第一篇：汽車座椅的人機工程學(xué)原理

汽車座椅的人機工程學(xué)原理

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人機工程學(xué)理論在產(chǎn)品設(shè)計中占有越來越高的地位。而作為與人類生活息息相關(guān)的汽車，人機工程學(xué)在汽車設(shè)計之中的應(yīng)用顯得尤為重要。無論是以駕駛員為中心還是以乘坐人員為中心，都應(yīng)最大限度地滿足人們的需求。并且各種主、被動保護措施也使人們在突發(fā)危險時，能最大限度地減小傷害，確保人的安全。總之，汽車設(shè)計中的各種設(shè)計都應(yīng)該將人的因素考慮其中，確保了以人為主的設(shè)計原則，使汽車更完美地服務(wù)于人們。本文主要闡述了人機工程學(xué)概念以及汽車座椅中應(yīng)用的人機工程學(xué)原理。

關(guān)鍵字：人機工程學(xué) 汽車座椅 結(jié)構(gòu)

人機工程學(xué)基本概念：人機工程學(xué)是工業(yè)工程研究的眾多重要學(xué)科領(lǐng)域之一。所謂的人機工程學(xué)，亦即是應(yīng)用人體測量學(xué)、人體力學(xué)、勞動生理學(xué)、勞動心理學(xué)等學(xué)科的研究方法，對人體結(jié)構(gòu)特征和機能特征進行研究，提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動時的相互關(guān)系以及范圍等人體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)；還提供人體各部分的出力范圍、以及動作時的習(xí)慣等人體機能特征參數(shù)，分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機能特性；分析人在各種勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞機理以及人對各種勞動負(fù)荷的適應(yīng)能力；探討人在工作中影響心理狀態(tài)的因素以及心理因素對工作效率的影響等。在汽車設(shè)計中的人機工程學(xué)稱為汽車人機工程學(xué)，它是以改善駕駛員的勞動條件和車內(nèi)人員的舒適性為核心，以人的安全、健康、舒適為目標(biāo)，力求使整個系統(tǒng)總體性能達到最優(yōu)。汽車座椅的人機工程學(xué)原理

汽車的座椅是汽車的重要組成部分，汽車座椅的合理設(shè)計關(guān)系到駕駛員及乘坐者的舒適性和安全性，因此，汽車座椅的設(shè)計必須以人為基本，根據(jù)人體的基本尺寸等進行設(shè)計，不僅能夠給人以視覺沖擊，而且能夠營造舒適、安全的駕乘環(huán)境，有效降低交通事故的發(fā)生。

座椅的結(jié)構(gòu)性設(shè)計：欲使坐姿能形成接近正常的脊柱自然彎曲，軀干和大腿之間必須有大于135°的夾角，并且座椅的設(shè)計應(yīng)使坐者的腰部有適當(dāng)?shù)闹?，以使腰曲弧形自然彎曲，腰背肌肉處于放松狀態(tài)。研究表明過于松軟的椅面，使臀部與大腿的受壓面積增大，不僅增加了軀干的不穩(wěn)定性，而且不易改變坐姿，容易產(chǎn)生疲勞。

依據(jù)靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設(shè)計時應(yīng)保證有靠背兩點支撐，即就是人體背部和腰部的合理支撐。汽車座椅設(shè)計時應(yīng)提供形狀和位置適宜的兩點支撐，第一支撐點位于人體第5—6胸椎之間的高度上，作為肩靠；第二支撐設(shè)置在腰曲部位，作為腰靠。肩靠能減輕頸曲變形，腰靠能保證坐姿下的近似于正常的腰弧曲線。這樣的座椅的設(shè)計可以使人坐著時，體重合理分布，大腿平放，雙足著地，上臂不負(fù)擔(dān)身體的重量，肌肉放松，血液循環(huán)通暢，姿態(tài)舒適。座椅是主要的減振元件，要想使座椅獲得較低的振動傳遞率，使座椅有較高的振動舒適性，必須采用合適的座墊和靠背減振材料。根據(jù)駕駛室的微氣候環(huán)境，調(diào)整座椅表面的濕溫度特性，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)人體代謝，達到減輕疲勞的目的。座椅的舒適性設(shè)計

根據(jù)人機工程學(xué)原理,為保證良好的舒適度，針對靜態(tài)舒適度，設(shè)計中應(yīng)遵循以下原則：（1）座椅尺寸應(yīng)與人體測量尺寸相適宜；（2）座椅應(yīng)可調(diào)節(jié)，能使乘坐者變換姿勢，并能最大范圍滿足各類人體的乘坐要求；（3）座椅應(yīng)能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)給腰部充分的支撐,使脊柱接近于正常彎曲狀態(tài)。（4）工作座椅各零部件的外露部分不得有易傷人的尖角銳邊，各部結(jié)構(gòu)不得存在可能造成的擠壓、剪鉗傷人的部分。（5）工作座椅一般不設(shè)扶手，需設(shè)扶手的座椅必須保證操作人員作業(yè)活動的安全性。從人機工程學(xué)的角度來講，腰部是體現(xiàn)座椅功能的關(guān)鍵部位。因此，座椅的腰托是影響舒適性的關(guān)鍵因素。腰托的安裝位置在座椅靠背結(jié)構(gòu)設(shè)計中十分重要。乘員正常入座時，人體身軀與大腿的連接點—胯點簡稱H點，H點的位置是決定駕駛員操作方便、乘坐舒適性相關(guān)的車內(nèi)尺寸的基準(zhǔn)。此外，座椅的調(diào)節(jié)特性對座椅的舒適度影響很大，已成為座椅舒適度設(shè)計中重點考慮的因素。座椅的幾何尺寸設(shè)計

在進行座椅的主要構(gòu)件的設(shè)計時主要考慮以下幾個方面。（1）座面

座面表面有兩種基本型式，一種是縱向（坐深方向）平展的，其傾角為0°—5°；另一種是縱向前緣起拱的。任意一種型式的座面，其橫向高度差都不得大于25mm；座面前緣起拱的高度h2最小應(yīng)為40mm，起拱半徑R1最小為40mm，最大為120mm。座面前緣縱向起拱時，前部傾角1a=4－5°，后部傾角2a=10°－15°，兩角頂交點位于距座面前緣座深2/3處；縱向高度差h3不得大于40mm 當(dāng)座墊為彈性結(jié)構(gòu)時，最下層支撐部分應(yīng)有一定的剛性，中間彈性層變形量不宜過大（座墊厚度不宜大于30mm）。

座面留有通氣孔或帶排氣溝槽時，孔和溝槽的存在不應(yīng)影響座面的其它參數(shù)。（2）腰靠

腰靠的形狀應(yīng)保證使人體壓力盡量分布均勻。腰靠若裝有軟墊，則其沿座深方向垂直剖面內(nèi)的曲率半徑必須大于1400mm。

（3）支架

工作座椅支架至少必須有5個支點。支點可以使用球形或鼓型小輪，也可以在支點處使用滑塊。座椅的空間位置設(shè)計

座椅空間位置設(shè)計就是為了達到操作舒適性的目標(biāo)，而進行駕駛室座椅空間位置設(shè)計，以確保駕駛員有良好的視野，同時對汽車轉(zhuǎn)向盤、腳踏板等操作部件有恰當(dāng)?shù)牟僮饕缶嚯x，以達到操作舒適性的最終目的。主要要求有前排腿部空間，后排腿部空間，前排椅墊進深，后排椅墊進深，駕駛員及乘坐者的頭部距離車頂?shù)木嚯x以及前后排的寬度等都必須在車輛尺寸合理時能夠符合人機工程學(xué)原理，讓駕駛員及乘坐者感覺到舒適。座椅的安全性設(shè)計

美觀，舒適性對于我們來說是必要的但安全性對于我們來說是最為關(guān)鍵的，座椅的合理設(shè)計能夠給我們提供必要的安全保護措施。座椅的安全性設(shè)計主要有主動安全設(shè)計和被動安全設(shè)計。

