基于人機工程學的汽車座椅設計研究

田福松　羅龍飛

摘要基于人機工程學原理，探討了汽車座椅設計當中應該考慮的因素。本文結合人機工程學的知識，從人的心理、生理特點出發，并結合汽車振動特性、視野范圍以及空間分布，來分析人與座椅的相互關系和相互作用，從而得出能符合人機工程學標準的，并將安全性、舒適性考慮進來的汽車座椅的設計。

關鍵詞人機工程學舒適度座椅設計

0引言

人機工程學是近年興起的一門綜合性強的交叉學科，它著重于研究人、機、環境相互作用和關系的規律。以此優化人-機-環境系統的一門邊緣學科。其目的是讓人在使用機械的過程中感到“安全、健康、舒適、高效”。

一個性能優良的汽車座椅主要取決于以下五個方面：①座椅與人體的人機界面能否為人提供舒適而穩定的坐姿。②駕駛員（或乘坐人）-座椅-車輛系統能否有效地隔離或衰減來自路面不平度的激勵而產生的震動以及駕駛員或乘坐人所承受的全身震動負荷低于規定限值。③駕駛員（或乘坐員）-座椅-駕駛室系統的幾何位置關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相對于各種操縱機構的合適位置，使他能方便地進行操作。⑤能否提高駕駛人員的安全系數，當發生碰撞或翻車事故時，讓駕駛員安全停留在駕駛座椅上。

1座椅的人機工程學要求

汽車的研發必須以人為本。因此汽車人機工程設計的任務就是開發出使駕乘人員覺得舒適、安全的，不易疲勞、操作高效方便的汽車產品。由于駕駛員身材體型相差較大，而一輛汽車又必須滿足多種不同身材體型的顧客群對機械裝置的操作使用要求，因此必須對人機工程進行深入地研究。

人機工程學對座椅的要求有：

（1）較好的貼合感：座椅坐墊和靠背的形狀要求與人體背部、臀部及大腿底面的形狀相貼合。座椅較強的貼合感改進了兩者接觸面積和部位。

（2）較好的橫向穩定性：在汽車過彎道時，車體受到橫向加速度，乘員的身體將會發生傾斜，所以要將座椅的側面稍加高，這樣有助于胯部和大腿支撐身體。

（3）較好的背部和腰部的合理支承：汽車座椅設計時應提供形狀和位置適宜的兩點支承，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；第二支承設置在腰曲部位，作為腰靠，能保證乘坐姿勢下近似于正常的腰曲弧線。

（4）各部合適的軟硬感：支撐乘員的身體是座椅的基本作用，它不只是一把安樂椅，將座椅表面設計堅硬一些可以防止疲勞，但硬度過高則會與身體貼合感差，反而會壓迫身體的某一部分，使人過快地感到疲勞。

（5）振動時較好的舒適性：要求有良好的共振頻率、靜態剛度和衰減特性。

2座椅的結構參數

座椅的舒適性一般包含操作舒適性、坐姿舒適性、振動舒適性三方面。駕駛座的操作舒適性和坐姿舒適性加之乘員座的坐姿舒適性則常通過座椅的尺寸參數和結構得到一定程度的保證，而震動舒適性卻不能只靠尺寸參數來保證。確定座椅尺寸結構參數時可以參考駕駛或乘坐姿勢下人體尺寸的測量值。

3在座椅設計中應用人體模板

為了評價和了解汽車的人機工程學設計，考察汽車駕駛室內主要人機工程學的設計參數，我們通常要利用人體模板。在分析評價、考察研究、實驗設計人機系統過程中，用人體參數為基礎建立的人體模型，它可以很好地用來描述力學特性和人體形態特征。在車身布置中最常用到的是SAEJ826人體模板，這種人體模板是根據人體測量數據進行處理和選擇而得到的標準人體尺寸來制作的。將人體模板置于1∶1模型或樣車的作業空間內，或將二維人體模型置于設計圖紙的相關位置，可用于校核設計的可行性和合理性。結合精確的人體模板中各種主要的人體參數，考察汽車室內主要人機工程學設計參數。按照一定的經驗理論，根據人體模板的標準參數，包括功能尺寸、人體靜態尺寸、作業尺寸等，確定相應的座椅位置、汽車車廂空間、轉向盤、扶手、操控臺等的設計參數。具體分類上主要是人體的舒適性設計參數（座椅、室內空間等），操作性設計參數（方向盤、控制臺、扶手、腳踏板等）以及安全性設計參數等。

