汽车驾驶座椅的人机工程学与舒适性

1、姓名：王桃英学号：S0704111汽车驾驶座椅的人机工程学与舒适性随着汽车的技术进步及其普及/,人们对汽车要求越来越高，越来越关注驾驶的舒适性。座椅的设计无法完全保证舒适性，但是可以减少引起不舒适性的因素，避免不舒适感觉的产生。X1汽车座椅舒适性的指标体系设计根据人机工程学原理，为保证良好的舒适性，针对静态舒适性，设计中应遵循以下原则：(1) 座椅应可调节，能使乘坐者变换姿势，并大范围满足各类人体的乘坐要求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) 座椅的尺度必须与相对的人体测量值配合；(3) 座椅的设计必须能提供坐在其上的人体有足够的支撑

2、与稳定作用；(4) 靠背,特别是在腰部的支撑，可降低脊柱所产生的紧张压力；座垫必须有充分的衬垫和适当的硬度，使之有助于将人体重量的压力分布于坐骨结节附近。(5) 座椅前缘处，大腿与椅子之间压力应尽量减少。据此，将座椅的特性分为几何、调节及物理特性(见图1)。座椅的各种特性都会影响到乘坐舒适性。、特性何节理r凡调物的面背枕手广座靠头扶座椅特性舒适性特征静态舒适性保证乘坐姿势合理的体压分布侧向稳定性温湿特性外观特性2座椅的研究现状汽车驾乘人员经常抱怨座椅在乘坐时不够舒适，其主要原因有以下方面:首先，国产经济型轿车多是国内企业与国外企业合资的产品，大部分车型都是借鉴国外的同型轿车的技术开发设计而成，

3、不论主要零部件，还是关键技术、工艺，甚至是座椅的外形尺寸都一并借鉴过来。而国外同型轿车座椅的外形尺寸都是根据欧美人的体形而设计的，中国人和欧美人在人体结构尺寸上存在着较大的差别，主要反映在轿车座椅上，因此，中国用户乘坐国产经济型轿车感觉极不舒适，这一缺点反映出国产经济型轿车生产厂家对国外轿车技术的引进停留在简单仿制阶段。其次，国产经济型轿车座椅多采用价格低材料。这主要是经济型轿车生产厂家对经济型轿车概念的误解，经济型轿车不仅仅价格低，更不是低质低价的代名词，经济型轿车应该是老百姓的价格、配置上的实用和造型上的新颖这三大特点的集中体现。再次，国产经济型轿车的座椅调整不方便且极易出现故障。可调性好

4、的座椅，可以使乘坐者根据自己的体形特点和就座习惯调整轿车座椅，使乘客在轿车行驶过程中获得最满意的乘坐效果，并最大限度地减轻乘客在长时间、长距离旅行中的疲劳。购车选座椅如同人们购鞋一样，必须注意舒适性，每个人的身材各有千秋，每个人都有适合自己的座椅。一些轿车的座椅加上色彩、面料修饰后，看起来很漂亮，但不一定适合驾驶者。而有些座椅也许不怎么好看，但是坐上去后感到舒适，这远比外表好看重要的多。因为座椅的设计关系着人体健康。国外对于座椅的研究比较多，有从整体研究的，也有从座椅的各个侧面作单项研究，各单项包括座高，靠背角，座面倾角，座宽，座深，靠背高度等。有些因家己经制定了相应的标准。虽然如此汽车座椅中

5、存在的问题仍然不少。2003年6月，德国一个叫“背部健康行动”的组织统计发现，40%的德国人由于每天开车时间超过、1个半小时，大多患有背部疾病，汽车座椅是重要的因素。他们根据一套健康标准对德国市场上的汽车座椅进行测试，97%的项目不合。该组织的负责人德特延说，大多数厂商不愿在改进座椅上下功夫，实际上生产适合人体健康标准的座椅并不困难。他说，一款好的汽车座椅，表面应该足够容纳人的腿部，座椅还应给人很好的支撑，不应在车行过程中滑动。几乎同时，英国科学家调查发现；汽车座椅不合理司机易患慢性病。科学家发现，人们忽视了座椅结构的不合理，从而引发司机患上很多慢性病，例如脊柱侧凸、神经根炎。大批出租车司机的

