人机工程学汽车座椅设计研究

人机工程学的汽车座椅设计研究 摘要 本文通过对重型商用车坐姿舒适性仿真的研究 并结合当今比较流行的舒适度建 模方法 进行了适宜驾驶姿势规律的实验研究 得到以人体姿势变量和汽车设计变量为预 测因子的人体不舒适度预测模型 并将模型应用于实际项目的方案分析中 关键词 驾驶员 驾驶姿势 人机工程技术 人体舒适度 Abstract Based on the heavy commercial vehicle sitting comfort simulation studies combine d with the comfort of today s popular modeling method was suitable for Experimental study of the driving position Get to the body posture variables and design variables as predictors of car s body is not comfortable forecasting model and the model is applied to the analysis of the actual project proposal Key words driver driving posture ergonomic body comfort technology 一 引言 随着时代的发展 人们开始追求高品质的舒适生活 于 是按照人体工程学设计的产品也就越来越受到大众的欢迎 以汽车座椅为例 人体工程学的 家具并不是人们头脑中所想象的仅有数据符合的座椅 它还包括除了人体生理数据之外的很 多因素 它的设计原则除了常见的尺度设计原则 人体机能和环境设计原则 健康设计原则外 还应该讲求黄金分割比的设计原则 并指出在这些原则的指导下好的人体工程学座椅是功 能与美学相结合的产品 可以为人带来身心两方面的享受 二 汽车座椅舒适性设计的重要性 现代科学技术的突飞猛进 以及人们工作和生活空间的不段变化 就要求汽车座椅的生产 企业在座椅的设计 生产方式等方面进行改革 同时也要考虑降低成本 提高汽车座椅的 经济性 因此市场不断细分 多种不同类型和不同设计的汽车座椅不断进入市场 然而目 前 国内在座椅舒适度的研究上还存在一些缺陷 没有针对中国人体特征尺寸的座椅舒 适性研究 对于座椅静态舒适性评价还没有形成一套客观系统的体系 在应用神经 网 络建模方法评价舒适性中 对输入量的界定还不够清晰明确 有待进一步研究 关于人机 工程学在家居设计中的应用的提出 其可行性可以分为概念化阶段 具体化阶段 周详设 计阶段及检验校核阶段等多阶 段进行设计 1 概念化阶段是整体设计的理念和宗旨 是保证今后具体设计得以顺利进行 的前提条件 对椅子设计概念化进行设定的过程 涉及椅子相关的功能性 构造和材料以 及形状等问题 2 具体化阶段是按照在概念化阶段设定的设计方案 解决座椅的构造 功 能和美观问题并创造出其基本形状 3 座椅周详设计的关键是将重点放在符合整体的外观 和核心架构的设计上 产品的外观 座椅的造型以及稳定的构造应该既反映其精湛设计 又能实现人 们对舒适的要求 这就是汽车座椅设计的重点 4 通过以上各阶段步骤完成的产品设计可 能并不是完美的 尤其是座椅与人体结构有着密切的关系 可以说人们对产品设计的合理 性和适用性的评判是很重要的 因此应该对设计进行检验和校核 对于座椅的设计来说 椅子的底座部分能否稳定地支撑人体体重是很重要的 当然除此之外对支撑人体背部的椅 背部分和扶手部分的检验也是很必要的 三 基于汽车座椅的舒适性及安全性设计研究 随着当今科学技术及生活水平的不断改善和发展 人们对于座椅舒适要求也不断提升 其 中汽车座椅的舒适度及安全性设计已成为当今汽车产商所关注的主要内容 座椅的主要功 能是支撑驾驶员及乘坐人员的身体 减缓路面不平传给人体的冲击并减弱由此而引起的振 动 给驾乘提供舒适 安全的乘坐条件和便于驾驶操作的良好的工作条件 由生物动力学 