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汽車座椅設(shè)計(jì) 摘要：運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)原理，針對(duì)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(duì)汽車駕駛座椅從分析到設(shè)計(jì)的系列開(kāi)發(fā)過(guò)程。 關(guān)鍵詞： 人機(jī)工程 汽車設(shè)計(jì) 座椅 引言：交通事故統(tǒng)計(jì)分析表明，疲勞駕駛是造成交通事故的主要原岡。駕駛座椅是影響駕駛與乘坐舒適程度的重要設(shè)施，對(duì)于減少駕駛員疲勞程度，降低事故發(fā)生率有重要作用，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)量與安全。人機(jī)工程學(xué)是一門綜合性較強(qiáng)的新興交叉學(xué)科，它是從人的生理和心理特點(diǎn)出發(fā)，研究人、機(jī)、環(huán)境相互關(guān)系和相互作用的規(guī)律；其目的是讓人在使用機(jī)械的過(guò)程中，感到“安全、健康、舒適、高效”。汽車設(shè)計(jì)是否符合人機(jī)工程要求，不僅關(guān)系到有效利用車內(nèi)空間及提高乘用舒適性，而且影響整車內(nèi)外造型和尺寸參數(shù)，進(jìn)而影響整車性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 一、舒適駕乘首要在于座椅設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)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(guò)對(duì)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(jué)器官的適應(yīng)能力提供依據(jù)。 二、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(shí)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、 座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 駕駛座椅結(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(duì)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(guò)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，第一支撐部位位于人體第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。 （2） 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(guò)查閱相關(guān)資料，由生物動(dòng)力學(xué)研究表明，長(zhǎng)時(shí)間地承受高強(qiáng)度的全身振動(dòng)對(duì)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(shì)、低溫及氣流會(huì)引起肌肉疼痛。 （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(duì)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(cè)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(shì)，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(duì)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(lái)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(jiǎn)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(duì)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(guò)界面壓力對(duì)座椅舒適度進(jìn)行評(píng)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(cè)座椅的不舒適性。國(guó)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(guó)內(nèi)在座椅舒適度的研究上還存在一些缺陷：①?zèng)]有針對(duì)中國(guó)人體特征尺寸的座椅舒 適性研究；②對(duì)于座椅靜態(tài)舒適性評(píng)價(jià)還沒(méi)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(píng)價(jià)舒適性中，對(duì)輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進(jìn)一步研究。 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(zhǎng)，不致過(guò)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(duì)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(duì)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。靠背的強(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(duì)乘員的保護(hù)。而靠 背傾角、基本尺寸及其形狀對(duì)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(duì)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(guò)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(duì)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(guò)人的大腿長(zhǎng)度。 （5） 頭枕的設(shè)計(jì) 頭枕是一種用以限制乘員頭部相對(duì)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(kāi)發(fā)周期短且開(kāi)發(fā)費(fèi)用低。 三、設(shè)計(jì)方案 汽車駕駛員座椅外觀尺寸與設(shè)計(jì)依據(jù) 項(xiàng)目 尺寸 靠背與座墊之間的夾角 105 座墊與水平面夾角 10 座墊深度 300mm 座墊高度 350mm 靠背高度 490mm 座墊寬度 860mm 靠背寬度 790mm 頭枕高度 650mm 四、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，是實(shí)現(xiàn)座椅舒適性、振動(dòng)舒適性、操作舒適性和安全性的必要手段。從這我們可以看出人機(jī)工程學(xué)對(duì)我們生活的極其重要，所以學(xué)好人機(jī)工程學(xué)，運(yùn)用好人機(jī)工程學(xué)是非常有必要的。