6、工作特点就是连续几小时，甚至十几个小时操纵方向盘，长时间接触身体的座椅直接影响了司机的健康。当今市场上，中高档轿车特别是进口车的座椅非常讲究，各有千秋。虽然没有明确打出”健康座椅”的旗号，却在这方面进行了大量的科技研究。现今的优质驾驶座椅，可以八方调节，配备有腰部支撑气囊，面料透气性能好，行驶过程中驾驶者会感到特别稳定，当然有益于健康。Volvo(富豪)汽车公司于1998年推出了WHIPS头颈部保护系统，2000年以后，该系统成为所有车型的标准配置。尽管该系统旨在撞车时保护颈椎、这亦说明健康因素在座椅设计中比重的增加，这也是人机工程效应在座椅设计中的很好应用。Volvo汽车公司有专门的座椅设计

7、专家工作组，目标是利用人机工程学，设计出内涵丰富并让顾客感到得心应手的汽车。努力使司机在”结束长达一整大的驾车旅行之后，仍能感到像刚出发时一样精神饱满。”沃尔沃公司中国销售部门的一位技术人员讲，对于座椅健康目前国际上尚无具体标准，基本上都是企业自己的标准，都是以舒适为标准，但这个标准尚无量化，也难界定。不仅Volvo公司，美国通用汽车公司生产了一种可以由司机和乘客自我调节的汽车座椅。这一座椅中含有10个压力可变化的空气泡；对该座椅的调节是通过电脑控制完成的。乘客或司机坐在椅子上之后，可以根据自己的感觉向控制系统发出指令，说明身体的哪一部分仍然感到不太舒适。电脑将根据乘坐者的意见，并参照其内存的

8、关于如何使人体感觉舒适的信息，向座椅内的空气泡发出命令，调整气泡的压力和形状，以使人体达到最佳状态。3汽车驾驶座椅人机工程学人体坐姿生理特性分析坐姿时脊柱的形态。人坐着时，身体主要由脊柱、骨盆、腿和脚支承。脊柱位于人体的背部中央，是构成人体的中轴。人处于不同的坐姿时，脊柱形态不同，只有座椅的结构和尺寸设计使驾驶员的脊柱形态接近于正常自然状态，才会减少腰椎的负荷以及腰背部肌肉的负荷，防止驾驶疲劳发生。坐姿体压分布。当座椅上的人处于坐姿状态时，人的身体重量作用于座垫和靠背上的压力分布称作坐姿的体压分布。可见，坐姿体压分布包括座垫上的体压分布和靠背上的体压分布两部分。体压分布是影响乘坐舒适性的重要因

9、素，合理的体压分布有利于全身肌肉放松，保证正常的血液循环和神经传导。座垫上的体压分布。根据人体组织的解剖学特性可知，坐骨结节处是人体最能耐受压力的部位，适合于承重，而大腿下靠近表面处因有下肢主动脉分布，故不宜承受受重压。据此座垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来分布，即在坐骨处压力最大，向四周逐渐减少，自大腿部位时压力降至最低值，这是座垫设计的压力分布不均匀原则。体压分布不良会造成皮肤局部受压，长时间乘坐局部会出现酸麻等疲劳症状。图2为坐姿时座垫上的体压分布。ICKTISI.1Y一一.!、0310152023303540坐垫宽度/cm图2坐姿时座垫上的体压分布靠背上的体压分布。靠背

10、上的体压分布也以不均匀分布，压力相对集中在肩胛骨和腰椎两个部位。从这两个部位向外,压力应逐步降低。环境分析把驾驶员一座椅组成的系统看作一个典型人机系统，该系统所处的环境对系统中的驾驶员的影响主要体现在振动及温湿度上，具体分析如下：振动。驾驶员坐在行使中的汽车上所承受的振动属于全身振动的范畴。有关研究表明,人体最敏感的频率范围为纵向振动48Hz,横向振动12Hz。当外界振动接近器官的共振频率时，即产生共振，振幅迅速增大，此时引起器官的生理反应最大。振动对驾驶员操作的影响主要表现为视觉作业效率的下降和操作动作准确性变差。当达到一定限度时，皮质细胞的工作强度将减弱，人就会感到疲劳，工作效率明显下降。