4座椅空間位置的設計

為了達到操縱方便性和舒適性的要求，必須對座椅空間位置進行設計。進行此項內容設計，讓駕駛員有開闊的視野范圍，對方向盤、離合踏板、制動踏板等操作部件有合適的距離，以便駕駛員能夠方便舒適地操作。將汽車設計對人體的布置要求和人體的舒適坐姿聯系起來，布置座椅的位置，確定操縱裝置與座椅兩者之間的相對距離。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。利用人體樣板在汽車中進行人體布置的原則，確定操縱裝置與座椅的相對距離。同時確定座椅在水平方向和垂直方向的調節量。

好的駕駛設計必須要保證駕駛員在連續幾個小時操作的情況下，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，以便暫時使他的肌肉放松。

5駕駛座椅設計的安全性

5.1坐椅主動安全性

汽車駕駛座椅預防事故發生的能力稱為主動安全性。為了滿足主動安全性的使用要求，汽車駕駛席的設計要從如何減輕駕駛員的疲勞進行分析設計。從為駕駛員提供舒適安全的作業環境出發，考慮合理的坐墊上壓力分布、座椅的尺寸設計、靠背上受到的壓力等，從而減輕疲勞。

5.2坐椅被動安全性

當發生事故時，保護乘員的能力稱為被動安全性。在被動安全性設計中，駕駛員的座椅相當重要，應該重點考慮。座椅被動安全性設計應達到以下要求：發生事故時，應該將對駕駛員的傷害程度降到最低；當車輛發生事故時，駕駛員要保持住一定的坐姿，這樣才能使約束裝置發揮良好的效能；發生事故危害時，防止其它車輛進入到駕駛空間，對駕駛員造成傷害。

5.3安全措施

提高安全性的措施主要有：加大座椅骨架強度，以滿足車輛駕駛席強度的要求；配備安全帶，在發生緊急剎車或正面碰撞事故時保護駕駛員；靠背和坐墊材料應具備一定的阻燃要求，防止溫度過高時發生自燃。

6結束語

在汽車座椅設計中應用人機工程學，才能使其達到身體的各項生理和心理要求，以此確保駕乘人員的舒適性和行車安全性。隨著數字化設計應用的不斷深入，人機工程應用在汽車設計中的方法也更加精確，人機工程學將更注重人的信息處理能力，更注重人-機-環境的完整研究，并運用系統論、信息論等新興科學來研究這個新的系統，以創造出更適合于人類使用的汽車，使人機系統的綜合效能達到最佳水平。

現在越來越多的汽車座椅都開始利用人機工程學的知識及其研究成果進行設計了。只有以人機工程學的原理為基礎，考慮汽車駕駛座椅的設計，才能使其具備良好的舒適性、安全性。

參考文獻：

＼[1＼]周一鳴，毛恩榮.車輛人機工程學＼[M＼].北京理工大學出版社，1999.

＼[2＼]丁玉蘭.人機工程學＼[M＼].北京理工大學出版社，2004.

＼[3＼]許 英，楊宏剛.汽車駕駛座椅的人機工程學設計＼[J＼].汽車維修與保養，2012（9）.

＼[4＼]安田滋.車輛用座椅舒適度評價＼[J＼].國外鐵道車輛，1995（1）.

＼[5＼]穆春虹，孔姍姍.車輛駕駛座椅的人機工程學設計＼[J＼].科技論壇，2010（20）.