第一篇：人機(jī)工程學(xué)汽車座椅設(shè)計(jì)研究

人機(jī)工程學(xué)的汽車座椅設(shè)計(jì)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(jìn)行了適宜駕駛姿勢規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究。得到以人體姿勢變量和汽車設(shè)計(jì)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(shí)際項(xiàng)目的方案分析中?！娟P(guān)鍵詞】：駕駛員 駕駛姿勢 人機(jī)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(shí)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(jì)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(jì)原則除了常見的尺度設(shè)計(jì)原則,人體機(jī)能和環(huán)境設(shè)計(jì)原則,健康設(shè)計(jì)原則外還應(yīng)該講求黃金分割比的設(shè)計(jì)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(jì)的重要性 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，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(jì)、生產(chǎn)方式等方面進(jìn)行改革，同時(shí)也要考慮降低成本，提高汽車座椅的經(jīng)濟(jì)性。因此市場不斷細(xì)分，多種不同類型和不同設(shè)計(jì)的汽車座椅不斷進(jìn)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?zèng)]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(jià)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(jià)舒適性中，對輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進(jìn)一步研究。關(guān)于人機(jī)工程學(xué)在家居設(shè)計(jì)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(jì)階段及檢驗(yàn)校核階段等多階

段進(jìn)行設(shè)計(jì)：1概念化階段是整體設(shè)計(jì)的理念和宗旨，是保證今后具體設(shè)計(jì)得以順利進(jìn)行的前提條件。對椅子設(shè)計(jì)概念化進(jìn)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(jì)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(jì)的關(guān)鍵是將重點(diǎn)放在符合整體的外觀和核心架構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jì)，又能實(shí)現(xiàn)人 們對舒適的要求，這就是汽車座椅設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。4通過以上各階段步驟完成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)和校核。對于座椅的設(shè)計(jì)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(yàn)也是很必要的。

三、基于汽車座椅的舒適性及安全性設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)。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(dòng)力學(xué)研究表明，長時(shí)間地承受高強(qiáng)度的全身振動(dòng)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(huì)受到影響。新陳代謝以及源于機(jī)體內(nèi)部的一些其他因素會(huì)惡化這個(gè)影響，通常認(rèn)為環(huán)境因素，如身體姿勢、低溫及氣流會(huì)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(jī)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(jì)中重點(diǎn)考慮的因素。

3、座椅舒適度的研究方法：從汽車座椅設(shè)計(jì)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(jì)1、座椅強(qiáng)度的設(shè)計(jì)：座椅強(qiáng)度的設(shè)計(jì)是安全性設(shè)計(jì)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(qiáng)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(shí)，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(jì)：座椅整體結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)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(jì)：靠背的安全性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮靠背的強(qiáng)度、傾角、基本尺寸及其形狀?？勘车膹?qiáng)度設(shè)計(jì)不但應(yīng)該在“追尾”等后部碰撞時(shí)給乘員提供良好的保護(hù)，而且也要考慮側(cè)碰時(shí)對乘員的保護(hù)。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(jì)：坐墊一般不會(huì)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(yùn)動(dòng)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(jì)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(jì)：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(shí)，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(shí)，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(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法，該方法重復(fù)性好、存儲(chǔ)信息量大、開發(fā)周期短且開發(fā)費(fèi)用低，目前可用于座椅強(qiáng)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(jì)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(qiáng)度特性影響不大的零件，只要抓住其主要的幾何形狀進(jìn)行建模即可；對于基本沒影響的部件，可以簡單建?；虿唤！ｋS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(shí)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(jì)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(shí)間、空間、生理感官和心理方向發(fā)展，同時(shí)，通過現(xiàn)代高科技技術(shù)如虛擬現(xiàn)實(shí)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等多種數(shù)字化的形式而擴(kuò)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(jì)開發(fā)過程，大幅度縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)費(fèi)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(jì)產(chǎn)品，這樣才能更好地促進(jìn)我國座椅行業(yè)的設(shè)計(jì)國際化、現(xiàn)代化。我們希望這種汽車座椅的設(shè)計(jì)可以更好地保護(hù)人們的腰部和頸部。

結(jié)語：要想設(shè)法使駕駛員駕車時(shí)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(jì)，高度的運(yùn)用人機(jī)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(xiàn)］ 【 1】王正華，喻凡，莊德軍.汽車座椅舒適性的主觀和客觀評價(jià)研究［J］.汽車工程，2006 湖南大學(xué)學(xué)報(bào)

【2】 孟翔，王宏明.基于ADAMS的汽車座椅沖擊強(qiáng)度研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007遼寧省機(jī)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

第二篇：基于人機(jī)工程學(xué)的汽車座椅設(shè)計(jì)研究

基于人機(jī)工程學(xué)的汽車座椅設(shè)計(jì)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(jià)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(jì)算機(jī)輔助人機(jī)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(jìn)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(jìn)行了適宜駕駛姿勢規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究。通過設(shè)計(jì)下肢、軀干、上肢實(shí)驗(yàn),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(jì)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(shí)際項(xiàng)目的方案分析中。

關(guān)鍵詞：駕駛員

駕駛姿勢

人機(jī)工程技術(shù)