主動安全設(shè)計：主動安全性是指汽車駕駛座椅防止事故的能力 從減輕駕駛員的疲勞入手進行分析設(shè)計，以滿足主動安全性要求。主動安全性主要考慮合理的座椅尺寸設(shè)計、坐墊上合理的體壓分布、靠背上合理的體壓分布等?？梢詾轳{駛員提供一個舒適的作業(yè)環(huán)境，減輕駕駛員的疲勞，從而保證駕駛座椅主動安全性的設(shè)計要求。被動安全設(shè)計：被動安全性是指事故發(fā)生時,保護乘員的能力。駕駛座椅作為安全部件,是汽車被動安全性設(shè)計的主要考慮部件之一。考慮提高駕駛員的人身安全性，汽車駕駛座椅被動安全性設(shè)計目標(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入到這個空間；②要保持駕駛員在事故發(fā)生時保持一定的姿態(tài)，以使其他的約束系統(tǒng)能充分發(fā)揮其保護效能；③在事故中,使得事故后果對駕駛員的傷害降低到最小限度。

目前采取的安全措施主要有：提高座椅骨架強度，達到汽車駕駛座椅強度的要求值；設(shè)置座椅安全帶，使在緊急制動或正面撞車時不致將駕駛員碰傷；

本文從人機工程學(xué)的角度，討論了汽車座椅應(yīng)滿足的基本條件，首先介紹了人機工程學(xué)的基本概念，從汽車座椅的結(jié)構(gòu)性，汽車座椅的基本尺寸，汽車座椅的空間，汽車座椅的安全性等方面進行了討論，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，符合人機工程學(xué)的產(chǎn)品必將獲得更大的發(fā)展，符合人機工程學(xué)的作品必將成為新的發(fā)展趨勢。

第二篇：人機工程學(xué)汽車座椅設(shè)計研究

人機工程學(xué)的汽車座椅設(shè)計研究 【摘要】本文通過對重型商用車坐姿舒適性仿真的研究，并結(jié)合當(dāng)今比較流行的舒適度建模方法，進行了適宜駕駛姿勢規(guī)律的實驗研究。得到以人體姿勢變量和汽車設(shè)計變量為預(yù)測因子的人體不舒適度預(yù)測模型,并將模型應(yīng)用于實際項目的方案分析中。【關(guān)鍵詞】：駕駛員 駕駛姿勢 人機工程技術(shù) 人體舒適度

【Abstract】 Based on the heavy commercial vehicle sitting comfort simulation studies, combined with the comfort of today's popular modeling method was suitable for Experimental study of the driving position.Get to the body posture variables and design variables as predictors of car's body is not comfortable forecasting model, and the model is applied to the analysis of the actual project proposal.【Key words】: driver driving posture ergonomic body comfort technology

一、引言

隨著時代的發(fā)展，人們開始追求高品質(zhì)的舒適生活,于

是按照人體工程學(xué)設(shè)計的產(chǎn)品也就越來越受到大眾的歡迎。以汽車座椅為例,人體工程學(xué)的家具并不是人們頭腦中所想象的僅有數(shù)據(jù)符合的座椅,它還包括除了人體生理數(shù)據(jù)之外的很多因素。它的設(shè)計原則除了常見的尺度設(shè)計原則,人體機能和環(huán)境設(shè)計原則,健康設(shè)計原則外還應(yīng)該講求黃金分割比的設(shè)計原則。并指出在這些原則的指導(dǎo)下好的人體工程學(xué)座椅是功能與美學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)品,可以為人帶來身心兩方面的享受。

二、汽車座椅舒適性設(shè)計的重要性 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的突飛猛進，以及人們工作和生活空間的不段變化，就要求汽車座椅的生產(chǎn)企業(yè)在座椅的設(shè)計、生產(chǎn)方式等方面進行改革，同時也要考慮降低成本，提高汽車座椅的經(jīng)濟性。因此市場不斷細(xì)分，多種不同類型和不同設(shè)計的汽車座椅不斷進入市場。然而目前，國內(nèi)在座椅舒適度的研究上還存在一些缺陷：①沒有針對中國人體特征尺寸的座椅舒 適性研究；②對于座椅靜態(tài)舒適性評價還沒有形成一套客觀系統(tǒng)的體系；③在應(yīng)用神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)建模方法評價舒適性中，對輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進一步研究。關(guān)于人機工程學(xué)在家居設(shè)計中的應(yīng)用的提出，其可行性可以分為概念化階段、具體化階段、周詳設(shè)計階段及檢驗校核階段等多階

段進行設(shè)計：1概念化階段是整體設(shè)計的理念和宗旨，是保證今后具體設(shè)計得以順利進行的前提條件。對椅子設(shè)計概念化進行設(shè)定的過程，涉及椅子相關(guān)的功能性、構(gòu)造和材料以及形狀等問題；2具體化階段是按照在概念化階段設(shè)定的設(shè)計方案，解決座椅的構(gòu)造、功能和美觀問題并創(chuàng)造出其基本形狀；3座椅周詳設(shè)計的關(guān)鍵是將重點放在符合整體的外觀和核心架構(gòu)的設(shè)計上。產(chǎn)品的外觀、座椅的造型以及穩(wěn)定的構(gòu)造應(yīng)該既反映其精湛設(shè)計，又能實現(xiàn)人 們對舒適的要求，這就是汽車座椅設(shè)計的重點。4通過以上各階段步驟完成的產(chǎn)品設(shè)計可能并不是完美的。尤其是座椅與人體結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，可以說人們對產(chǎn)品設(shè)計的合理性和適用性的評判是很重要的。因此應(yīng)該對設(shè)計進行檢驗和校核。對于座椅的設(shè)計來說，椅子的底座部分能否穩(wěn)定地支撐人體體重是很重要的。當(dāng)然除此之外對支撐人體背部的椅背部分和扶手部分的檢驗也是很必要的。

三、基于汽車座椅的舒適性及安全性設(shè)計研究 隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)及生活水平的不斷改善和發(fā)展，人們對于座椅舒適要求也不斷提升。其中汽車座椅的舒適度及安全性設(shè)計已成為當(dāng)今汽車產(chǎn)商所關(guān)注的主要內(nèi)容。座椅的主要功能是支撐駕駛員及乘坐人員的身體，減緩路面不平傳給人體的沖擊并減弱由此而引起的振動。給駕乘提供舒適、安全的乘坐條件和便于駕駛操作的良好的工作條件。由生物動力學(xué)研究表明，長時間地承受高強度的全身振動對于人體健康的損害是相當(dāng)嚴(yán)重的。主要是腰脊和相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)會受到影響。新陳代謝以及源于機體內(nèi)部的一些其他因素會惡化這個影響，通常認(rèn)為環(huán)境因素，如身體姿勢、低溫及氣流會引起肌肉疼痛。由本小組研究人員取證分析，得到以下結(jié)論：

（一）座椅舒適度研究

1、座椅舒適度的指標(biāo)：① 座椅尺寸應(yīng)與人體測量尺寸d相適宜（一般d取45—60公分）；②座椅應(yīng)可調(diào)節(jié)，能使乘坐者變換姿勢，并最大范圍滿足各類人體的乘坐要求,如沃爾沃公司的F7型汽車坐高可調(diào)65mm；傾斜度可調(diào)64度；縱向位置可調(diào)130mm等；③座椅應(yīng)能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)給腰部充分的支撐,使脊柱接近于正常彎曲狀態(tài)。2、座椅舒適度的影響因素：座椅的幾何尺寸是影響座椅舒適度的因素，但研究發(fā)現(xiàn)這并非唯一最主要的影響因素。從人機工程學(xué)的角度來講，腰部是體現(xiàn)座椅功能的關(guān)鍵部位。因此，座椅的腰托是影響舒適性的關(guān)鍵因素。此外，座椅的調(diào)節(jié)特性對座椅的舒適度影響很大，已成為座椅舒適度設(shè)計中重點考慮的因素。

