進(jìn)行分析之前,了解坐姿的人體尺寸是非常重要的。坐姿人體尺寸包括11項(xiàng),如圖5所示,表1列出了我國(guó)成年人的人體坐姿尺寸。

圖5 坐姿人體尺寸 表1 坐姿人體尺寸

下面結(jié)合實(shí)例對(duì)座椅的各靜態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析: 1)座高。為了滿足大身材駕駛員的需求,應(yīng)該取P99男性的人體尺寸進(jìn)行計(jì)算研究。前面已經(jīng)提過,駕駛員操縱腳踏板時(shí),小腿與大腿間的舒適夾角應(yīng)為110°-120°,以120°為優(yōu),如圖6所示。根據(jù)圖

5、表2可知AB代表坐深,P99男性的坐深A(yù)B為510 mm;BC為小腿加足高加上鞋高修正量30mm,取P99男性的尺寸得出BC=463+30=493mm。根據(jù)公式:AC2=AB2+BC2-2AB·BCcos120°,即AC2=5102+4932-2×510×493×cos120°=754 579,求得AC≈869 mm。實(shí)例中的輕卡駕駛室中DC為840 mm。根據(jù)勾股定理:AD2=AC2-CD2,即AD2=8692-8402=45 361。求得AD≈214mm就是舒適的座椅高度。實(shí)例的座椅的高度為200 mm,與214 mm的相差不大。用Pro/E建立如圖7所示的座椅三維模型,然后導(dǎo)入ManneQuin-PRO10。2中,采用P99男性的人體3D模型進(jìn)行分析,可得知當(dāng)人坐在高度為214 mm座椅上時(shí),大腿與小腿夾角是120°,所以本例的輕卡座椅的高度是合理的。

2)座寬。根據(jù)P99的女性坐姿臀寬400 mm,再加上著裝功能修正量13 mm,座椅的座寬應(yīng)為413 mm較佳。本例輕卡駕駛座椅的座寬尺寸為510 mm,大于413 mm。建模分析如圖8所示,座椅寬度大于P99的女性坐姿臀寬,因此,該輕卡的坐 寬是較為合理的,能滿足更大部分人群的使用。

3)座深。根據(jù)P5的女性人體坐深401 mm,再加上著裝修正量,座深應(yīng)為415 mm左右。本例輕卡座椅的座深為460 mm,建模分析如圖9,看到小身材尺寸的女性的膝窩處的壓力敏感部位受到座面前緣的壓迫,所以建議縮小座深,改為415 mm左右。

圖6 小腿與大腿夾角

圖7 座椅高度分析驗(yàn)證

圖8 座寬分析驗(yàn)證

4)座面傾角。由圖9可知,該輕卡的座面傾角為5°。汽車駕駛座椅座面傾角一般為7°-12°,為了避免駕駛員因顛簸而滑出座椅,建議將座面傾角改為15°左右。

圖9 座深、座面傾角分析驗(yàn)證

5)靠背高度。本例的座椅是三點(diǎn)支承的全靠背座椅。查詢GB/T14774─93《工作座椅一般人類工效學(xué)要求》可知,腰靠距座面的高度取165-210mm,腰靠圓弧半徑取為400-700 mm,推薦值為550 mm。如圖10所示,本例座椅的腰靠高度在170 mm左右,其表面為接近于平面的大圓弧?？勘掣叨葹?48 mm,表面弧度的設(shè)計(jì)與人體在正常狀態(tài)下的脊椎彎曲吻合度較大,因此其設(shè)計(jì)是較為合理的。

6)靠背傾角。本例的座椅靠背傾角調(diào)節(jié)范圍是:向后8°,向前7°。如圖10所示,靠背傾角為100°,向前調(diào)節(jié)后可達(dá)到93°,向后調(diào)節(jié)可達(dá)到107°,即本例的座椅靠背傾角范圍是93°-107°。查詢GB/T14774─93《工作座椅一般人類工效學(xué)要求》可知,靠背傾角取95°~115°。所以靠背傾角的度數(shù)也在合理的參數(shù)范圍之內(nèi)。

圖10 座面傾角、靠背高度分析驗(yàn)證

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第五篇：淺談汽車真皮座椅改裝

汽車內(nèi)部為何使用真皮座椅，很多人不知道，只知道現(xiàn)在越來越多的車都在采用這種座椅表面材質(zhì)，而一些原廠沒有配備真皮座椅的車主也會(huì)到改裝店進(jìn)行真皮加裝，似乎只是為了一種檔次的提高，其實(shí)，汽車使用真皮座椅好處很多，同時(shí)也需要經(jīng)常保養(yǎng)，一套好的汽車真皮座椅加上悉心的保護(hù)，能夠陪伴汽車自始至終。真皮座椅的好處

