汽車駕駛座椅人機(jī)工程設(shè)計(jì)

沈青

汽車駕駛座椅人機(jī)工程設(shè)計(jì)

沈青

（江西江鈴李爾內(nèi)飾系統(tǒng)有限公司，江西南昌，330200）

汽車駕駛座椅設(shè)計(jì)的科學(xué)化、人性化，有助于提高汽車駕駛員的舒適度，避免疲勞駕駛引發(fā)交通安全事故。基于疲勞駕駛影響因素分析，引入人機(jī)工程設(shè)計(jì)理念，探討了汽車駕駛座椅設(shè)計(jì)原則和方法。將坐姿、溫度和濕度舒適度作為靜態(tài)設(shè)計(jì)重點(diǎn)，將共振頻率規(guī)避作為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)重點(diǎn)。研究表明：汽車生產(chǎn)廠商必須從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面對汽車駕駛座椅設(shè)計(jì)加以重視，將舒適度指標(biāo)納入研發(fā)工作中。

汽車駕駛座椅；人機(jī)工程設(shè)計(jì)；駕駛安全；疲勞駕駛；舒適度；共振

引言

汽車對我國百姓來說已不再是奢侈品，而僅僅成為一種出行的代步工具。然而，隨著汽車數(shù)量的激增，交通事故已經(jīng)成為危害人民生命安全的一大問題，引起社會(huì)對汽車安性的極大關(guān)注。根據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，大約有50%以上的交通事故是由疲勞駕駛引起的。

造成汽車駕駛員疲勞的因素有很多，其中汽車座椅的舒適度是其中之一。針對這種情況，本文意圖引入人機(jī)工程設(shè)計(jì)原理，對汽車駕駛員行駛途中出現(xiàn)疲勞感的基本因素進(jìn)行考察，并結(jié)合這些因素提出改進(jìn)汽車駕駛座椅的設(shè)計(jì)；根據(jù)人體舒適感，提出座椅動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理念。

1　疲勞駕駛影響因素分析

所謂疲勞駕駛，一般是指當(dāng)汽車駕駛員在長時(shí)間（持續(xù)約4個(gè)小時(shí)）駕駛后，其身體的生理和心理機(jī)能出現(xiàn)大幅度下降，大腦的思考判斷能力、身體的反應(yīng)操作能力會(huì)受到較大程度的削弱，而這些癥狀會(huì)通過駕駛員自覺或不自覺的意識而有所表現(xiàn)。當(dāng)駕駛員出現(xiàn)以上這些情況時(shí)，就很可能已處于疲勞駕駛狀態(tài)[1]。一般來說，疲勞駕駛主要來源于坐姿、震動(dòng)、溫度和濕度等因素。

1.1人體坐姿舒適度

當(dāng)人體處于最佳坐姿時(shí)，其體重會(huì)得到均衡分配。當(dāng)大腿呈水平狀自然放松，雙腳著地，手臂也不承受身體壓迫時(shí)，駕駛員會(huì)感覺較為舒適。一般來說，人處于坐姿時(shí)，身體所產(chǎn)生的大約3/4的壓力由座椅承受，因此座椅的設(shè)計(jì)要盡可能使得乘坐者的臀部受重更為合理均勻。

1.2震動(dòng)產(chǎn)生疲勞

汽車在行駛過程中會(huì)不可避免地發(fā)生震動(dòng)。當(dāng)駕駛員坐在汽車上時(shí)，震動(dòng)會(huì)通過座椅傳遞到駕駛員身體，從而對駕駛員造成影響。震動(dòng)對人體所帶來的影響不容忽視，當(dāng)震動(dòng)幅度過大，或者持續(xù)時(shí)間較長時(shí)，人體的動(dòng)態(tài)反應(yīng)能力和身體生理機(jī)能等都會(huì)出現(xiàn)減退。此外，當(dāng)駕駛?cè)藛T長期處于震動(dòng)的空間中時(shí)，震動(dòng)特性傳遞到駕駛?cè)藛T的神經(jīng)中樞，會(huì)刺激大腦皮層，使人產(chǎn)生興奮。如果駕駛員長時(shí)間處于這種狀態(tài)，其腦細(xì)胞的工作效率將會(huì)衰減，從而產(chǎn)生疲勞感。

1.3溫度和濕度影響身體感受

研究人員發(fā)現(xiàn)，汽車駕駛員在20℃左右的駕駛溫度和50%左右的駕駛相對濕度時(shí)的駕駛狀態(tài)最佳。就汽車座椅來說，其對駕駛員所處溫度、濕度的影響主要表現(xiàn)在座椅表面溫度和濕度上，座椅表面狀況會(huì)對人體的背部、臀部等部位造成影響。當(dāng)座椅所用材質(zhì)透氣性不佳時(shí)，會(huì)造成人體產(chǎn)生不適感，從而加劇人體疲勞感。

2　汽車駕駛座椅人機(jī)工程設(shè)計(jì)

2.1靜態(tài)設(shè)計(jì)

從人體生物學(xué)的角度來看，駕駛員的最佳坐姿是臀部離開座椅的靠背并稍向前移，這時(shí)駕駛?cè)藛T的上半身和大腿之間的夾角保持在100°左右。與此同時(shí)，大腿、小腿和雙腳腳掌之間也要有一定的角度[2]，具體參見圖1和表1[3-4]。

圖1　舒適駕駛坐姿的人體生理角度示意圖

表1　舒適駕駛坐姿的人體生理角度值

一個(gè)好的汽車座椅設(shè)計(jì)通常體現(xiàn)在整車布局提供的空間內(nèi)。根據(jù)百分位假人要求，按照人體工程學(xué)要求設(shè)計(jì)出符合H點(diǎn)（Hip Point，軀干與大腿相連的旋轉(zhuǎn)點(diǎn)）、外觀及舒適度的座椅，如圖2所示。