3、座椅舒適度的研究方法：從汽車座椅設(shè)計及改善的角度出發(fā)，消除座椅不舒適性最理想的方法是能建立定量模型，預(yù)測座椅的不舒適性。國內(nèi)外研究中,建立的模型主要有如下3種：利用模糊理論建立的模型、線性模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

（二）座椅安全性設(shè)計1、座椅強度的設(shè)計：座椅強度的設(shè)計是安全性設(shè)計的首要內(nèi)容。汽車行駛中，座椅要承受復(fù)雜的載荷。汽車座椅必須有足夠的強度，以確保座椅上的人所受的傷害最??；座椅的壽命應(yīng)足夠長，不致過早變形或損壞；受沖擊載荷作用時，座椅不應(yīng)發(fā)生斷裂、嚴(yán)重變形等損壞現(xiàn)象。2、座椅結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計：座椅整體結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計應(yīng)考慮的是其對其他約束系統(tǒng)效能的影響及與其他約束系統(tǒng)之間的連接方式等。3、靠背的設(shè)計：靠背的安全性設(shè)計應(yīng)考慮靠背的強度、傾角、基本尺寸及其形狀?？勘车膹姸仍O(shè)計不但應(yīng)該在“追尾”等后部碰撞時給乘員提供良好的保護，而且也要考慮側(cè)碰時對乘員的保護。而靠背傾角、基本尺寸及其形狀對尾部碰撞的嚴(yán)重程度有很大影響。、坐墊的設(shè)計：坐墊一般不會造成對乘員的直接沖擊傷害，但坐墊的結(jié)構(gòu)可以影響到乘員運動過程、約束力加到乘員身體上的方式及外部載荷(加速度、力等)的絕對值大小。坐墊深度設(shè)計的原則是在充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理的支撐。坐墊深度不應(yīng)該超過人的大腿長度。5、頭枕的設(shè)計：頭枕是一種用以限制乘員頭部相對于軀干向后移位的彈性裝置，其作用是在發(fā)生碰撞時，減輕乘員頸椎可能受到的損傷。尤其是在汽車受到追尾碰撞時，可抑制乘員頭部后傾，防止或減輕頸部損傷?，F(xiàn)多采用模擬計算和試驗驗證相結(jié)合的研究方法，該方法重復(fù)性好、存儲信息量大、開發(fā)周期短且開發(fā)費用低，目前可用于座椅強度分析的有限元軟件有MSC.NASTRAN、ABAQUAS、ANSYS、SAP、PAM-CRASH、DYNA-3D等。

四、基于汽車座椅舒適度設(shè)計中面臨的問題 對于座椅中主要的支撐性零部件，應(yīng)精確建模，以保證模型的正確性；對靜強度特性影響不大的零件，只要抓住其主要的幾何形狀進行建模即可；對于基本沒影響的部件，可以簡單建?；虿唤?。隨著座椅結(jié)構(gòu)形式的不斷變化，單純用梁單元已不足以精確地描述座椅骨架的結(jié)構(gòu)，于是越來越多地使用了其他的單元形式建模，如空間板殼單元、實體單元等。在新的世紀(jì)里，人們以新的方式來感知世界，人們越來越多的在追求一種新的生存環(huán)境和生存空間，毫無疑義，未來的人性化設(shè)計具有更加全面立體的內(nèi)涵，它將超越人們過去所局限的人與物的關(guān)系的認(rèn)識，向時間、空間、生理感官和心理方向發(fā)展，同時，通過現(xiàn)代高科技技術(shù)如虛擬現(xiàn)實、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等多種數(shù)字化的形式而擴延。

五、總結(jié)國內(nèi)汽車座椅行業(yè)應(yīng)該致力于簡化座椅的設(shè)計開發(fā)過程，大幅度縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)費用和成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能，獲得最優(yōu)化的創(chuàng)新設(shè)計產(chǎn)品，這樣才能更好地促進我國座椅行業(yè)的設(shè)計國際化、現(xiàn)代化。我們希望這種汽車座椅的設(shè)計可以更好地保護人們的腰部和頸部。

結(jié)語：要想設(shè)法使駕駛員駕車時有更舒適、更安全的駕駛環(huán)境，對于當(dāng)前的汽車座椅設(shè)計，高度的運用人機工程學(xué)知識，更大的提高人體舒適度，是極為必要，也是勢在必行?。蹍⒖嘉墨I］ 【 1】王正華，喻凡，莊德軍.汽車座椅舒適性的主觀和客觀評價研究［J］.汽車工程，2006 湖南大學(xué)學(xué)報

【2】 孟翔，王宏明.基于ADAMS的汽車座椅沖擊強度研究［J］.機械設(shè)計與制造，2007遼寧省機械研究院

【】孫長富,崔光濱..汽車座椅頭枕[S].1994，北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社

第三篇：基于人機工程學(xué)的汽車座椅設(shè)計研究

基于人機工程學(xué)的汽車座椅設(shè)計研究

摘要:

駕駛員坐姿舒適性仿真通?？梢粤炕癁轳{駛姿勢不舒適度模型。駕駛姿勢不舒適度預(yù)測模型是根據(jù)駕駛姿勢的影響因素,評價駕駛姿勢不舒適度的數(shù)學(xué)模型。本文對重型商用車坐姿舒適性仿真研究主要做了以下幾方面工作:首先,研究了在汽車領(lǐng)域計算機輔助人機工程技術(shù)的發(fā)展背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,并對當(dāng)今比較流行的舒適度建模方法進行了深入的總結(jié)。針對這些方法的不足,提出了基于關(guān)節(jié)載荷的駕駛姿勢不舒適度建模方法。其次,進行了適宜駕駛姿勢規(guī)律的實驗研究。通過設(shè)計下肢、軀干、上肢實驗,獲取了建立姿勢不舒適度模型所需要的關(guān)節(jié)載荷和關(guān)節(jié)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。最后,建立了以維持身體姿勢的關(guān)節(jié)力及扭矩為目標(biāo)函數(shù),以人體姿勢變量和汽車設(shè)計變量為預(yù)測因子的人體不舒適度預(yù)測模型,并將模型應(yīng)用于實際項目的方案分析中。

關(guān)鍵詞：駕駛員

駕駛姿勢

人機工程技術(shù)

人體舒適度 引言

隨著時代的發(fā)展，當(dāng)今社會已由工業(yè)社會向信息社會即后工業(yè)社會過渡，人類賴以生存的生活空間和生活方式，處處都是經(jīng)過設(shè)計并不斷完善的設(shè)計世界?，F(xiàn)代設(shè)計，作為一種廣泛的文化活動，已成為人們生活中的一部分。人們開始追求高品質(zhì)的舒適生活,于是按照人體工程學(xué)設(shè)計的產(chǎn)品也就越來越受到大眾的歡迎。人體工程學(xué)的產(chǎn)品也就成了現(xiàn)代社會人們追求的目標(biāo)。先以汽車座椅為例,人體工程學(xué)的家具并不是人們頭腦中所想象的僅有數(shù)據(jù)符合的座椅,它還包括除了人體生理數(shù)據(jù)之外的很多因素。它的設(shè)計原則除了常見的尺度設(shè)計原則,人體機能和環(huán)境設(shè)計原則,健康設(shè)計原則外還應(yīng)該講求黃金分割比的設(shè)計原則。并指出在這些原則的指導(dǎo)下好的人體工程學(xué)座椅是功能與美學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)品,可以為人帶來身心兩方面的享受。舒適駕乘首要在于座椅設(shè)計

通過對汽車座椅設(shè)計中的人機因素分析,即尺度、形態(tài)、功能、色彩四方面的具體分析尋求汽車座椅設(shè)計與人機工程學(xué)的關(guān)系,從而論證目前汽車座椅設(shè)計中人機工程學(xué)應(yīng)用的一些局限性,即學(xué)科內(nèi)涵與目標(biāo)的矛盾、共性原則與個性需求的矛盾、統(tǒng)計與個案的矛盾以