11、温湿度。座椅的温、湿度特性，即座椅和身体的贴紧部位的闷热间题，也是在座椅评价中有重要影响的因素。尤其是在夏季，对于没有冷风的汽车是个特别重要的问题。其评价方法是，通过测定人在坐着时座椅表面的温度(°C)和湿度(RH:%维行评价的。人置身于高湿度、高温度的条件下，往往会感到浑身不适、四肢乏力，工作不能持久。研究表明，驾驶员在驾驶状态下的舒适温度为18C23C，舒适湿度为40%60%，代谢量为met，高于或低于这个范围都会增加驾驶员的疲劳程度。驾驶座椅对驾驶员人体热环境的主要影响因素有座椅表面的温度和湿度。座椅表面的温湿度特性将影响人体背部、臀部、下体等部位的散热性能及皮肤的呼吸功能，当

12、其温湿度特性与人体生理机能不适应时将引起人体局部不快感，从而加速人体疲劳的形成。针对汽车座椅局部热湿过高这样的问题，从改变结构的方面考虑解决问题的途径，即在座椅与人体接触面下开槽，并强制通风。这种方法可以降低汽车座椅与人接触区域的温度和相对湿度，提高局部热舒适性。汽车驾驶座椅人机工程学设计汽车驾驶座椅的人机工程学分析，安全舒适的汽车驾驶座椅的设计必须满足以下要求：一是坐姿舒适性（静态舒适性）；二是振动舒适性（动态舒适性）；三是操作舒适性；四是安全性（包括主动安全性及被动安全性两个方面）。上述要求具体到驾驶座椅的设计中满足驾驶员坐姿舒适性的座椅尺寸结构设计、满足驾驶员振动舒适性的座椅抗振减振设计

13、、满足操作舒适性的座椅空间位置设计以及满足驾驶员的安全性的汽车驾驶座椅主动安全性及被动安全性的设计。座椅尺寸结构设计驾驶座椅尺寸结构设计的研究把注意力集中在人体生理结构特点对驾驶舒适程度的影响上，寻求最佳的座椅结构型式、尺寸、轮廓形状及材料选择。（1）座椅尺寸设计。座椅尺寸设计主要参数包括：椅面高度、宽度、深度、椅面倾角；靠背的高度、宽度和倾角。座椅尺寸设计涉及主要参数如图3所示。A.椅面高度B.椅面宽度C.椅面深度D.靠背高度.靠背倾角.椅面倾角椅面高度A:椅面高度定义为椅面前缘至驾驶员踵点的垂直距离。在设计时主要考虑到两点椅面过高会使大腿肌肉受压，椅面过低就会增加背部肌肉负荷。驾驶座椅的椅

14、面高度应低些。椅面宽度B:在空间允许的条件下，以宽为好。但对于汽车驾驶座椅来讲，驾驶员坐姿单一，不涉及变换姿势，通常设计应以满足最宽人体需要为准。椅面深度C:指椅面前缘至靠背前面水平距离。其尺寸应满足：腰部得到靠背的支承；椅面前缘与小腿之间留有适当距离，以保证大腿肌肉不受挤压，腿弯部分不受阻碍。靠背高度D及宽度：靠背的高度和宽度与坐姿肩高和肩宽有关，对于汽车驾驶座椅靠背的高度应采取高靠背，最好加靠枕。靠背倾角a:靠背倾角是指靠背与椅面水平方向的夹角。椅面倾角3:指椅面与水平之间的夹角。座面后倾的作用有两点：一是由于重力，驱赶后移，使背部抵靠靠背，获得支持，可以降低背肌静压;二是防止坐者从坐缘滑