圖2　座椅舒適度校核圖

此外，對汽車座椅的表面溫度和濕度進(jìn)行調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)對駕駛員身體狀況的調(diào)整。汽車座椅在設(shè)計(jì)時(shí)要選用透氣性更為良好的材料包覆座椅，并在座椅中加入通風(fēng)式設(shè)計(jì)，以降低人體長時(shí)間倚靠在椅背上所產(chǎn)生的熱量感和潮濕感。例如，空調(diào)座位上使用孔網(wǎng)狀面料，使得座椅下有多個(gè)風(fēng)扇產(chǎn)生空氣流通，通過空氣循環(huán)穿過皮膚，移動(dòng)的空氣帶走體內(nèi)的熱量，可以更好地提升駕駛?cè)藛T的駕駛舒適度，實(shí)現(xiàn)緩解疲勞的作用[5]。而在座椅上安裝按摩、頂腰、智能化傳感和監(jiān)測系統(tǒng)等，也作為提高舒適度的要求逐漸被納入到座椅人機(jī)工程設(shè)計(jì)中。

2.2動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

汽車座椅動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)主要指減少震動(dòng)對人體的影響。在章節(jié)1.2中已提到震動(dòng)對人體的影響，這里再對震動(dòng)產(chǎn)生的主要機(jī)理和座椅設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)加以探討。

一般來說，震動(dòng)是由各種路面狀況和汽車本身機(jī)械工作而產(chǎn)生的。在汽車行駛時(shí)，駕駛員會(huì)受到來自水平和豎直兩個(gè)方向震動(dòng)的疊加，其中包含直線震動(dòng)和角震動(dòng)。在這些震動(dòng)模式中，豎直震動(dòng)和角震動(dòng)對駕駛?cè)藛T的影響最大，人體各主要部位的共振頻率參見表2。

表2　人體各主要部位共振頻率

汽車座椅在設(shè)計(jì)時(shí)要參照整車路譜，在座椅震動(dòng)試驗(yàn)臺（圖3）上模擬道路行駛，找出座椅共振點(diǎn)，并將其作為設(shè)計(jì)要點(diǎn)，避開敏感震動(dòng)頻率，以保證座椅舒適度[6]。此外，座椅空氣懸掛和縱向減震系統(tǒng)（圖4）也作為動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)內(nèi)容加入座椅設(shè)計(jì)行列中。

圖3　座椅震動(dòng)試驗(yàn)臺

圖4　座椅空氣懸掛和縱向減震系統(tǒng)

3　結(jié)語

通過全文論分析可以發(fā)現(xiàn)：汽車駕駛座椅人機(jī)工程設(shè)計(jì)研究對提升駕駛安全具有重要意義。當(dāng)前，我國大部分汽車廠家對這一問題仍未起到足夠重視，對汽車座椅舒適度研究仍較薄弱，在設(shè)計(jì)座椅時(shí)更多只是考慮其美觀性，而忽視了對其靜態(tài)、動(dòng)態(tài)舒適度的設(shè)計(jì)。對此，呼吁各大汽車生產(chǎn)廠商加以重視，將汽車座椅舒適度的研發(fā)納入重點(diǎn)工作日程中。

[1]馬國忠, 張學(xué)盡. 汽車駕駛用座椅的抗疲勞人機(jī)工程設(shè)計(jì)[J].人類工效學(xué), 2004, 10(3): 34-36.

[2]李彥晶, 張亞萍, 尹新權(quán). 基于人機(jī)工程的汽車駕駛座椅舒適度設(shè)計(jì)研究[J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用, 2014(5): 28-30.

[3]鞠峰, 薛紅軍, 蘇潤娥, 等. 基于人機(jī)工程學(xué)的汽車駕駛室函數(shù)化設(shè)計(jì)方法[J]. 人類工效學(xué), 2007, 13(4): 33-35.

[4]孫凌玉, 陳全世. 人機(jī)工程學(xué)在轎車車身安全性設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 中國公路學(xué)報(bào), 2001, 14(2): 107-110.

[5]李姝瑤, 金昕. 人機(jī)工程學(xué)下轎車座椅舒適尺度設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2014(6): 188-190.

[6]張?zhí)m江, 王貴杰. 基于人機(jī)工程學(xué)汽車駕駛員理想坐姿的研究[J]. 現(xiàn)代科技: 現(xiàn)代物業(yè)下旬刊, 2009, 8(11): 20-22.

Ergonomic Design of Automobile Seat

SHEN Qing
(Jiangxi Jiangling Lear Interior System Co. Ltd., Nanchang, Jiangxi, 330200, China)

Scientific and humanized design of automobile seat is beneficial to comfort improvement for automobile drivers and traffic accident avoidance caused by fatigue driving. Based on analysis of fatigue driving factors, concept of ergonomic design is carried out for discussion on principles and methods of design of automobile seat. Sitting posture, temperature and humidity are treated as key to static design, and avoidance of resonance frequency as key to dynamic design. The study shows that, automobile manufacturers should attach importance to design of automobile seat from aspects of both static and dynamic, and focus on key routines for research and development of comfort factor.

Automobile Seat; Ergonomic Design; Driving Safety; Fatigue Driving; Comfort; Resonance Frequency

TB21

A

2095-8412 (2016) 05-966-03工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.037

沈青(1966-)，女，江西人，大學(xué)本科學(xué)歷，工程師。主要研究方向：座椅設(shè)計(jì)及制造裝配。

E-mail: qshen1@jmc.com.cn