基于人機工程學(xué)的汽車座椅設(shè)計研究

田玎玎

摘 要 研究汽車座椅和人體生理特性，讓乘客在乘坐過程中減少疲勞，提高舒適度和安全性。通過對人體生理特性、汽車座椅的基本尺寸、安全和舒適相關(guān)特性的對比分析和研究，得出汽車座椅設(shè)計的參考性理論，得到了汽車座椅設(shè)計在尺寸設(shè)計、舒適度和安全性方面的基本理論。

關(guān)鍵詞 汽車座椅 人機工程學(xué) 舒適度 安全性

中圖分類號：TB47 文獻標識碼：A

0引言

隨著時代的發(fā)展，人們生活方式逐漸發(fā)生改變。汽車作為現(xiàn)代生活必備的工具之一，也在發(fā)生著飛速的變化。人們在追求汽車方便，快捷的同時，汽車的舒適性，安全性也被人們所追求。座椅作為連接人與汽車的橋梁，也起著至關(guān)重要的作用。

1人體坐姿生理特性分析

1.1坐姿時脊柱的形態(tài)

人處在坐姿狀態(tài)時，身體主要是靠脊柱、盆骨、腿和腳支撐。脊柱位于人體的背部中央，是人體的主要支撐。人處于不同的坐姿，脊柱的形態(tài)也會不同，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)時，才會減少腰椎以及腰背部肌肉的負荷，防止駕駛疲勞的發(fā)生。

1.2座墊上的體壓分布

根據(jù)人體組織的解剖學(xué)特性，坐骨結(jié)節(jié)處是人體最耐受壓力的部位，適合承重，而大腿下靠近表面處因有下肢主動脈分布，承擔(dān)過量壓力會影響血液循環(huán)，故不宜承受重壓。因此，座墊上的壓力分布，應(yīng)根據(jù)臀部不同部位承受不同壓力的原則來分配，即在坐骨處承受壓力最大，自大腿部位時承受壓力降至最低，這就是座墊設(shè)計的壓力分布不均勻原則。

2人體對車內(nèi)振動反應(yīng)

研究表明，人體最敏感的頻率范圍，縱向振動為4～8Hz，橫向振動為1～2Hz。外界振動頻率接近人體器官的振動頻率時，會產(chǎn)生共振，振幅迅速增大，此時會引起器官劇烈的生理反應(yīng)。

另外人體在振動環(huán)境中會加速疲勞的產(chǎn)生。而當(dāng)振動環(huán)境中的振動特性處于人體神經(jīng)系統(tǒng)的敏感區(qū)域時，這種刺激會傳入大腦皮質(zhì)，引起大腦皮質(zhì)細胞的持續(xù)興奮。當(dāng)刺激達到一定限度時，皮質(zhì)細胞的工作強度將會減弱，疲勞會加速產(chǎn)生，工作效率明顯下降。

3座椅舒適性

3.1靜態(tài)舒適性

座椅的靜態(tài)舒適性設(shè)計須考慮的因素很多，可以概括為以下基本原則：座椅的形式和尺度與其功用有關(guān)；座椅的尺度必須根據(jù)人體測量學(xué)的數(shù)據(jù)確定；座椅可適當(dāng)調(diào)節(jié)，以滿足坐姿的變換；座椅所使用的材料應(yīng)滿足人體的舒適性；座椅的位置要與其作業(yè)空間相協(xié)調(diào)，便于人員作業(yè)。

3.2動態(tài)舒適性

座椅的動態(tài)舒適性主要與其振動特性有關(guān)。行駛中車輛的隨機振動和車輛本身的機械振動是引起駕駛疲勞的主要原因。汽車行駛過程中，人員會受到縱向，橫向及垂直三個方向上的線振動以及角振動，其中，以垂直振動和繞縱，橫縱標軸的角振動的影響較大。振動通過座椅傳遞到人體的臀部，后背部，從而引起全身性振動。因此，在設(shè)計汽車座椅時應(yīng)盡量避免人體敏感區(qū)的振動。

在座椅設(shè)計可采取的措施為：減小座椅共振頻率，降低對人體最有影響的高頻區(qū)；降低共振時的振動傳遞效率；降低座椅10Hz附近的振動傳遞率，以減輕彈簧以下的共振影響和減少來自座椅靠背的高頻振動；把路面—輪胎、減震懸掛、座椅—人三者看作一個整體大動力學(xué)系統(tǒng)，尋求在各種路面下，乘員不易疲勞的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。

4汽車座椅的安全性

汽車座椅的安全性，是指座椅有效預(yù)防事故的發(fā)生，并在事故發(fā)生時有效減輕乘員所受傷害的能力。根據(jù)座椅在碰撞事故發(fā)生時和發(fā)生后對減輕乘員傷害程度的不同作用，可以將座椅的安全性分為主動安全性和被動安全性兩個方面。

4.1汽車座椅的主動安全性

座椅的主動安全性是指座椅能夠有效地防止事故發(fā)生的能力。駕駛員視野、駕駛員定位以及其它汽車控制系統(tǒng)功能的發(fā)揮，以及這些系統(tǒng)之間的配合也會不同程度的影響到座椅的主動安全性。與此同時，座椅的舒適性和主動安全性有關(guān)，舒適的座椅可以為駕駛員提供一個良好的工作環(huán)境，使其心情愉快、精力集中，從而有效地預(yù)防交通事故的發(fā)生，提高汽車的主動安全性。

4.2汽車座椅的被動安全性

座椅的被動安全性是指汽車發(fā)生了交通事故后，能夠?qū)噧?nèi)人員進行保護，避免其發(fā)生傷害或使傷害降至最低程度的性能。一個好的汽車座椅要能夠減輕駕駛員及乘員的疲勞來滿足主動安全性要求，更要有足夠高的結(jié)構(gòu)強度和剛度，以便與安全帶和安全氣囊一起對乘員定位的同時緩和碰撞的強度，使乘員的損傷達到最小。在加強座椅結(jié)構(gòu)本身吸能性的同時，人們開始研究把安全氣囊安裝在座椅靠背側(cè)面，為乘員提供安全保護。這種帶有安全氣囊的座椅已經(jīng)開始應(yīng)用在各種高檔轎車中。

5結(jié)語

從人機工程學(xué)的角度出發(fā)，對汽車座椅的基本尺寸，結(jié)構(gòu)，以及其他特性進行優(yōu)化的設(shè)計，使駕駛座椅具有良好舒適性和安全性。

參考文獻

[1] 杜子學(xué).汽車人機工程學(xué).北京：機械工業(yè)出版社，2011.2.

[2] 肖生發(fā).汽車工程概論.北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.1.

[3] 朱序璋.人機工程學(xué).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999.11.