人體舒適度 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)已由工業(yè)社會(huì)向信息社會(huì)即后工業(yè)社會(huì)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(jì)并不斷完善的設(shè)計(jì)世界?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)，作為一種廣泛的文化活動(dòng)，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(jì)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(huì)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(jì)原則除了常見的尺度設(shè)計(jì)原則,人體機(jī)能和環(huán)境設(shè)計(jì)原則,健康設(shè)計(jì)原則外還應(yīng)該講求黃金分割比的設(shè)計(jì)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(jì)

通過對汽車座椅設(shè)計(jì)中的人機(jī)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(jì)與人機(jī)工程學(xué)的關(guān)系,從而論證目前汽車座椅設(shè)計(jì)中人機(jī)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(gè)性需求的矛盾、統(tǒng)計(jì)與個(gè)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(jì)中人機(jī)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(jì)中人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用探索出一條道路。

而人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)工程學(xué)原理于汽車座椅設(shè)計(jì)已達(dá)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(jìn)，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(jì)、生產(chǎn)方式等方面進(jìn)行改革，同時(shí)也要考慮降低成本，提高汽車座椅的經(jīng)濟(jì)性。因此市場不斷細(xì)分，多種不同類型和不同設(shè)計(jì)的汽車座椅不斷進(jìn)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(jì)樣式豐富多姿，各有特色。從而也使汽車座椅在設(shè)計(jì)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(jī)工程學(xué)的原理，以社會(huì)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(huì)不會(huì)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(shí)，肩部的位置感覺會(huì)如何等。這樣，座椅既具備了優(yōu)美典雅的視覺感受，同時(shí)也擁有滿足人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ餍枰膶?shí)用功能。

座椅是對人們活動(dòng)起輔助作用的工具首先必須能夠承受人們活動(dòng)帶來的各種力量和沖擊。在設(shè)計(jì)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(shí)用功能。因此應(yīng)在充分了解座椅構(gòu)造的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到既美觀又實(shí)用的目的。

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

概念化階段是整體設(shè)計(jì)的理念和宗旨，是保證今后具體設(shè)計(jì)得以順利進(jìn)行的前提條件。對椅子設(shè)計(jì)概念化進(jìn)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(jì)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(gè)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(jì)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(jìn)行論證。

2.3.3周詳設(shè)計(jì)階段

座椅設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是將重點(diǎn)放在符合整體的外觀和核心架構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jì)，又能實(shí)現(xiàn)人們對舒適的要求，這就是汽車座椅設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

2.3.4檢驗(yàn)校核階段

通過以上各階段步驟完成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)和校核。對于座椅的設(shè)計(jì)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(yàn)也是很必要的。汽車座椅舒適性及安全性設(shè)計(jì)研究

坐舒適度及安全性是評價(jià)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(jì)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(dòng)。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(dòng)力學(xué)研究表明，長時(shí)間地承受高強(qiáng)度的全身振動(dòng)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(huì)受到影響。新陳代謝以及源于機(jī)體內(nèi)部的一些其他因素會(huì)惡化這個(gè)影響，通常認(rèn)為環(huán)境因素如身體姿勢、低溫及氣流會(huì)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(jī)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(jì)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(xiàn)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(jī)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(jì)中十分重要。乘員正常入座時(shí)，人體身軀與大腿的連接點(diǎn)—胯點(diǎn)(hip point)簡稱H點(diǎn)H點(diǎn)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(jì)中重點(diǎn)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(jìn)行評價(jià)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(jì)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?zèng)]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(jià)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(jià)舒適性中，對輸入量的界定還不夠清晰明確有待進(jìn)一步研究。

（二）座椅安全性設(shè)計(jì)

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

座椅強(qiáng)度的設(shè)計(jì)是安全性設(shè)計(jì)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(qiáng)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(shí)，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(jì)座椅時(shí)，必須對汽車座椅的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算盡量以最少的材料、最小的質(zhì)量滿足強(qiáng)度要求。

（2）座椅結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)

座椅整體結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)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(jì)

靠背的安全性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮靠背的強(qiáng)度、傾角、基本尺寸及其形狀?？勘车膹?qiáng)度設(shè)計(jì)不但應(yīng)該 在“追尾”等后部碰撞時(shí)給乘員提供良好的保護(hù)，而且也要考慮側(cè)碰時(shí)對乘員的保護(hù)。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(jì)

坐墊一般不會(huì)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(yùn)動(dòng)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(jì)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(jì)

