基于人機工程學的汽車駕駛室座椅設計研究

◎喬明星

基于人機工程學的汽車駕駛室座椅設計研究

◎喬明星

隨著汽車產業的發展、科技的進步，越來越多的汽車制造商都利用人機工程學知識來設計汽車座椅。在汽車座椅設計中滲透人機工程學知識，能有效提高座椅的舒適性、安全性，本文重點探討基于人機工程學的汽車駕駛室座椅設計。

在駕駛汽車的過程中，汽車座椅的舒適性、安全性對于行車安全至關重要。新形勢下，現代汽車在設計駕駛室座椅時，結合人機工程學理論，追求“人-機-環境”的完美結合，為駕駛員尋求舒適、安全、易操作的空間，有效降低了行車事故率。

駕駛室座椅的人機工程學要求

汽車的設計、制造都是以人為中心。所以，汽車人機工程設計致力于研發出讓駕駛員舒適、安全、操作簡單高效的汽車座椅。由于駕駛員身形不一，有高大壯碩的、有嬌小玲瓏的，而駕駛室座椅要滿足不同身材駕駛員對機械裝置的操作需求，因此，必須深入研究人機工程。筆者認為，駕駛室的座椅應滿足以下幾點：

第一，貼合感強。駕駛室座椅上的坐墊、靠背的形狀應與人體背部、臀部、大腿底部的形狀貼合。較強的貼合感有利于改進二者接觸面積與部位。

第二，橫向穩定性好。汽車行駛經過彎道時，車體受橫向加速度作用，駕駛員的身體會發生傾斜，因此，座椅的側面應稍高，從而幫助大腿與胯部來支撐身體。

第三，實現背部與腰部的合理支承。在設計駕駛室汽車座椅時，應提供形狀和位置適當的兩點支承。第一支承設計在人體第5-6胸椎之間，有助于防止勁曲變形；第二支承設計在腰曲位置，確保駕駛員有正常的腰曲弧線。

第四，軟硬度要始終。汽車座椅最基本的用途就是支撐駕駛員的身體，提高座椅表面的堅硬度，有利于防止駕駛員疲勞瞌睡。但過于堅硬，會降低與身體的貼合感，對身體產生過度的壓迫作用，從而增加疲勞感，因此，硬度要適中。

第五，振動時，舒適性好。共振頻率、靜態剛度、衰減特性要科學合理。

人機工程學在汽車駕駛室座椅設計中的具體應用

座椅的結構參數。應滿足振動舒適性、操作舒適性、坐姿舒適性的需求，在設計座椅時，操作舒適性和坐姿舒適性能通過座椅的尺寸參數和結構來保證，而振動舒適性則不能只依靠尺寸參數來保證。我們在確定座椅尺寸結構參數時，會充分參考駕駛或乘坐姿勢下人體尺寸的測量值。

駕駛室座椅制作材料的選擇。在選擇座椅材料時，應充分考慮振動舒適性、座椅對人體熱環境兩方面因素。座椅材料是座椅的減振元件，合適的座椅和靠背減振材料能有效降低座椅的振動傳遞率，提高振動的舒適性。改變座椅表面的溫濕度特性，提高座椅材料的呼吸功能，提高材料的透氣性，從而提高人體代謝質量，緩解駕駛員的疲勞程度。

駕駛室座椅的空間位置布局。座椅空間位置的布局應充分滿足駕駛員舒適性、人體的布置要求，還要充分考慮座椅承受的壓力分布情況。值得一提的是，坐姿體壓分布是影響座椅舒適性的關鍵因素，因為人坐在座椅上時，體重的80%都是通過背部和臀部作用于座椅上的。

駕駛室座椅的設計要求。首先，靜態特性要好，具體而言就是座椅的形狀、尺寸要與人體的舒適性坐姿一致。提高座椅運轉的靈活性，能隨時調整尺寸大小、改變位置，提高駕駛員乘坐的舒適性、穩定性、操作的靈活性。其次，動態特性要好，能有效降低車體由于運動產生的沖擊和振動，降低駕駛員在長途駕駛中的疲勞感。提高駕駛座椅靜態舒適性可從以下幾點著手：第一，座椅的位置與駕駛空間保持高度協調，方便駕駛；第二，座椅尺寸由人體尺寸而定；第三，確保座椅能靈活調節，以適用于各種坐姿；第四，實踐證明，駕駛員最舒適的坐姿是臀部稍向前移、稍離靠背，人的上體稍向上后傾斜，確保上體與大腿間角呈90～105°，其次，小腿稍向前伸，大腿與小腿、小腿與腳底保持一定的角度，另外，要結合駕駛室特定環境來設計座椅，人體關節的舒適性是在設計駕駛室時需要考慮的首要因素。

另一方面，提高駕駛室座椅的動態舒適性，可從以下幾點著手：由于汽車行駛過程中的振動是影響座椅動態舒適性的關鍵因素。其中，汽車座椅舒適性受坐墊的阻尼系數與剛度的影響非常大；那些非懸架座椅，座椅的舒適性受鋼架結構的動態性能、阻尼系數、剛度的影響最大。而質量、摩擦等因素對于汽車座椅的動態舒適性影響可忽略不計。由此可見，座椅的剛度與阻尼系數是設計座椅時首要考慮的因素。而地面的不平等所產生的振動、汽車車內的機械振動是讓駕駛員疲勞的主要原因。所以，要想減少對人體的振動，可從以下幾點著手：降低對人體影響最大的高頻振動、降低駕駛座椅與汽車的共振、降低振動的傳遞；減少駕駛員10Hz周邊的振動傳遞。

提高駕駛座椅設計安全性的具體對策

座椅主動安全性。指汽車駕駛座椅防止事故發生的能力。筆者認為，要想提高座椅主動安全性，在設計駕駛員座椅時，應從降低駕駛員疲勞感的層面入手，為駕駛員提供舒適安全的開車環境，充分考慮座墊上壓力分布、座椅的尺寸、靠背受到的壓力等等因素，從而降低疲勞感。

座椅被動安全性。指汽車發生事故后，能有效保護車內人員，從而避免發生傷害或者將傷害程度降至最低。要想提高座椅的被動安全性，必須確保座椅的結構強度與剛度合理，從而與安全帶、安全氣囊一起在事故發生時緩和碰撞的強度，避免成員受到傷害。新形勢下，在提高座椅結構本身吸能性時，在一些高檔汽車中，設計人員開始著手將安全氣囊安裝到座椅靠背的側面，以加強對成員的安全保護。

安全措施。提高駕駛座椅安全性的措施有：加強座椅骨架的強度；配置安全帶、安全氣囊；靠背和坐墊材料阻燃性能高，避免溫度過高時發生自燃現象。

綜上所述，在設計汽車座椅時，充分利用人機工程學理論，有利于滿足乘員生理和心理的共同需求，從而有效提高乘車安全性和舒適性。隨著科技的深入發展，人機工程理論在汽車座椅設計中的應用更加精確、完善。未來，人機工程學將更加重視對人的信息處理，實現“人-機-環境”的完美結合，從而推動汽車事業又快又好發展。

貴州工業職業技術學院）