研究表明 长时间地承受高强度的全身振动对于人体健康的损害是相当严重的 主要是腰 脊和相关的神经系统会受到影响 新陈代谢以及源于机体内部的一些其他因素会恶化这个 影响 通常认为环境因素 如身体姿势 低温及气流会引起肌肉疼痛 由本小组研究人员 取证分析 得到以下结论 一 座椅舒适度研究 1 座椅舒适度的指标 座椅尺寸应与人体测量尺寸 d 相适宜 一般 d 取 45 60 公分 座椅应可调节 能使乘坐者变换姿势 并最大范围满足各类人体的乘坐要求 如沃尔沃公 司的 F7 型汽车坐高可调 65mm 倾斜度可调 64 度 纵向位置可调 130mm 等 座椅应能 使乘坐者保持舒适坐姿 靠背结构和尺寸应给腰部充分的支撑 使脊柱接近于正常弯曲状态 2 座椅舒适度的影响因素 座椅的几何尺寸是影响座椅舒适度的因素 但研究发现这 并非唯一最主要的影响因素 从人机工程学的角度来讲 腰部是体现座椅功能的关键部位 因此 座椅的腰托是影响舒适性的关键因素 此外 座椅的调节特性对座椅的舒适度影响 很大 已成为座椅舒适度设计中重点考虑的因素 3 座椅舒适度的研究方法 从汽车座椅设计及改善的角度出发 消除座椅不舒适性最理 想的方法是能建立定量模型 预测座椅的不舒适性 国内外研究中 建立的模型主要有如下 3 种 利用模糊理论建立的模型 线性模型和神经网络模型 二 座椅安全性设计 1 座椅强度的设计 座椅强度的设计是安全性设计的首要内容 汽车行驶中 座椅要承受复 杂的载荷 汽车座椅必须有足够的强度 以确保座椅上的人所受的伤害最小 座椅的寿命 应足够长 不致过早变形或损坏 受冲击载荷作用时 座椅不应发生断裂 严重变形等损 坏现象 2 座椅结构型式的设计 座椅整体结构的安全性设计应考虑的是其对其他约束 系统效能的影响及与其他约束系统之间的连接方式等 3 靠背的设计 靠背的安全性设 计应考虑靠背的强度 倾角 基本尺寸及其形状 靠背的强度设计不但应该在 追尾 等 后部碰撞时给乘员提供良好的保护 而且也要考虑侧碰时对乘员的保护 而靠背倾角 基 本尺寸及其形状对尾部碰撞的严重程度有很大影响 4 坐垫的设计 坐垫一般不会造成对乘员的直接冲击伤害 但坐垫的结构可以影响到乘 员运动过程 约束力加到乘员身体上的方式及外部载荷 加速度 力等 的绝对值大小 坐 垫深度设计的原则是在充分利用靠背的情况下 使臀部得到合理的支撑 坐垫深度不应该 超过人的大腿长度 5 头枕的设计 头枕是一种用以限制乘员头部相对于躯干向后移位 的弹性装置 其作用是在发生碰撞时 减轻乘员颈椎可能受到的损伤 尤其是在汽车受到 追尾碰撞时 可抑制乘员头部后倾 防止或减轻颈部损伤 现多采用模拟计算和试验验证 相结合的研究方法 该方法重复性好 存储信息量大 开发周期短且开发费用低 目前可 用于座椅强度分析的有限元软件有 MSC NASTRAN ABAQUAS ANSYS SAP PAM CRASH DYNA 3D 等 四 基于汽车座椅舒适度设计中面临的问题 对于座椅中主要的支撑性零部件 应精确建 模 以保证模型的正确性 对静强度特性影响不大的零件 只要抓住其主要的几何形状进 行建模即可 对于基本没影响的部件 可以简单建模或不建模 随着座椅结构形式的不断 变化 单纯用梁单元已不足以精确地描述座椅骨架的结构 于是越来越多地使用了其他的 单元形式建模 如空间板壳单元 实体单元等 在新的世纪里 人们以新的方式来感知世 界 人们越来越多的在追求一种新的生存环境和生存空间 毫无疑义 未来的人性化设计 具有更加全面立体的内涵 它将超越人们过去所局限的人与物的关系的认识 向时间 空 间 生理感官和心理方向发展 同时 通过现代高科技技术如虚拟现实 互联网络等多种 数字化的形式而扩延 五 总结国内汽车座椅行业应该致力于简化座椅的设计开发过程 大幅度缩短开发周期 减少开发费用和成本 提高产品质量和性能 获得最优化的创新设 计产品 这样才能更好地促进我国座椅行业的设计国际化 现代化 我们希望这种汽车座 椅的设计可以更好地保护人们的腰部和颈部 结语 要想设法使驾驶员驾车时有更舒适 更安全的驾驶环境 对于当前的汽车座椅设