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(shí)，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(shí)可抑制乘員頭部后傾防止或減輕頸部損傷。現(xiàn)多采用模擬計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法該方法重復(fù)性好、存儲(chǔ)信息量大、開發(fā)周期短且開發(fā)費(fèi)用低。基于汽車座椅舒適度設(shè)計(jì)中面臨的問題 一般的座椅是由幾千個(gè)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(jìn)行分析，確定各個(gè)零件對強(qiáng)度特性的影響，根據(jù)影響程度的不同對零件進(jìn)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(qiáng)度特性影響不大的零件，只要抓住其主要的幾何形狀進(jìn)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不完全對稱，同時(shí)，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(gè)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(jìn)行強(qiáng)度分析。受硬件設(shè)備與軟件水平的限制，當(dāng)時(shí)的座椅有限元模型都比較簡單，單元和節(jié)點(diǎn)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(shí)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(jì)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(shí)間、空間、生理感官和心理方向發(fā)展，同時(shí)通過現(xiàn)代高科技技術(shù)如虛擬現(xiàn)實(shí)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等多種數(shù)字化的形式而擴(kuò)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(jì)開發(fā)過程，大幅度縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)費(fèi)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(jì)產(chǎn)品，這樣才能更好地促進(jìn)我國座椅行業(yè)的設(shè)計(jì)國際化、現(xiàn)代化。我們希望這種汽車座椅的設(shè)計(jì)可以更好地保護(hù)人們的腰部和頸部。同時(shí)要想設(shè)法使駕駛員駕車時(shí)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(jì)，高度的運(yùn)用人機(jī)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(xiàn)

[1]王正華，喻凡，莊德軍.汽車座椅舒適性的主觀和客觀評價(jià)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(qiáng)度研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造2007(11):167.

第三篇：基于人機(jī)工程學(xué)的汽車座椅設(shè)計(jì)研究

基于人機(jī)工程學(xué)的汽車座椅設(shè)計(jì)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(jìn)行了適宜駕駛姿勢規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究。得到以人體姿勢變量和汽車設(shè)計(jì)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(shí)際項(xiàng)目的方案分析中。關(guān)鍵詞：駕駛員 駕駛姿勢 人機(jī)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(shí)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(jì)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(jì)原則除了常見的尺度設(shè)計(jì)原則,人體機(jī)能和環(huán)境設(shè)計(jì)原則,健康設(shè)計(jì)原則外還應(yīng)該講求黃金分割比的設(shè)計(jì)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(jì)的重要性

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，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(jì)、生產(chǎn)方式等方面進(jìn)行改革，同時(shí)也要考慮降低成本，提高汽車座椅的經(jīng)濟(jì)性。因此市場不斷細(xì)分，多種不同類型和不同設(shè)計(jì)的汽車座椅不斷進(jìn)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?zèng)]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(jià)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(jià)舒適性中，對輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進(jìn)一步研究。關(guān)于人機(jī)工程學(xué)在家居設(shè)計(jì)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(jì)階段及檢驗(yàn)校核階段等多階段進(jìn)行設(shè)計(jì)【1】。1概念化階段是整體設(shè)計(jì)的理念和宗旨，是保證今后具體設(shè)計(jì)得以順利進(jìn)行的前提條件。對椅子設(shè)計(jì)概念化進(jìn)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(jì)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(jì)的關(guān)鍵是將重點(diǎn)放在符合整體的外觀和核心架構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jì)，又能實(shí)現(xiàn)人們對舒適的要求，這就是汽車座椅設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。4通過以上各階段步驟完成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)和校核。對于座椅的設(shè)計(jì)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(yàn)也是很必要的。

三、基于汽車座椅的舒適性及安全性設(shè)計(jì)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(jì)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(dòng)。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(dòng)力學(xué)研究表明，長時(shí)間地承受高強(qiáng)度的全身振動(dòng)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(huì)受到影響。新陳代謝以及源于機(jī)體內(nèi)部的一些其他因素會(huì)惡化這個(gè)影響，通常認(rèn)為環(huán)境因素，如身體姿勢、低溫及氣流會(huì)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(jī)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(jì)中重點(diǎn)考慮的因素。

3、座椅舒適度的研究方法：從汽車座椅設(shè)計(jì)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(jì)1、座椅強(qiáng)度的設(shè)計(jì)：座椅強(qiáng)度的設(shè)計(jì)是安全性設(shè)計(jì)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(qiáng)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(shí)，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(jì)：座椅整體結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)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(jì)：靠背的安全性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮靠背的強(qiáng)度、傾角、基本尺寸及其形狀?？勘车膹?qiáng)度設(shè)計(jì)不但應(yīng)該在“追尾”等后部碰撞時(shí)給乘員提供良好的保護(hù)，而且也要考慮側(cè)碰時(shí)對乘員的保護(hù)。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(jì)：坐墊一般不會(huì)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(yùn)動(dòng)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(jì)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(jì)：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(shí)，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(shí)，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(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法，該方法重復(fù)性好、存儲(chǔ)信息量大、開發(fā)周期短且開發(fā)費(fèi)用低，目前可用于座椅強(qiáng)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(jì)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(qiáng)度特性影響不大的零件，只要抓住其主要的幾何形狀進(jìn)行建模即可；對于基本沒影響的部件，可以簡單建?；虿唤！ｋS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(shí)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(jì)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(shí)間、空間、生理感官和心理方向發(fā)展，同時(shí)，通過現(xiàn)代高科技技術(shù)如虛擬現(xiàn)實(shí)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等多種數(shù)字化的形式而擴(kuò)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(jì)開發(fā)過程，大幅度縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)費(fèi)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(jì)產(chǎn)品，這樣才能更好地促進(jìn)我國座椅行業(yè)的設(shè)計(jì)國際化、現(xiàn)代化。我們希望這種汽車座椅的設(shè)計(jì)可以更好地保護(hù)人們的腰部和頸部。