及合理與合情的矛盾,通過對這些應(yīng)用矛盾的透析,探求出汽車座椅設(shè)計中人機工程學(xué)應(yīng)用的原則,從而最終為汽車座椅產(chǎn)品設(shè)計中人機工程學(xué)的應(yīng)用探索出一條道路。

而人機工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計中的作用主要體現(xiàn)在以下幾方面（1）為確定汽車空間范圍提供依據(jù)。（2）為設(shè)計汽車座椅提供依據(jù)。

（3）為確定感覺器官的適應(yīng)能力提供依據(jù)。

融人機工程學(xué)原理于汽車座椅設(shè)計已達到更大舒適度：

2.1 研究現(xiàn)狀及主要內(nèi)容

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的突飛猛進，以及人們工作和生活空間的不段變化，就要求汽車座椅的生產(chǎn)企業(yè)在座椅的設(shè)計、生產(chǎn)方式等方面進行改革，同時也要考慮降低成本，提高汽車座椅的經(jīng)濟性。因此市場不斷細(xì)分，多種不同類型和不同設(shè)計的汽車座椅不斷進入市場。

人們對汽車座椅外觀樣式、材料品質(zhì)的追求，使汽車座椅的設(shè)計樣式豐富多姿，各有特色。從而也使汽車座椅在設(shè)計上取得了矚目的成績?？梢哉f汽車座椅發(fā)生的巨大變化，是老百姓不斷變化的需求造成的。

2.2研究方法

按照人機工程學(xué)的原理，以社會大眾需求為宗旨，重視人體舒適感相關(guān)的各種科學(xué)性問題，深入研究。例如，人在汽車上坐椅子坐久了會不會感到不舒服、椅身的高度和椅腿的長度是否合適、椅腿是否完全著地、如果是帶扶手的椅子，當(dāng)把胳膊搭在扶手上時，肩部的位置感覺會如何等。這樣，座椅既具備了優(yōu)美典雅的視覺感受，同時也擁有滿足人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ餍枰膶嵱霉δ堋?/p>

座椅是對人們活動起輔助作用的工具首先必須能夠承受人們活動帶來的各種力量和沖擊。在設(shè)計初期就應(yīng)該考慮到座椅對外部沖擊的承受力，否則就不能充分體現(xiàn)座椅的實用功能。因此應(yīng)在充分了解座椅構(gòu)造的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，以達到既美觀又實用的目的。

2.3可行性分析 關(guān)于人機工程學(xué)在家居設(shè)計中的應(yīng)用的提出，其可行性根本基于以下幾點： 2.3.1概念化階段

概念化階段是整體設(shè)計的理念和宗旨，是保證今后具體設(shè)計得以順利進行的前提條件。對椅子設(shè)計概念化進行設(shè)定的過程，涉及椅子相關(guān)的功能性、構(gòu)造和材料以及形狀等問題。

2.3.2具體化階段

具體化階段是按照在概念化階段設(shè)定的設(shè)計方案，解決座椅的構(gòu)造、功能和美觀問題并創(chuàng)造出其基本形狀。在這個階段要畫很多草圖、圖樣，做出模型，還要選擇材料，討論座椅的構(gòu)造以及其他一些細(xì)節(jié)問題等。座椅設(shè)計的具體化階段就是創(chuàng)造出產(chǎn)品形狀的過程簡單地講就是做出座椅造型的外觀圖樣，并對其進行論證。

2.3.3周詳設(shè)計階段

座椅設(shè)計的關(guān)鍵是將重點放在符合整體的外觀和核心架構(gòu)的設(shè)計上。產(chǎn)品的外觀、座椅的造型以及穩(wěn)定的構(gòu)造應(yīng)該既反映其精湛設(shè)計，又能實現(xiàn)人們對舒適的要求，這就是汽車座椅設(shè)計的重點。

2.3.4檢驗校核階段

通過以上各階段步驟完成的產(chǎn)品設(shè)計可能并不是完美的。尤其是座椅與人體結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，可以說人們對產(chǎn)品設(shè)計的合理性和適用性的評判是很重要的。因此應(yīng)該對設(shè)計進行檢驗和校核。對于座椅的設(shè)計來說椅子的底座部分能否穩(wěn)定地支撐人體體重是很重要的。當(dāng)然除此之外對支撐人體背部的椅背部分和扶手部分的檢驗也是很必要的。汽車座椅舒適性及安全性設(shè)計研究

坐舒適度及安全性是評價汽車性能的主要指標(biāo)，而隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)及生活水平的不斷改善和發(fā)展，人們對于座椅舒適要求也不斷提升。其中汽車座椅的舒適度及安全性設(shè)計已成為當(dāng)今汽車產(chǎn)商所關(guān)注的主要內(nèi)容。座椅的主要功能是支撐駕駛員及乘坐人員的身體減緩路面不平傳給人體的沖擊并減 弱由此而引起的振動。給駕乘提供舒適、安全的乘坐條件和便于駕駛操作的良好的工作條件。

通過查閱相關(guān)資料并對當(dāng)前市民針對汽車座椅舒適性的市場調(diào)查考證，由生物動力學(xué)研究表明，長時間地承受高強度的全身振動對于人體健康的損害是相當(dāng)嚴(yán)重的。主要是腰脊和相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)會受到影響。新陳代謝以及源于機體內(nèi)部的一些其他因素會惡化這個影響，通常認(rèn)為環(huán)境因素如身體姿勢、低溫及氣流會引起肌肉疼痛。

通過取證分析可以得到以下結(jié)論

（一）座椅舒適度研究（1）座椅舒適度的指標(biāo)

根據(jù)人機工程學(xué)原理,為保證良好的舒適度，針對靜態(tài)舒適度，設(shè)計中應(yīng)遵循以下原則：① 座椅尺寸應(yīng)與人體測量尺寸相適宜；②座椅應(yīng)可調(diào)節(jié)，能使乘坐者變換姿勢，并最大范圍 滿足各類人體的乘坐要求；③座椅應(yīng)能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)給腰部充分的支撐,使脊柱接近于正常彎曲狀態(tài)。

（2）座椅舒適度的影響因素

座椅的幾何尺寸是影響座椅舒適度的因素，但研究發(fā)現(xiàn)這并非唯一最主要的影響因素。許多文獻都提及腰部支撐的重要作用。腰托的形狀和位置，對于是否能使人保持良好坐姿，減少人體疲勞具有重要作用。從人機工程學(xué)的角度來講腰部是體現(xiàn)座椅功能的關(guān)鍵部位。因此 座椅的腰托是影響舒適性的關(guān)鍵因素。腰托的安裝位置在座椅靠背結(jié)構(gòu)設(shè)計中十分重要。乘員正常入座時，人體身軀與大腿的連接點—胯點(hip point)簡稱H點H點的位置是決定駕駛員操作方便、乘坐舒適性相關(guān)的車內(nèi)尺寸的基準(zhǔn)。此外，座椅的調(diào)節(jié)特

性對座椅的舒適 度影響很大，已成為座椅舒適度設(shè)計中重點考慮的因素。壓力分布是導(dǎo)致不舒適的最主要的 生物力學(xué)因素，通過界面壓力對座椅舒適度進行評價是一種重要客觀、有效的方法。

（3）座椅舒適度的研究方法

從汽車座椅設(shè)計及改善的角度出發(fā)，消除座椅不舒適性最理想的方法是能建立定量模型，預(yù)測座椅的不舒適性。國內(nèi)外研究中,建立的模型主要有如下3種：利用模糊理論建立的模型、線性模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

目前，國內(nèi)在座椅舒適度的研究上還存在一些缺陷：①沒有針對中國人體特征尺寸的座椅舒適性研究；②對于座椅靜態(tài)舒適性評價還沒有形成一套客觀系統(tǒng)的體系；③在應(yīng)用神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)建模方法評價舒適性中，對輸入量的界定還不夠清晰明確有待進一步研究。