相信很多夏季開車的人都有一個(gè)體會(huì)，暴曬后坐進(jìn)車?yán)锞拖褡M(jìn)一個(gè)桑拿浴室般，又悶又熱，尤其是座椅簡(jiǎn)直就是一個(gè)烤爐，坐上去火辣辣的。即使把空調(diào)開到最大也需要很久才能涼下來。如果是織布座椅的話，那“燒烤”的滋味恐怕就要感受更長(zhǎng)時(shí)間，甚至坐得越久就感覺越熱。而在真皮座椅上，這種現(xiàn)象得到了很好的遏制，它能很好地吸收熱量而不會(huì)有越久越熱的感覺出現(xiàn)。高檔真皮座椅讓汽車能夠在視覺上、觸覺上，甚至在味覺上都有一個(gè)好的心理感覺，而且可使汽車增色不少。除了這一層的心理因素，真皮座椅還有其它的吸引人之處。真皮座椅不像絨布座椅那么容易藏污納垢，頂多只是灰塵落在座椅的表面，不會(huì)堆積在座椅的較深處而不易清理，真皮座椅還有另外一個(gè)在炎熱夏季顯示得淋漓盡致的優(yōu)點(diǎn)，就是它的散熱性比絨布座椅要好。進(jìn)口高檔真皮，在炎熱的夏日，真皮座椅只需要被輕拍幾下，熱氣就會(huì)很快消散。即使長(zhǎng)時(shí)間坐在皮椅上，也能夠很好地將體熱散去，而不像絨布座椅那么吸熱。

皮座椅上如有油污，可用專門為清理真皮污漬而制造的清潔劑進(jìn)行清理，既可去污，又不傷皮。所以，汽車原廠大量使用真皮座椅確實(shí)是有道理的。

真皮座椅的改裝

如果你的愛車原廠沒有配備真皮座椅，那么就會(huì)涉及到改裝了，真皮座椅的改裝行業(yè)在國(guó)內(nèi)非常紅火，甚至有的車主原廠有真皮座椅也要去改進(jìn)一番，為的是找尋自己的個(gè)性色彩和風(fēng)格。那么，改裝真皮座椅需要注意些什么呢?

首先每個(gè)城市都有自己的汽車改裝城，里面會(huì)有很多設(shè)計(jì)到真皮座椅改裝的商店，首先你得看看這個(gè)改裝店是否專業(yè)，最好是直接加工店，而不是轉(zhuǎn)接生意的那一類店家，如果能直接看到他們的加工場(chǎng)地就最好不過了，這樣不僅保證了專業(yè)性，由于沒有轉(zhuǎn)嫁利潤(rùn)，改進(jìn)費(fèi)用也會(huì)低一些。

此外，真皮座椅的皮，也很講究，大致上分為國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口皮兩類，售價(jià)有所區(qū)別，效果更是大不一樣，誠(chéng)信的商家會(huì)告訴你進(jìn)口真皮的優(yōu)勢(shì)，比如耐用性，環(huán)保性等，車主也可以通過親自用手搓捏以及鼻子嗅的方式來區(qū)別進(jìn)口國(guó)產(chǎn)的差別，此外，整張皮料應(yīng)該有識(shí)別的標(biāo)識(shí)。

現(xiàn)在市面上除了這真皮座椅改裝外，還有一種稱之為“超纖皮”的人工皮料，這是一種新型人造革的材料，相比真皮的還有一些優(yōu)點(diǎn)，那就是耐磨性極佳，售價(jià)便宜，改裝一車也就1000元人民幣左右，但是，畢竟是人造的，沒有天然皮的涼性，夏天使用效果沒有真皮好，最要緊的是千萬(wàn)別讓商家蒙騙了你，用超纖皮冒充真皮，那你就虧大了，所以，改裝加工真皮的時(shí)候，車主一定要在現(xiàn)場(chǎng)。

識(shí)別真皮小貼士

手摸：即用手觸摸皮革表面，如有滑爽、柔軟、豐滿、彈性的感覺就是真皮，而一般人造合成皮革面發(fā)澀、死板、柔軟性差。

眼看：真皮革面有較清晰的毛孔、花絞，黃牛皮有較勻稱的細(xì)毛孔，牦牛皮有較粗而稀疏的毛孔，山羊皮有魚鱗狀的毛孔。

嗅味：凡是真皮都有皮革的氣味;而人造革都具有刺激性較強(qiáng)的塑料氣味。

點(diǎn)燃：從真皮革和人造革背面撕下一點(diǎn)纖維，點(diǎn)燃后，凡發(fā)出刺鼻的氣味，結(jié)成疙瘩的是人造革;凡是發(fā)出毛發(fā)氣味，不結(jié)硬疙瘩的是真皮。本文出自大回小回汽車網(wǎng) 長(zhǎng)春汽博會(huì)