同時(shí)，要想設(shè)法使駕駛員駕車時(shí)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(jì)，高度的運(yùn)用人機(jī)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(xiàn)］

【1】王正華，喻凡，莊德軍.汽車座椅舒適性的主觀和客觀評價(jià)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(qiáng)度研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007（11）：167.項(xiàng)目指導(dǎo)老師： 李和

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

第四篇：人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：運(yùn)用人機(jī)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(gè)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(dòng)舒適性，操作舒適性，安全性等四個(gè)方面論述了人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，完成了對汽車駕駛座椅從分析到設(shè)計(jì)的系列開發(fā)過程。

關(guān)鍵詞：汽車駕駛座椅 人機(jī)工程學(xué) 設(shè)計(jì)

一、引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，當(dāng)今社會(huì)已由工業(yè)社會(huì)向信息社會(huì)即后工業(yè)社會(huì)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(jì)并不斷完善的設(shè)計(jì)世界。現(xiàn)代設(shè)計(jì)，作為一種廣泛的文化活動(dòng)，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(jì)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(huì)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(jì)原則除了常見的尺度設(shè)計(jì)原則,人體機(jī)能和環(huán)境設(shè)計(jì)原則,健康設(shè)計(jì)原則外還應(yīng)該講求黃金分割比的設(shè)計(jì)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(jì)

通過對汽車座椅設(shè)計(jì)中的人機(jī)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(jì)與人機(jī)工程學(xué)的關(guān)系,從而論證目前汽車座椅設(shè)計(jì)中人機(jī)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(gè)性需求的矛盾、統(tǒng)計(jì)與個(gè)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(jì)中人機(jī)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(jì)中人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用探索出一條道路。

而人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)工程學(xué)分析

1、人體坐姿生理特性分析（1）坐姿時(shí)脊柱的形態(tài)

人坐著時(shí)，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(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)接近于正常自然形態(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(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?？梢姡梭w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(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，自大腿部位時(shí)壓力降至最低，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）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(gè)部位。從這兩個(gè)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(gè)典型人機(jī)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(gè)方面，具體分析如下：

（1）振動(dòng)

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。

振動(dòng)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(dòng)作準(zhǔn)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)膜上的映像相對穩(wěn)定，因此對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)對操作動(dòng)作準(zhǔn)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(jī)能不適應(yīng)時(shí)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(jī)工程設(shè)計(jì)

汽車駕駛座椅的人機(jī)工程學(xué)分析，安全舒適的汽車駕駛座椅的設(shè)計(jì)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(dòng)舒適性（動(dòng)態(tài)舒適性）；三是操作舒適性；四是安全性（包括主動(dòng)安全性及被動(dòng)安全性兩個(gè)方面）。

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

1、座椅尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

駕駛座椅尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究把注意力集中在人體生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(jì)

座椅尺寸設(shè)計(jì)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所示。

椅面高度A：椅面高度定義為椅面前緣至駕駛員踵點(diǎn)的垂直距離。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(jì)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(dòng)而是椅面前緣向后傾。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(jì)

為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應(yīng)堅(jiān)實(shí)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(jì)時(shí)應(yīng)保證有靠背兩點(diǎn)支撐，即就是人體背部和腰部的合理支撐。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(gè)方面：振動(dòng)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(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(dá)到減輕疲勞的目的。

2、座椅舒適性設(shè)計(jì) 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(dòng)力學(xué)研究表明，長時(shí)間地承受高強(qiáng)度的全身振動(dòng)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(huì)受到影響。新陳代謝以及源于機(jī)體內(nèi)部的一些其他因素會(huì)惡 化這個(gè)影響，通常認(rèn)為環(huán)境因素，如身體姿勢、低溫及氣流會(huì)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(jī)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(jì)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(xiàn)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(jī)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(jì)中十分重要。

（3）、座椅舒適度的研究方法 從汽車座椅設(shè)計(jì)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?zèng)]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(jià)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(jià)舒適性中，對輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進(jìn)一步研究。

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)到操作舒適性的目標(biāo)，而進(jìn)行駕駛室座椅空間位置設(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(dá)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(jì)的主要指標(biāo)。

4、座椅安全性設(shè)計(jì)

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

（1）座椅強(qiáng)度的設(shè)計(jì)

座椅強(qiáng)度的設(shè)計(jì)是安全性設(shè)計(jì)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(qiáng)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(shí)，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(jì)座椅時(shí) 必須對汽車座椅的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，盡量以最少的材料、最小的質(zhì)量滿足強(qiáng)度要求。

（2）座椅結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計(jì)

座椅整體結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)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(jì)

靠背的安全性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮靠背的強(qiáng)度、傾角、基本尺寸及其形狀?？勘车膹?qiáng)度設(shè)計(jì)不但應(yīng)該 在“追尾”等后部碰撞時(shí)給乘員提供良好的保護(hù)，而且也要考慮側(cè)碰時(shí)對乘員的保護(hù)。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(jì)

坐墊一般不會(huì)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(yùn)動(dòng)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(jì)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(jì)

