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汽車座椅設計 摘要：運用人機工程學原理，針對汽車駕駛座持，從駕駛員生理特性與作業(yè)環(huán)境兩個方面分析了影響駕駛舒適性及安全性的原因，在此基礎上從坐姿舒適性，振動舒適性，操作舒適性，安全性等四個方面論述了人機工程學在汽車座椅設計中的應用，完成了對汽車駕駛座椅從分析到設計的系列開發(fā)過程。 關鍵詞： 人機工程 汽車設計 座椅 引言：交通事故統(tǒng)計分析表明，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施，對于減少駕駛員疲勞程度，降低事故發(fā)生率有重要作用，汽車駕駛員座椅設計優(yōu)劣與否直接關系到駕駛質量與安全。人機工程學是一門綜合性較強的新興交叉學科，它是從人的生理和心理特點出發(fā)，研究人、機、環(huán)境相互關系和相互作用的規(guī)律；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”。汽車設計是否符合人機工程要求，不僅關系到有效利用車內空間及提高乘用舒適性，而且影響整車內外造型和尺寸參數(shù)，進而影響整車性能和市場競爭力。 一、舒適駕乘首要在于座椅設計 通過對汽車座椅設計中的人機因素分析,即尺度、形態(tài)、功能、色彩四方面的具體分析,尋求汽車座椅設計與人機工程學的關系,從而論證目前汽車座椅設計中人機工程學應用的一些局限性,即學科內涵與目標的矛盾、共性原則與個性需求的矛盾、統(tǒng)計與個案的矛盾以及合理與合情的矛盾,通過對這些應用矛盾的透析,探求出汽車座椅設計中人機工程學應用的原則,從而最終為汽車座椅產品設計中人機工程學的應用探索出一條道路。 而人機工程學在汽車座椅設計中的作用主要體現(xiàn)在以下幾方面： 1、為確定汽車空間范圍提供依據(jù)。 2、為設計汽車座椅提供依據(jù)。 3、為確定感覺器官的適應能力提供依據(jù)。 二、汽車座椅的人機工程設計 汽車駕駛座椅的人機工程學分析，安全舒適的汽車駕駛座椅的設計必須滿足以下要求：意識坐姿舒適性（靜態(tài)舒適性）；二是振動舒適性（動態(tài)舒適性）；三是操作舒適性；四是安全性（包括主動安全性及被動安全性兩個方面）。 上述要求具體到駕駛座椅的設計中滿足駕駛員坐姿舒適性的座椅尺寸結構設計、滿足駕駛員振動舒適性的座椅抗振減振設計、滿足操作舒適性的座椅空間位置設計以及滿足駕駛員的安全性的汽車駕駛座椅主動安全性及被動安全性的設計。 1、 座椅結構設計 駕駛座椅結構設計的研究把注意力集中在人體生理結構特點對駕駛舒適程度的影響上，尋求最佳的座椅結構形式、尺寸、輪廓形狀及材料選擇。 （1）座椅結構設計 為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應堅實平坦。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，從而導致腰酸背痛現(xiàn)象的產生。研究表明：過于松軟的椅面，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，容易產生疲勞。 依據(jù)靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設計時應保證有靠背兩點支撐，即就是人體背部和腰部的合理支撐。汽車座椅設計時應提供形狀和位置適宜的兩點支撐，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方面：振動舒適性以及座椅對人體熱環(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傳遞率，使座椅有較高的振動舒適性，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，調整座椅表面的濕溫度特性，可以適當調節(jié)人體代謝，達到減輕疲勞的目的。 2、 座椅舒適性設計 通過查閱相關資料，由生物動力學研究表明，長時間地承受高強度的全身振動對于人體健康的損害是相當嚴重的。主要是腰脊和相關的神經系統(tǒng)會受到影響。新陳代謝以及源于機體內部的一些其他因素會惡化這個影響，通常認為環(huán)境因素，如身體姿勢、低溫及氣流會引起肌肉疼痛。 （1） 、座椅舒適度的指標 根據(jù)人機工程學原理,為保證良好的舒適度，針對靜態(tài)舒適度，設計中應遵循以下原則：① 座椅尺寸應與人體測量尺寸相適宜；②座椅應可調節(jié)，能使乘坐者變換姿勢，并最大范圍 滿足各類人體的乘坐要求；③座椅應能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結構和尺寸應給腰部 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 文獻都提及腰部支撐的重要作用。腰托的形狀和位置，對于是否能使人保持良好坐姿，減少 人體疲勞具有重要作用。從人機工程學的角度來講，腰部是體現(xiàn)座椅功能的關鍵部位。因此 ，座椅的腰托是影響舒適性的關鍵因素。腰托的安裝位置在座椅靠背結構設計中十分重要。 乘員正常入座時，人體身軀與大腿的連接點—胯點(hip point)簡稱H點，H點的位 置是決定 駕駛員操作方便、乘坐舒適性相關的車內尺寸的基準。此外，座椅的調節(jié)特性對座椅的舒適 度影響很大，已成為座椅舒適度設計中重點考慮的因素。壓力分布是導致不舒適的最主要的 生物力學因素，通過界面壓力對座椅舒適度進行評價是一種重要客觀、有效的方法。 （3） 、座椅舒適度的研究方法 從汽車座椅設計及改善的角度出發(fā)，消除座椅不舒適性最理想的方法是能建立定量模型，預測座椅的不舒適性。國內外研究中,建立的模型主要有如下3種：利用模糊理論建立的模型、線性模型和神經網絡模型。 目前，國內在座椅舒適度的研究上還存在一些缺陷：①沒有針對中國人體特征尺寸的座椅舒 適性研究；②對于座椅靜態(tài)舒適性評價還沒有形成一套客觀系統(tǒng)的體系；③在應用神經 網絡建模方法評價舒適性中，對輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進一步研究。 4、 座椅安全性設計 座椅安全性設計的內容主要包括以下幾個方面:座椅強度的設計、座椅結構型式的設計、靠背的設計、坐墊的設計、頭枕的設計。 （1） 座椅強度的設計 座椅強度的設計是安全性設計的首要內容。汽車行駛中，座椅要承受復雜的載荷。汽車座椅 必須有足夠的強度，以確保座椅上的人所受的傷害最??；座椅的壽命應足夠長，不致過早變形或損壞；受沖擊載荷作用時，座椅不應發(fā)生斷裂、嚴重變形等損壞現(xiàn)象。所以設計座椅時 必須對汽車座椅的強度進行計算，盡量以最少的材料、最小的質量滿足強度要求。 （2） 座椅結構型式的設計 座椅整體結構的安全性設計應考慮的是其對其他約束系統(tǒng)效能的影響及與其他約束系統(tǒng)之間 的連接方式等。 （3） 靠背的設計 靠背的安全性設計應考慮靠背的強度、傾角、基本尺寸及其形狀?？勘车膹姸仍O計不但應該 在“追尾”等后部碰撞時給乘員提供良好的保護，而且也要考慮側碰時對乘員的保護。而靠 背傾角、基本尺寸及其形狀對尾部碰撞的嚴重程度有很大影響。 （4） 坐墊的設計 坐墊一般不會造成對乘員的直接沖擊傷害，但坐墊的結構可以影響到乘員運動過程、約束力 加到乘員身體上的方式及外部載荷(加速度、力等)的絕對值大小。坐墊深度設計的原則是在 充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理的支撐。坐墊深度不應該超過人的大腿長度。 （5） 頭枕的設計 頭枕是一種用以限制乘員頭部相對于軀干向后移位的彈性裝置，其作用是在發(fā)生碰撞時，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，可抑制乘員頭部后傾，防止或 減輕頸部損傷?，F(xiàn)多采用模擬計算和試驗驗證相結合的研究方法，該方法重復性好、存儲信 息量大、開發(fā)周期短且開發(fā)費用低。 三、設計方案 汽車駕駛員座椅外觀尺寸與設計依據(jù) 項目 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、結束語 從人機工程學的角度出發(fā)，進行汽車駕駛座椅的設計，使駕駛座椅具有良好坐姿，是實現(xiàn)座椅舒適性、振動舒適性、操作舒適性和安全性的必要手段。從這我們可以看出人機工程學對我們生活的極其重要，所以學好人機工程學，運用好人機工程學是非常有必要的。