15、出座面，这对于经常处于震动颠簸环境中的驾驶员座椅非常重要。但是如果座面过分后倾，进行驾驶操作时，脊椎因身体前屈而会被拉直，破坏正常的腰椎曲线，形成一种费力的姿势，同时还会压迫腹部，长期驾驶会造成生理上的伤害。因此倾角不能太大，一般为'50150。坐垫表面最好是与臀部形态相适应。座垫：坐姿状态下，与座面紧密接触的实际上只是臀部的两块坐骨结节，其上只有少量肌肉，人体重量的75%左右由约25cm2的坐骨周围的部位来支承，这样久坐足以产生压力疲劳，导致臀部痛楚麻木感。若在座面上加上软硬适度的坐垫，则测试研究表明，坐于坐垫上的臀部压力大为降低，而接触支承面积也由900cm2增大到1050cm2,

16、使压力分散。坐垫的另一优点是能使身体采取一种较稳定的姿势，让身体可以适度地陷入坐垫。过硬的坐垫不足以起到预想的作用；太软的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，从而导致腰酸背痛的现象的产生。研究表明：过于松软的椅面，使臀部与大腿的肌肉受压面积增大，不仅增加了躯干的不稳定性，而且不易改变坐姿，容易产生疲劳。依据靠背上体压分布不均匀原则，在座椅靠背设计时应保证有靠背两点支承即就是人体背部和腰部的合理支承。汽车座椅设计时应提供形状和位置适宜的两点支承，第一支承部位位于人体第56胸椎之间的高度上，作为肩靠；第二支承设置在腰曲部位，作为腰靠。肩靠能减轻颈曲变形，腰靠能保证乘坐姿势下的近似于正

17、常的腰弧曲线。座椅材料选择。座椅材料的选择主要考虑到以下两个方面：振动舒适性以及座椅对人体热环境的主要影响。座椅材料是座椅的主要减振元件，要想使座椅获得较低的振动传递率，使座椅有较高的振动舒适性，必须采用合适的座垫和靠背减振材料。根据驾驶室的微气候环境，调整座椅表面的温湿度特性，可以适当调节人体代谢，达到减轻疲劳的目的。/座椅振动舒适性设计座椅材料是座椅的主要减振兀件，那么在座椅振动舒适性设计时首先要考虑的就是从座椅材料的选择上下功夫来保证座椅振动舒适性。座椅的结构形状也不同程度的影响其振动舒适性。由于椎间盘有较大的压缩潜力和很好的弹性，所以脊柱具有忍受较强的纵向振动的能力。在横向上，脊柱只有

18、前纵韧带分别附在腰间盘的前缘和后缘并起一定的作用。因此，人体脊柱忍受横向力的能力很低。在设计座椅时必须使其具有抵抗横向振动的能力。座椅靠背后倾斜使腰部背部得到依靠，加之靠背衬垫的适度柔软性，致使摩擦力增大，可缓冲横向振动对人体的冲击，同时靠背两侧稍隆起、椅面的形状两边向上隆起，也能减轻人体的横向移动趋势,使人感觉乘坐舒适。/4结束语/对汽车座椅的综合要求可归纳为/1、贴合感：座椅靠背和考点的形状是否与人体背部、臀部、大腿底面的形状相贴合。接触面积和部位以及座椅的弹性退滞损失特征与贴合感密切相关。2、侧向稳定感汽车转向行使时乘坐者能受到座椅左右的适当约束，避免人体横向偏斜。侧向稳定感与座椅两侧形

19、状、压力以及压力分布等因素有关系。适当选择侧向压力与总压力之比能改善侧向稳定感。3、腰椎依托感：腰椎依托感良好的座椅，其乘坐者容易获得舒适姿势。第3至第5腰椎部的力与靠背总压力比适当时，依托感有明显改善。4、震动弹性感：与震动弹性感相联系的是座椅的静态刚度、共振频率及衰减特性。'5、坐垫与靠背的软硬感：可用392N左夫和德静态变形特性来反映，不得有陷落的感觉。除上述要求外，汽车座椅不得有臀部滑落感、腹部压迫感、脊背部弓形感等。2 数据库：1/、45/6参考文献：【1】许英汽车驾驶座椅的人机工程学设计机电产品开发与创新2008/01【2】李增勇机械设计与制造工程2001/05【3】陈昊低

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