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(shí)，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(shí)，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(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法，該方法重復(fù)性好、存儲(chǔ)信 息量大、開發(fā)周期短且開發(fā)費(fèi)用低。

五、汽車座椅人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用

所謂人機(jī)工程學(xué)，亦即是應(yīng)用人體測量學(xué)、人體力學(xué)、勞動(dòng)生理學(xué)、勞動(dòng)心理學(xué)等學(xué)科的研究方法，對人體結(jié)構(gòu)特征和機(jī)能特征進(jìn)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(dòng)時(shí)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(dòng)范圍、動(dòng)作速度、動(dòng)作頻率、重心變化以及動(dòng)作時(shí)的習(xí)慣等人體機(jī)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(jī)能特性；分析人在各種勞動(dòng)時(shí)的生理變化、能量消耗、疲勞機(jī)理以及人對各種勞動(dòng)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(jī)工程學(xué)的顯著特點(diǎn)是，在認(rèn)真研究人、機(jī)、環(huán)境三個(gè)要素本身特性的基礎(chǔ)上，不單純著眼于個(gè)別要素的優(yōu)良與否，而是將使用“物”的人和所設(shè)計(jì)的“物”以及人與“物”所共處的環(huán)境作為一個(gè)系統(tǒng)來研究。在人機(jī)工程學(xué)中將這個(gè)系統(tǒng)稱為“人——機(jī)——環(huán)境”系統(tǒng)。

六、結(jié)束語

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)，是使駕駛座椅具有良好坐姿舒適性、振動(dòng)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(jī)工程學(xué)的研究成果來設(shè)計(jì)駕駛員座椅了，但對設(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——設(shè)計(jì)的系列開發(fā)過程有著非常重要的意義。參考文獻(xiàn)

[1]王惠軍 《汽車造型設(shè)計(jì)》 國防工業(yè)出版社，2007年 [2]郭竹亭 《汽車車身設(shè)計(jì)》 吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1992年 [3]黃天澤 《汽車車身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》 機(jī)械工業(yè)出版社，2003年

[4]李少波 《汽車車身計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析》[碩士論文] 貴州工業(yè)大學(xué)，1999年 [5]吳翔 《產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 中國輕工業(yè)出版社，2000年

第五篇：人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

題目 人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

熊雯

湖北汽車工業(yè)學(xué)院 機(jī)械工程系,湖北 十堰,442002 摘要：駕駛員駕駛姿勢直接影響著駕駛員的舒適和健康，關(guān)系著是否能夠安全、高效準(zhǔn)確地駕駛。同時(shí)它還決定著舒適程度，以及長期駕駛是否對駕駛員造成生理和心理上的有害的影響。本文結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的知識，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，并將舒適性、安全性都考慮到位的汽車座椅的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)、座椅，舒適度、設(shè)計(jì)

Ergonomics application in automobile seat design

xiongwen hubei automotive industry institute department of Mechanical Engineering,Hubei shiyan,442002 Abstract: Driving position directly influences the driver's comfortable and healthy, relationship with whether can be safe, efficient accurately driving.At the same time it also determines the comfort levels, and long-term driving to drivers whether caused by physical and mental harmful effects.Combining with the ergonomics knowledge from man's psychology, physiology characteristics and combined with auto vibration characteristics, the vision scope and empty room distribution to analyze the relationship between man and seat and interaction, thus developed can accord with standard of ergonomics and will comfort, safety is considered the car seat in the Keywords: Ergonomics, seat, comfort, design

正文：

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)——座椅——車輛系統(tǒng)能否有效的隔離或衰減來自路面不平度的激勵(lì)而產(chǎn)生的震動(dòng)以及駕駛員或乘坐員所承受的全身震動(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能否提高駕駛員的人身安全性，當(dāng)發(fā)生翻車或撞車事故時(shí)，將駕駛員約束在駕駛座椅上面，下面就從這四個(gè)方面來分析人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)上的運(yùn)用。

1.舒適坐姿的生理特征

坐姿是人體較自然的姿勢，坐姿將以腳支撐全身的狀況轉(zhuǎn)變?yōu)橐酝尾恐稳?，有利于發(fā)揮腳的作用，特別是能夠利用靠背來增大腿腳的蹬力這一特點(diǎn)，來控制操縱力較大的裝置。但如果坐姿不正確，座椅設(shè)計(jì)不合理，也會(huì)給身體帶來嚴(yán)重?fù)p害。1.1坐姿生理學(xué) 1.1.1脊柱結(jié)構(gòu)

坐姿狀態(tài)下，支撐身體的是脊柱、骨盆、腿和腳。脊柱是人體的主要支柱，由24節(jié)椎骨以及5塊骶骨和4塊尾骨連接組成，如圖1-1所示，其中椎骨自上而下又分為頸椎（共7節(jié)）、胸椎（共12節(jié)）、腰椎（共5節(jié)）三部分，每兩節(jié)椎骨之間由軟骨組織和韌帶相聯(lián)系，使人體得以進(jìn)行屈伸、側(cè)曲和扭轉(zhuǎn)動(dòng)作等有限度的活動(dòng)。頸椎支撐頭部，胸椎與肋骨構(gòu)成胸腔，腰椎、骶骨和椎間盤承擔(dān)人體坐姿的主要負(fù)荷。