（二）座椅安全性設(shè)計

座椅安全性設(shè)計的內(nèi)容主要包括以下幾個方面:座椅強度的設(shè)計、座椅結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計、靠背的設(shè)計、坐墊的設(shè)計、頭枕的設(shè)計。（1）座椅強度的設(shè)計

座椅強度的設(shè)計是安全性設(shè)計的首要內(nèi)容。汽車行駛中座椅要承受復(fù)雜的載荷。汽車座椅必須有足夠的強度以確保座椅上的人，所受的傷害最小，座椅的壽命應(yīng)足夠長，不致過早變 形或損壞，受沖擊載荷作用時，座椅不應(yīng)發(fā)生斷裂、嚴(yán)重變形等損壞現(xiàn)象。所以設(shè)計座椅時，必須對汽車座椅的強度進行計算盡量以最少的材料、最小的質(zhì)量滿足強度要求。

（2）座椅結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計

座椅整體結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計應(yīng)考慮的是其對其他約束系統(tǒng)效能的影響及與其他約束系統(tǒng)之間 的連接方式等。（3）靠背的設(shè)計

靠背的安全性設(shè)計應(yīng)考慮靠背的強度、傾角、基本尺寸及其形狀?？勘车膹姸仍O(shè)計不但應(yīng)該 在“追尾”等后部碰撞時給乘員提供良好的保護，而且也要考慮側(cè)碰時對乘員的保護。而靠 背傾角、基本尺寸及其形狀對尾部碰撞的嚴(yán)重程度有很大影響。

（4）坐墊的設(shè)計

坐墊一般不會造成對乘員的直接沖擊傷害，但坐墊的結(jié)構(gòu)可以影響到乘員運動過程、約束力 加到乘員身體上的方式及外部載荷(加速度、力等)的絕對值大小。坐墊深度設(shè)計的原則是在 充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理的支撐。坐墊深度不應(yīng)該超過人的大腿長度。（5）頭枕的設(shè)計

頭枕是一種用以限制乘員頭部相對于軀干向后移位的彈性裝置其作用是在發(fā)生碰撞時，減輕乘員頸椎可能受到的損傷。尤其是在汽車受到追尾碰撞時可抑制乘員頭部后傾防止或減輕頸部損傷?，F(xiàn)多采用模擬計算和試驗驗證相結(jié)合的研究方法該方法重復(fù)性好、存儲信息量大、開發(fā)周期短且開發(fā)費用低?；谄囎问孢m度設(shè)計中面臨的問題 一般的座椅是由幾千個零件組裝而成，在建模前首先需要對座椅的整體結(jié)構(gòu)進行分析，確定各個零件對強度特性的影響，根據(jù)影響程度的不同對零件進行篩選。對于座椅中主要的支撐性零部件，應(yīng)精確建模，以保證模型的正確性，對靜強度特性影響不大的零件，只要抓住其主要的幾何形狀進行建模即可，對于基本沒影響的部件，可以簡單建?；虿唤！Ｆ囎喂羌軐儆诳臻g桿系和空間板系的組合結(jié)構(gòu)，由于各種調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不完全對稱，同時，汽車在行駛過程中座椅承受復(fù)雜的載荷結(jié)構(gòu)中的各個桿件既受彎曲又受扭轉(zhuǎn)。

通過調(diào)查研究，我們還了解到，早期的汽車座椅骨架大都采用簡單的鋼管結(jié)構(gòu)，因此最早采用空間梁單元進行強度分析。受硬件設(shè)備與軟件水平的限制，當(dāng)時的座椅有限元模型都比較簡單，單元和節(jié)點數(shù)目較少。

隨著座椅結(jié)構(gòu)形式的不斷變化，單純用梁單元已不足以精確地描述座椅骨架的結(jié)構(gòu)于是越來越多地使用了其他的單元形式建模，如空間板殼單元、實體單元等。在新的世紀(jì)里人們以新的方式來感知世界，人們越來越多的在追求一種新的生存環(huán)境和生存空間，毫無疑義未來的人性化設(shè)計具有更加全面立體的內(nèi)涵，它將超越人們過去所局限的人與物的關(guān)系的認(rèn)識向時間、空間、生理感官和心理方向發(fā)展，同時通過現(xiàn)代高科技技術(shù)如虛擬現(xiàn)實、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等多種數(shù)字化的形式而擴延。

國內(nèi)汽車座椅行業(yè)應(yīng)該致力于簡化座椅的設(shè)計開發(fā)過程，大幅度縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)費用和成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能，獲得最優(yōu)化的創(chuàng)新設(shè)計產(chǎn)品，這樣才能更好地促進我國座椅行業(yè)的設(shè)計國際化、現(xiàn)代化。我們希望這種汽車座椅的設(shè)計可以更好地保護人們的腰部和頸部。同時要想設(shè)法使駕駛員駕車時有更舒適、更安全的駕駛環(huán)境，對于當(dāng)前的汽車座椅設(shè)計，高度的運用人機工程學(xué)知識，更大的提高人體舒適度，是極為必要，也是勢在必行。

參考文獻

[1]王正華，喻凡，莊德軍.汽車座椅舒適性的主觀和客觀評價研究 [2].汽車工程.2006(9):817.[3] 孟翔,王宏明.基于ADAMS的汽車座椅沖擊強度研究[J].機械設(shè)計與制造2007(11):167.

第四篇：基于人機工程學(xué)的汽車座椅設(shè)計研究

基于人機工程學(xué)的汽車座椅設(shè)計研究 何鈞1 陳亞文1 高秀峰1（1襄樊學(xué)院 441053）

【摘要】本文通過對重型商用車坐姿舒適性仿真的研究，并結(jié)合當(dāng)今比較流行的舒適度建模方法，進行了適宜駕駛姿勢規(guī)律的實驗研究。得到以人體姿勢變量和汽車設(shè)計變量為預(yù)測因子的人體不舒適度預(yù)測模型,并將模型應(yīng)用于實際項目的方案分析中。關(guān)鍵詞：駕駛員 駕駛姿勢 人機工程技術(shù) 人體舒適度

Car seat based on ergonomics design of the report concluding paper Hejun1 Chenyawen1 Gaoxiufeng1(1XiangFang University 441053)【Abstract】 Based on the heavy commercial vehicle sitting comfort simulation studies, combined with the comfort of today's popular modeling method was suitable for Experimental study of the driving position.Get to the body posture variables and design variables as predictors of car's body is not comfortable forecasting model, and the model is applied to the analysis of the actual project proposal.Key words: driver driving posture ergonomic body comfort technology

一、引言

隨著時代的發(fā)展，人們開始追求高品質(zhì)的舒適生活,于是按照人體工程學(xué)設(shè)計的產(chǎn)品也就越來越受到大眾的歡迎。以汽車座椅為例,人體工程學(xué)的家具并不是人們頭腦中所想象的僅有數(shù)據(jù)符合的座椅,它還包括除了人體生理數(shù)據(jù)之外的很多因素。它的設(shè)計原則除了常見的尺度設(shè)計原則,人體機能和環(huán)境設(shè)計原則,健康設(shè)計原則外還應(yīng)該講求黃金分割比的設(shè)計原則。并指出在這些原則的指導(dǎo)下好的人體工程學(xué)座椅是功能與美學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)品,可以為人帶來身心兩方面的享受。