圖1-1 脊柱的構(gòu)造

從圖中可以看出脊柱呈現(xiàn)頸、胸、腰、骶四個(gè)彎曲部位，其中頸曲和腰曲凸向前，胸曲和骶曲凸向后。1.1.2腰曲弧線

與坐姿舒適性直接相關(guān)的是腰曲。圖1-2為各種不同姿勢下所產(chǎn)生的腰曲弧線，人體正常腰曲弧線是松弛狀態(tài)下側(cè)臥的曲線，如圖中曲線B所示；軀干挺直坐姿和前彎時(shí)的腰弧曲線會(huì)使腰椎嚴(yán)重變形，如圖中曲線F和G所示；欲使坐姿能形成幾乎正常的腰曲弧線，軀干與大腿之間必須有大于90度的角度，且在腰部有所支撐，如圖中曲線C所示?？梢姳ＷC腰弧曲線的正常形狀是獲得舒適性的關(guān)鍵。

圖1-2 不同姿勢下所產(chǎn)生的腰椎曲度

1.1.3腰椎后突和前突

正常的腰線曲線是微微前突。為使坐姿下的腰弧曲線變形最小，座椅應(yīng)在腰椎部提

供所謂兩點(diǎn)支撐。無腰靠或腰靠不明顯將會(huì)使正常的腰椎成圖1-3（a)中的后突形狀。而腰靠過分凸出將會(huì)使腰椎呈圖1-3（b）中的前突形狀。腰椎后突和過分前突都是非正常狀態(tài)，合理的腰靠應(yīng)該是使腰弧曲線處于正常的生理曲線。

圖1-3 腰椎后突和前突

1.2坐姿生物力學(xué)

1.2.1肌肉活動(dòng)度

脊椎骨依靠其附近的肌肉和腱連接，椎骨的定位借助于肌腱的作用力。一旦脊椎偏離自然狀態(tài)，肌腱組織就會(huì)受到相互壓力(拉或壓)的作用，使肌肉活動(dòng)度（活動(dòng)量）增加，招致疲勞酸痛。在挺直坐姿下，腰椎部位肌肉活動(dòng)度高，因?yàn)檠登跋蚶笔辜∪饨M織緊張受力。提供靠背支承腰椎后，活動(dòng)力則明顯減小；當(dāng)軀干前傾時(shí)，背上方和肩部肌肉活動(dòng)度高。1.2.2體壓分布

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，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1-4是較為理想的坐墊體壓分布線。

圖1-4 體壓分布曲線

1.2.3骨盤受力分析

人體結(jié)構(gòu)在骨盤下面有兩塊圓骨，稱為坐骨結(jié)節(jié)。如圖1-5所示。坐骨結(jié)節(jié)下面的底座呈近似水平時(shí)，可使兩坐骨結(jié)節(jié)外側(cè)的股骨處于正常的位置而不受過分的壓迫，如1-5（a）。當(dāng)坐面呈斗形時(shí)，會(huì)使股骨向上轉(zhuǎn)動(dòng)，這種狀態(tài)會(huì)使肘部和肩部受力，從而引起不舒服。所以在座椅設(shè)計(jì)中，斗形坐面是應(yīng)該避免的。

圖1-5 座面對股骨的影響

1.2.4椎間盤受力分析 當(dāng)坐姿腰弧曲線正常時(shí)，椎間盤上受的壓力均勻而輕微，幾乎無推力作用于韌帶，韌帶不拉伸，腰部無不舒適感，如圖1-6（a）所示。但是，當(dāng)人體處于前彎坐姿時(shí)，椎骨之間的間距發(fā)生改變，相鄰兩椎骨前端間隙縮小，后端間隙增大，如圖1-6（b）。這會(huì)引起腰部的不舒適感，長期積累作用，可造成椎間盤病變。

圖1-6 不同坐姿時(shí)椎間盤受力分析

1.3坐姿人體測量尺寸

坐姿人體測量尺寸是座椅靜態(tài)尺寸設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。與座椅設(shè)計(jì)相關(guān)的人體測量主要尺寸見圖1-7，具體測量數(shù)值如表1-8所示。

圖1-7 對座椅設(shè)計(jì)有用的人體尺寸

表1-8坐姿人體尺寸

綜合來看，從坐姿生理學(xué)角度，應(yīng)保證要弧線正常，腰背肌肉處于松弛狀態(tài)，從上體通向大腿的血壓不受壓迫，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，使上體略微向后傾斜，保持腿夾角在90度到115度之間，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1-9所示：

圖1-9 大腿、小腿和腳面的夾角

2.人體對乘坐振動(dòng)的反應(yīng)

座椅及懸架等部件隔離、吸收、緩和、衰減行駛中所產(chǎn)生的各種沖擊和振動(dòng)激勵(lì)如果超出了人體承受振動(dòng)的舒適性界限，就會(huì)使人產(chǎn)生不舒服感。車輛駕駛員所受的機(jī)械震動(dòng)分為全局振動(dòng)和全身震動(dòng)兩大類。局部振動(dòng)是指作用于人體特殊部位（如頭部和四肢）的震動(dòng)，一般不會(huì)給駕駛員造成損害，但是對操縱的精確度有影響。全身震動(dòng)是指通過人體支撐表面作為整體傳給人體的震動(dòng)。車輛駕駛員承受的乘坐振動(dòng)屬于全身震動(dòng)，是對駕駛員可能造成嚴(yán)重傷害的主要震動(dòng)形式。人體承受全身震動(dòng)將產(chǎn)生機(jī)械的、生理、病理的和心理的效應(yīng)。2.1乘坐振動(dòng)的機(jī)械效應(yīng)

乘坐振動(dòng)通過駕駛員的臀部、腰部傳給駕駛員，激起人體的全身震動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)激勵(lì)頻率接近人體的主要器官的固有頻率時(shí)，將引起相應(yīng)器官的共振而產(chǎn)生相對位移，從而使人感到不舒適。

在正常重力情況下，人體對4～8Hz頻率的震動(dòng)的能量傳遞最大，其生理效應(yīng)也最大，稱為第一共振峰。10 12Hz的震動(dòng)頻率時(shí)出現(xiàn)第二共振峰，其生理效應(yīng)僅次于第一共振峰。在20 25Hz時(shí)出現(xiàn)第三共振峰，其生理效應(yīng)較第二共振峰稍低。以后隨著頻率的增高，震動(dòng)在人體內(nèi)的傳遞逐步衰減，其生理效應(yīng)也相應(yīng)減弱。如圖2-1所示。

圖2-1 坐姿時(shí)人體對垂直振動(dòng)的傳遞率

坐在駕駛座上的駕駛員承受垂直振動(dòng)時(shí)，人體各主要器官的固有頻率如圖2-2所示。

圖2-2 人體器官的固有頻率 將人置于震動(dòng)臺上進(jìn)行各種典型工況下的激振試驗(yàn)，測得人體的坐姿震動(dòng)特性如圖2-

3、2-

4、2-5所示。圖2-3 人體坐姿承受垂直振動(dòng)的傳遞特性

圖2-4 人體坐姿承受左、右水平振動(dòng)的傳遞特性

圖2-5 人體坐姿承受前、后水平振動(dòng)的傳遞特性

2.2乘坐振動(dòng)的生理效應(yīng)

全身振動(dòng)引起的主訴癥狀及生理反應(yīng)與振動(dòng)頻率有關(guān)。低于10Hz的震動(dòng)，主要引起胸脯部不適；高于10Hz的振動(dòng)，引起頭部癥狀的增強(qiáng)。全身振動(dòng)英氣的生理效應(yīng)如圖2-6所示：

圖2-6 全身振動(dòng)的生理效應(yīng)

全身振動(dòng)最明顯的生理反應(yīng)時(shí)人體姿勢的變化，低頻高強(qiáng)度的振動(dòng)使人難以保持

穩(wěn)定的姿態(tài)。

2.3全身振動(dòng)的病理效應(yīng)

研究表明，駕駛員常患的兩種職業(yè)?。何覆『图棺祿p傷。圖2-7為拖拉機(jī)駕駛員的胃病患病率。主要原因是因?yàn)榧眲〉某俗駝?dòng)對胃的消化功能產(chǎn)生了有害影響。

圖2-7 拖拉機(jī)駕駛員的胃病患病率

圖2-8為拖拉機(jī)駕駛員為脊椎病與年齡的關(guān)系。由此可以看出，駕駛員的脊椎畸形的發(fā)病率都很高，主要原因是因?yàn)轳{駛員承受劇烈的乘坐振動(dòng)和不方便的乘坐姿勢。

圖2-8 拖拉機(jī)駕駛員脊椎患病率與年齡的關(guān)系

實(shí)線——男人；虛線——女人

2.4乘坐振動(dòng)的心理效應(yīng)

對車輛駕駛員來說，乘坐振動(dòng)的心理效應(yīng)主要表現(xiàn)為操作能力的變化。讓人在座椅上用振動(dòng)臺進(jìn)行各種典型情況下的激振試驗(yàn)，測得振動(dòng)對人的操作能力的影響如圖2-9至2-11所示。

圖2-9 人體坐姿承受垂直振動(dòng)時(shí)的實(shí)力降低情況

（a）加振中；（b）加振終了時(shí)

2-10 人體坐姿承受水平振動(dòng)時(shí)腳踩加速踏板壓

力保持不變的能力

左邊—振動(dòng)頻率的影響；右邊—振動(dòng)加速度的影響圖2-11 坐姿人體承受垂直振動(dòng)時(shí)的平衡能力降

低情況（a）加振時(shí)；（b）加振終了時(shí)

圖2-12 人體坐姿承受橫向水平振動(dòng)時(shí)跟蹤誤差

圖2-13 人體坐姿承受橫向水平振動(dòng)選擇時(shí)的反應(yīng)時(shí)間

圖2-14 人體坐姿承受垂直振動(dòng)的手眼協(xié)調(diào)平均動(dòng)作時(shí)間

根據(jù)受振者的感覺，《人體承受全身振動(dòng)的評價(jià)指南》即ISO2631—1982把振動(dòng)劃分為三個(gè)不同的認(rèn)為界限：