二、汽車座椅舒適性設(shè)計的重要性

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的突飛猛進，以及人們工作和生活空間的不段變化，就要求汽車座椅的生產(chǎn)企業(yè)在座椅的設(shè)計、生產(chǎn)方式等方面進行改革，同時也要考慮降低成本，提高汽車座椅的經(jīng)濟性。因此市場不斷細(xì)分，多種不同類型和不同設(shè)計的汽車座椅不斷進入市場。然而目前，國內(nèi)在座椅舒適度的研究上還存在一些缺陷：①沒有針對中國人體特征尺寸的座椅舒 適性研究；②對于座椅靜態(tài)舒適性評價還沒有形成一套客觀系統(tǒng)的體系；③在應(yīng)用神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)建模方法評價舒適性中，對輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進一步研究。關(guān)于人機工程學(xué)在家居設(shè)計中的應(yīng)用的提出，其可行性可以分為概念化階段、具體化階段、周詳設(shè)計階段及檢驗校核階段等多階段進行設(shè)計【1】。1概念化階段是整體設(shè)計的理念和宗旨，是保證今后具體設(shè)計得以順利進行的前提條件。對椅子設(shè)計概念化進行設(shè)定的過程，涉及椅子相關(guān)的功能性、構(gòu)造和材料以及形狀等問題；2具體化階段是按照在概念化階段設(shè)定的設(shè)計方案，解決座椅的構(gòu)造、功能和美觀問題并創(chuàng)造出其基本形狀；3座椅周詳設(shè)計的關(guān)鍵是將重點放在符合整體的外觀和核心架構(gòu)的設(shè)計上。產(chǎn)品的外觀、座椅的造型以及穩(wěn)定的構(gòu)造應(yīng)該既反映其精湛設(shè)計，又能實現(xiàn)人們對舒適的要求，這就是汽車座椅設(shè)計的重點。4通過以上各階段步驟完成的產(chǎn)品設(shè)計可能并不是完美的。尤其是座椅與人體結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，可以說人們對產(chǎn)品設(shè)計的合理性和適用性的評判是很重要的。因此應(yīng)該對設(shè)計進行檢驗和校核。對于座椅的設(shè)計來說，椅子的底座部分能否穩(wěn)定地支撐人體體重是很重要的。當(dāng)然除此之外對支撐人體背部的椅背部分和扶手部分的檢驗也是很必要的。

三、基于汽車座椅的舒適性及安全性設(shè)計研究 隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)及生活水平的不斷改善和發(fā)展，人們對于座椅舒適要求也不斷提升。其中汽車座椅的舒適度及安全性設(shè)計已成為當(dāng)今汽車產(chǎn)商所關(guān)注的主要內(nèi)容。座椅的主要功能是支撐駕駛員及乘坐人員的身體，減緩路面不平傳給人體的沖擊并減弱由此而引起的振動。給駕乘提供舒適、安全的乘坐條件和便于駕駛操作的良好的工作條件。由生物動力學(xué)研究表明，長時間地承受高強度的全身振動對于人體健康的損害是相當(dāng)嚴(yán)重的。主要是腰脊和相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)會受到影響。新陳代謝以及源于機體內(nèi)部的一些其他因素會惡化這個影響，通常認(rèn)為環(huán)境因素，如身體姿勢、低溫及氣流會引起肌肉疼痛。由本小組研究人員取證分析，得到以下結(jié)論：

（一）座椅舒適度研究

1、座椅舒適度的指標(biāo)：① 座椅尺寸應(yīng)與人體測量尺寸d相適宜（一般d取45—60公分）；②座椅應(yīng)可調(diào)節(jié)，能使乘坐者變換姿勢，并最大范圍滿足各類人體的乘坐要求,如沃爾沃公司的F7型汽車坐高可調(diào)65mm；傾斜度可調(diào)64度；縱向位置可調(diào)130mm等；③座椅應(yīng)能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)給腰部充分的支撐,使脊柱接近于正常彎曲狀態(tài)。

2、座椅舒適度的影響因素：座椅的幾何尺寸是影響座椅舒適度的因素，但研究發(fā)現(xiàn)這并非唯一最主要的影響因素。從人機工程學(xué)的角度來講，腰部是體現(xiàn)座椅功能的關(guān)鍵部位。因此，座椅的腰托是影響舒適性的關(guān)鍵因素。此外，座椅的調(diào)節(jié)特性對座椅的舒適度影響很大，已成為座椅舒適度設(shè)計中重點考慮的因素。

3、座椅舒適度的研究方法：從汽車座椅設(shè)計及改善的角度出發(fā)，消除座椅不舒適性最理想的方法是能建立定量模型，預(yù)測座椅的不舒適性。國內(nèi)外研究中,建立的模型主要有如下3種：利用模糊理論建立的模型、線性模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

（二）座椅安全性設(shè)計1、座椅強度的設(shè)計：座椅強度的設(shè)計是安全性設(shè)計的首要內(nèi)容。汽車行駛中，座椅要承受復(fù)雜的載荷。汽車座椅必須有足夠的強度，以確保座椅上的人所受的傷害最?。蛔蔚膲勖鼞?yīng)足夠長，不致過早變形或損壞；受沖擊載荷作用時，座椅不應(yīng)發(fā)生斷裂、嚴(yán)重變形等損壞現(xiàn)象。2、座椅結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計：座椅整體結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計應(yīng)考慮的是其對其他約束系統(tǒng)效能的影響及與其他約束系統(tǒng)之間的連接方式等。3、靠背的設(shè)計：靠背的安全性設(shè)計應(yīng)考慮靠背的強度、傾角、基本尺寸及其形狀?？勘车膹姸仍O(shè)計不但應(yīng)該在“追尾”等后部碰撞時給乘員提供良好的保護，而且也要考慮側(cè)碰時對乘員的保護。而靠背傾角、基本尺寸及其形狀對尾部碰撞的嚴(yán)重程度有很大影響。

4、坐墊的設(shè)計：坐墊一般不會造成對乘員的直接沖擊傷害，但坐墊的結(jié)構(gòu)可以影響到乘員運動過程、約束力加到乘員身體上的方式及外部載荷(加速度、力等)的絕對值大小。坐墊深度設(shè)計的原則是在充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理的支撐。坐墊深度不應(yīng)該超過人的大腿長度。5、頭枕的設(shè)計：頭枕是一種用以限制乘員頭部相對于軀干向后移位的彈性裝置，其作用是在發(fā)生碰撞時，減輕乘員頸椎可能受到的損傷。尤其是在汽車受到追尾碰撞時，可抑制乘員頭部后傾，防止或減輕頸部損傷?，F(xiàn)多采用模擬計算和試驗驗證相結(jié)合的研究方法，該方法重復(fù)性好、存儲信息量大、開發(fā)周期短且開發(fā)費用低，目前可用于座椅強度分析的有限元軟件有MSC.NASTRAN、ABAQUAS、ANSYS、SAP、PAM-CRASH、DYNA-3D等【2】。

四、基于汽車座椅舒適度設(shè)計中面臨的問題

對于座椅中主要的支撐性零部件，應(yīng)精確建模，以保證模型的正確性；對靜強度特性影響不大的零件，只要抓住其主要的幾何形狀進行建模即可；對于基本沒影響的部件，可以簡單建?；虿唤?。隨著座椅結(jié)構(gòu)形式的不斷變化，單純用梁單元已不足以精確地描述座椅骨架的結(jié)構(gòu)，于是越來越多地使用了其他的單元形式建模，如空間板殼單元、實體單元等。在新的世紀(jì)里，人們以新的方式來感知世界，人們越來越多的在追求一種新的生存環(huán)境和生存空間，毫無疑義，未來的人性化設(shè)計具有更加全面立體的內(nèi)涵，它將超越人們過去所局限的人與物的關(guān)系的認(rèn)識，向時間、空間、生理感官和心理方向發(fā)展，同時，通過現(xiàn)代高科技技術(shù)如虛擬現(xiàn)實、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等多種數(shù)字化的形式而擴延。

五、總結(jié)國內(nèi)汽車座椅行業(yè)應(yīng)該致力于簡化座椅的設(shè)計開發(fā)過程，大幅度縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)費用和成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能，獲得最優(yōu)化的創(chuàng)新設(shè)計產(chǎn)品，這樣才能更好地促進我國座椅行業(yè)的設(shè)計國際化、現(xiàn)代化。我們希望這種汽車座椅的設(shè)計可以更好地保護人們的腰部和頸部。

同時，要想設(shè)法使駕駛員駕車時有更舒適、更安全的駕駛環(huán)境，對于當(dāng)前的汽車座椅設(shè)計，高度的運用人機工程學(xué)知識，更大的提高人體舒適度，是極為必要，也是勢在必行！

［參考文獻］

【1】王正華，喻凡，莊德軍.汽車座椅舒適性的主觀和客觀評價研究［J］.汽車工 程，2006（9）：817. 【2】 孟翔，王宏明.基于ADAMS的汽車座椅沖擊強度研究［J］.機械設(shè)計與制造，2007（11）：167.項目指導(dǎo)老師： 李和

論文報告編輯者： 何鈞 襄樊學(xué)院機械與汽車工程學(xué)院工業(yè)工程0811班 完成時間：2010年5月10日

第五篇：人機工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計中的應(yīng)用

人機工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計中的應(yīng)用

摘要：運用人機工程學(xué)原理，針對汽車駕駛座持，從駕駛員生理特性與作業(yè)環(huán)境兩個方面分析了影響駕駛舒適性及安全性的原因，在此基礎(chǔ)上從坐姿舒適性，振動舒適性，操作舒適性，安全性等四個方面論述了人機工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計中的應(yīng)用，完成了對汽車駕駛座椅從分析到設(shè)計的系列開發(fā)過程。

關(guān)鍵詞：汽車駕駛座椅 人機工程學(xué) 設(shè)計

一、引言

隨著時代的發(fā)展，當(dāng)今社會已由工業(yè)社會向信息社會即后工業(yè)社會過渡，人類賴以生存的生活空間和生活方式，處處都是經(jīng)過設(shè)計并不斷完善的設(shè)計世界?，F(xiàn)代設(shè)計，作為一種廣泛的文化活動，已成為人們生活中的一部分。人們開始追求高品質(zhì)的舒適生活,于是按照人體工程學(xué)設(shè)計的產(chǎn)品也就越來越受到大眾的歡迎。人體工程學(xué)的產(chǎn)品也就成了現(xiàn)代社會人們追求的目標(biāo)。先以汽車座椅為例,人體工程學(xué)的家具并不是人們頭腦中所想象的僅有數(shù)據(jù)符合的座椅,它還包括除了人體生理數(shù)據(jù)之外的很多因素。它的設(shè)計原則除了常見的尺度設(shè)計原則,人體機能和環(huán)境設(shè)計原則,健康設(shè)計原則外還應(yīng)該講求黃金分割比的設(shè)計原則。并指出在這些原則的指導(dǎo)下好的人體工程學(xué)座椅是功能與美學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)品,可以為人帶來身心兩方面的享受。

二、舒適駕乘首要在于座椅設(shè)計

通過對汽車座椅設(shè)計中的人機因素分析,即尺度、形態(tài)、功能、色彩四方面的具體分析,尋求汽車座椅設(shè)計與人機工程學(xué)的關(guān)系,從而論證目前汽車座椅設(shè)計中人機工程學(xué)應(yīng)用的一些局限性,即學(xué)科內(nèi)涵與目標(biāo)的矛盾、共性原則與個性需求的矛盾、統(tǒng)計與個案的矛盾以及合理與合情的矛盾,通過對這些應(yīng)用矛盾的透析,探求出汽車座椅設(shè)計中人機工程學(xué)應(yīng)用的原則,從而最終為汽車座椅產(chǎn)品設(shè)計中人機工程學(xué)的應(yīng)用探索出一條道路。

而人機工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計中的作用主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1、為確定汽車空間范圍提供依據(jù)。

2、為設(shè)計汽車座椅提供依據(jù)。

3、為確定感覺器官的適應(yīng)能力提供依據(jù)。

三、汽車座椅人機工程學(xué)分析

1、人體坐姿生理特性分析（1）坐姿時脊柱的形態(tài)

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

（2）坐姿體壓分布

當(dāng)座椅上的人處于坐姿狀態(tài)時，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。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。

（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，自大腿部位時壓力降至最低，這是座墊設(shè)計的壓力分布不均勻原則。圖1為坐姿時座墊上的體壓分布。

（4）靠背上的體壓分布

靠背上的體壓分布也以不均勻分布，壓力相對集中在肩胛骨和腰椎兩個部位。從這兩個部位向外，壓力應(yīng)逐步降低。

2、環(huán)境分析

把駕駛員——座椅組成的系統(tǒng)看作一個典型人機系統(tǒng)，該系統(tǒng)所處的環(huán)境對系統(tǒng)中的駕駛員的影響主要體現(xiàn)在以下兩個方面，具體分析如下：

（1）振動

駕駛員坐在行使中的汽車上所承受的振動屬于全身振動的范疇。有關(guān)研究表明，人體最敏感的頻率范圍為縱向振動4~8Hz，橫向振動1~2Hz。當(dāng)外界振動接近器官的共振頻率時，即產(chǎn)生共振，振幅迅速增大，此時引起器官的生理反應(yīng)最大。

振動對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作準(zhǔn)確性變差。當(dāng)振動頻率低于2Hz時，由于眼肌的調(diào)節(jié)補償作用，使視網(wǎng)膜上的映像相對穩(wěn)定，因此對視覺的干擾作用不大，但當(dāng)振動頻率大于4Hz時，視覺作業(yè)效率將受到嚴(yán)重的影響，振動頻率為10~30Hz時，對視覺的干擾最大，振動頻率為50Hz、加速度為2m/s2時，視覺下降約50%。振動對操作動作準(zhǔn)確性的影響，主要是由于振動降低了手（或腳）的穩(wěn)定性，從而使操縱動作的準(zhǔn)確性變差，而且振幅越大，影響越大。

（2）溫濕度

研究表明，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機能不適應(yīng)時將引起人體局部不快感，從而加速人體疲勞的形成。

四、汽車座椅的人機工程設(shè)計

汽車駕駛座椅的人機工程學(xué)分析，安全舒適的汽車駕駛座椅的設(shè)計必須滿足以下要求：意識坐姿舒適性（靜態(tài)舒適性）；二是振動舒適性（動態(tài)舒適性）；三是操作舒適性；四是安全性（包括主動安全性及被動安全性兩個方面）。

上述要求具體到駕駛座椅的設(shè)計中滿足駕駛員坐姿舒適性的座椅尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計、滿足駕駛員振動舒適性的座椅抗振減振設(shè)計、滿足操作舒適性的座椅空間位置設(shè)計以及滿足駕駛員的安全性的汽車駕駛座椅主動安全性及被動安全性的設(shè)計。

1、座椅尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計

駕駛座椅尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究把注意力集中在人體生理結(jié)構(gòu)特點對駕駛舒適程度的影響上，尋求最佳的座椅結(jié)構(gòu)形式、尺寸、輪廓形狀及材料選擇。

（1）座椅尺寸設(shè)計

座椅尺寸設(shè)計主要參數(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)計涉及主要參數(shù)如圖2所示。

椅面高度A：椅面高度定義為椅面前緣至駕駛員踵點的垂直距離。在設(shè)計時主要考慮到兩點：椅面過高會使大腿肌肉受壓，椅面過低就會增加背部肌肉負(fù)荷，駕駛座椅的椅面高度應(yīng)低些。

椅面寬度B：在空間允許的條件下，以寬為好。但對于汽車駕駛座椅來講，駕駛員坐姿單一，不涉及變換姿勢，通常設(shè)計應(yīng)滿足最寬人體需要為準(zhǔn)。

椅面深度C：指椅面前緣至靠背前面水平距離。其尺寸應(yīng)滿足：腰部得到靠背的支撐；椅面前緣與小腿之間留有適當(dāng)距離，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)，對于汽車駕駛座椅靠背的高度應(yīng)采取高靠背，最好加靠枕。

靠背傾角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而是椅面前緣向后傾。此角不易過大，否則會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)，引起身心疲勞。