（1）保持舒適性界限：在此振動(dòng)界限內(nèi)，沒有不舒服的感覺，受振者能順利的完成讀、寫、吃等動(dòng)作。

（2）保持工作效率界限：在此振動(dòng)界限內(nèi)，操作人員能在規(guī)定的時(shí)間保持正常的工作效率。超過此界限，則因疲勞而降低工作效率。

（3）保持健康與安全界限：它是身體所能承受振動(dòng)的上限。超過此界限將使受振者的健康受到損害。

一般對于小轎車和旅游車，選取保持舒

適性界限作為評價(jià)振動(dòng)舒適性的標(biāo)準(zhǔn)；對于拖拉機(jī)、工程機(jī)械和各種越野車輛，宜選擇保持工作效率界限作為評價(jià)振動(dòng)舒適性的標(biāo)準(zhǔn)。

3.座椅空間位置的設(shè)計(jì)

座椅空間位置設(shè)計(jì)就是為了達(dá)到操作

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(dá)到操作舒適性的最終目的。

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在座椅上的角度，以便暫時(shí)使他的肌肉放松。

確定駕駛座椅在車輛上的安裝位置之前，必須先確定坐著的駕駛員與座椅結(jié)構(gòu)的相對位置。美國汽車工程師協(xié)會(huì)SAE已將車輛駕駛座椅設(shè)計(jì)的參考點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，這個(gè)參考點(diǎn)稱為座椅標(biāo)志點(diǎn)，即SIP，其位置如圖3-1所示。圖3-1 人體H點(diǎn)與座椅標(biāo)志點(diǎn)之間的關(guān)系 圖3-2為轎車駕駛座椅的作業(yè)空間布置和尺寸推薦數(shù)據(jù)。

圖3-3為載貨汽車的駕駛座椅的作業(yè)空間布置和尺寸推薦數(shù)據(jù)。

圖3-2 轎車駕駛座椅的推薦設(shè)計(jì)

圖3-3 載貨汽車的駕駛座椅的操作位置尺寸

4.汽車座椅的尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

座椅尺寸設(shè)計(jì)的合適與否，直接影響到駕駛員能否有一個(gè)舒適而穩(wěn)定的坐姿和合適的操縱位置。4.1汽車座椅的主要尺寸

座椅尺寸設(shè)計(jì)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。如圖4-1所示：

圖4-1 座椅尺寸設(shè)計(jì)主要參數(shù)

椅面高度A：為椅面前緣至駕駛員踵點(diǎn)的垂直距離。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(jì)應(yīng)以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:腰部得到靠背的支承;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(dòng)而是椅面前緣向后傾。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4-2中所示的要求角度。

圖4-2 舒適坐姿的關(guān)節(jié)角度

4.2汽車座椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代汽車座椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由頭枕、靠背、座墊、滑道等總成組成。4.2.1汽車座椅枕墊的設(shè)計(jì) 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(shí)，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(shí)，可抑制乘員頭部后傾，防止或減輕頸部損傷。如圖4-3所示：

圖4-3 汽車座椅的枕墊

4.2.2汽車座椅的靠背的設(shè)計(jì)

靠背的安全性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮靠背的強(qiáng)度、傾角、基本尺寸及其形狀?？勘车膹?qiáng)度設(shè)計(jì)不但應(yīng)該在“追尾”等后部碰撞時(shí)給乘員提供良好的保護(hù)，而且也要考慮側(cè)碰時(shí)對乘員的保護(hù)。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。

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，第一支承部位位于人體第5 一 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下的近似于正常的腰弧曲線。如圖4-4所示： 圖4-4 汽車座椅的靠背 4.2.3汽車座椅座墊的設(shè)計(jì) 坐墊一般不會(huì)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(yùn)動(dòng)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(jì)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。

為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應(yīng)堅(jiān)實(shí)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)致腰酸背痛的現(xiàn)象的產(chǎn)生。研究表明間：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。如圖4-5所示：

圖4-5 汽車座椅的坐墊

5.駕駛座椅設(shè)計(jì)的安全性

座椅安全性設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性。5.1坐椅主動(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勞人手進(jìn)行分析設(shè)

計(jì)，以滿足主動(dòng)安全性要求。主動(dòng)安全性主要考慮合理的座椅尺寸設(shè)計(jì)、座墊上合理的體壓分布、靠背上理的體壓分布等為駕駛員提供一個(gè)舒適的作業(yè)環(huán)境，減輕駕駛員的疲勞，從而保證駕駛座椅主動(dòng)安全性的設(shè)計(jì)要求。

5.2坐椅被動(dòng)安全性

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]提高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)人到這個(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，使得事故后果對駕駛員的傷害降低到最小限度。5.3安全措施

目前采取的主要安全措施：提高座椅骨架強(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。

現(xiàn)在越來越多的汽車座椅都開始利用人機(jī)工程學(xué)的知識及其研究成果進(jìn)行設(shè)計(jì)了。只有從人機(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)，才能使駕駛座椅具有良好坐姿舒適性、振動(dòng)舒適性、操作舒適性及安全性。

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