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。

（2）座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應(yīng)堅實平坦。太軟的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，從而導(dǎo)致腰酸背痛現(xiàn)象的產(chǎn)生。研究表明：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，容易產(chǎn)生疲勞。

依據(jù)靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設(shè)計時應(yīng)保證有靠背兩點支撐，即就是人體背部和腰部的合理支撐。汽車座椅設(shè)計時應(yīng)提供形狀和位置適宜的兩點支撐，第一支撐不位位于人體第5—6胸椎之間的高度上，作為肩靠；第二支撐設(shè)置在腰曲部位，作為腰靠。肩靠能減輕頸曲變形，腰靠能保證坐姿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方面：振動舒適性以及座椅對人體熱環(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傳遞率，使座椅有較高的振動舒適性，必須采用合適的座墊和靠背減振材料。根據(jù)駕駛室的微氣候環(huán)境，調(diào)整座椅表面的濕溫度特性，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)人體代謝，達到減輕疲勞的目的。

2、座椅舒適性設(shè)計 通過查閱相關(guān)資料并對當(dāng)前市民針對汽車座椅舒適性的市場調(diào)查考證，由生物動力學(xué)研究表明，長時間地承受高強度的全身振動對于人體健康的損害是相當(dāng)嚴(yán)重的。主要是腰脊和相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)會受到影響。新陳代謝以及源于機體內(nèi)部的一些其他因素會惡 化這個影響，通常認(rèn)為環(huán)境因素，如身體姿勢、低溫及氣流會引起肌肉疼痛。由本小組研究人員取證分析，得到以下結(jié)論：

（1）、座椅舒適度的指標(biāo)

根據(jù)人機工程學(xué)原理,為保證良好的舒適度，針對靜態(tài)舒適度，設(shè)計中應(yīng)遵循以下原則：① 座椅尺寸應(yīng)與人體測量尺寸相適宜；②座椅應(yīng)可調(diào)節(jié)，能使乘坐者變換姿勢，并最大范圍 滿足各類人體的乘坐要求；③座椅應(yīng)能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)給腰部 充分的支撐,使脊柱接近于正常彎曲狀態(tài)。

（2）、座椅舒適度的影響因素 座椅的幾何尺寸是影響座椅舒適度的因素，但研究發(fā)現(xiàn)這并非唯一最主要的影響因素。許多 文獻都提及腰部支撐的重要作用。腰托的形狀和位置，對于是否能使人保持良好坐姿，減少 人體疲勞具有重要作用。從人機工程學(xué)的角度來講，腰部是體現(xiàn)座椅功能的關(guān)鍵部位。因此，座椅的腰托是影響舒適性的關(guān)鍵因素。腰托的安裝位置在座椅靠背結(jié)構(gòu)設(shè)計中十分重要。

（3）、座椅舒適度的研究方法 從汽車座椅設(shè)計及改善的角度出發(fā)，消除座椅不舒適性最理想的方法是能建立定量模型，預(yù)測座椅的不舒適性。國內(nèi)外研究中,建立的模型主要有如下3種：利用模糊理論建立的模型、線性模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

目前，國內(nèi)在座椅舒適度的研究上還存在一些缺陷：①沒有針對中國人體特征尺寸的座椅舒 適性研究；②對于座椅靜態(tài)舒適性評價還沒有形成一套客觀系統(tǒng)的體系；③在應(yīng)用神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)建模方法評價舒適性中，對輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進一步研究。

3、座椅空間位置設(shè)計

座椅空間位置設(shè)計就是為了達到操作舒適性的目標(biāo)，而進行駕駛室座椅空間位置設(shè)計以確保駕駛員有良好的視野，同時對汽車轉(zhuǎn)向盤、腳踏板等操作部件有恰當(dāng)?shù)牟僮饕缶嚯x，以達到操作舒適性的最終目的。

圖4列出了駕駛作業(yè)空間設(shè)計的主要指標(biāo)。

4、座椅安全性設(shè)計

座椅安全性設(shè)計的內(nèi)容主要包括以下幾個方面:座椅強度的設(shè)計、座椅結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計、靠 背的設(shè)計、坐墊的設(shè)計、頭枕的設(shè)計。

（1）座椅強度的設(shè)計

座椅強度的設(shè)計是安全性設(shè)計的首要內(nèi)容。汽車行駛中，座椅要承受復(fù)雜的載荷。汽車座椅 必須有足夠的強度，以確保座椅上的人所受的傷害最??；座椅的壽命應(yīng)足夠長，不致過早變 形或損壞；受沖擊載荷作用時，座椅不應(yīng)發(fā)生斷裂、嚴(yán)重變形等損壞現(xiàn)象。所以設(shè)計座椅時 必須對汽車座椅的強度進行計算，盡量以最少的材料、最小的質(zhì)量滿足強度要求。

（2）座椅結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計

座椅整體結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計應(yīng)考慮的是其對其他約束系統(tǒng)效能的影響及與其他約束系統(tǒng)之間 的連接方式等。

（3）靠背的設(shè)計

靠背的安全性設(shè)計應(yīng)考慮靠背的強度、傾角、基本尺寸及其形狀?？勘车膹姸仍O(shè)計不但應(yīng)該 在“追尾”等后部碰撞時給乘員提供良好的保護，而且也要考慮側(cè)碰時對乘員的保護。而靠 背傾角、基本尺寸及其形狀對尾部碰撞的嚴(yán)重程度有很大影響。

（4）坐墊的設(shè)計

坐墊一般不會造成對乘員的直接沖擊傷害，但坐墊的結(jié)構(gòu)可以影響到乘員運動過程、約束力 加到乘員身體上的方式及外部載荷(加速度、力等)的絕對值大小。坐墊深度設(shè)計的原則是在 充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理的支撐。坐墊深度不應(yīng)該超過人的大腿長度。（5）頭枕的設(shè)計

頭枕是一種用以限制乘員頭部相對于軀干向后移位的彈性裝置，其作用是在發(fā)生碰撞時，減 輕乘員頸椎可能受到的損傷。尤其是在汽車受到追尾碰撞時，可抑制乘員頭部后傾，防止或 減輕頸部損傷?，F(xiàn)多采用模擬計算和試驗驗證相結(jié)合的研究方法，該方法重復(fù)性好、存儲信 息量大、開發(fā)周期短且開發(fā)費用低。

五、汽車座椅人機工程學(xué)的應(yīng)用

所謂人機工程學(xué)，亦即是應(yīng)用人體測量學(xué)、人體力學(xué)、勞動生理學(xué)、勞動心理學(xué)等學(xué)科的研究方法，對人體結(jié)構(gòu)特征和機能特征進行研究，提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動時的相互關(guān)系和可及范圍等人體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)；還提供人體各部分的出力范圍、活動范圍、動作速度、動作頻率、重心變化以及動作時的習(xí)慣等人體機能特征參數(shù)，分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機能特性；分析人在各種勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞機理以及人對各種勞動負(fù)荷的適應(yīng)能力；探討人在工作中影響心理狀態(tài)的因素以及心理因素對工作效率的影響等。

人機工程學(xué)的顯著特點是，在認(rèn)真研究人、機、環(huán)境三個要素本身特性的基礎(chǔ)上，不單純著眼于個別要素的優(yōu)良與否，而是將使用“物”的人和所設(shè)計的“物”以及人與“物”所共處的環(huán)境作為一個系統(tǒng)來研究。在人機工程學(xué)中將這個系統(tǒng)稱為“人——機——環(huán)境”系統(tǒng)。

六、結(jié)束語

從人機工程學(xué)的角度出發(fā)，進行汽車駕駛座椅的設(shè)計，是使駕駛座椅具有良好坐姿舒適性、振動舒適性、操作舒適性和安全性的必要手段。

目前，雖然已有企業(yè)在利用人機工程學(xué)的研究成果來設(shè)計駕駛員座椅了，但對設(shè)計出來的駕駛座椅還不夠完善，因此建立一個從分析——設(shè)計的系列開發(fā)過程有著非常重要的意義。參考文獻

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