人机工程学论文-应用人机工程学原理进行汽车座椅设计

1、应用人机工程学原理进行汽车座椅设计1 舒适驾驶首要在于座椅设计 通过对汽车座椅设计中的人机因素即尺度、形态、功能、色彩四方面的具体分析,人机工程学在汽车座椅设计中的作用主要体现在以下几方面： 1、为确定汽车车空间范围提供依据。  2、为设计汽车座椅提供依据。  3、为确定感觉器官的适应能力提供依据。2 人（驾驶员）坐姿生理特性分析   1.坐姿脊柱形状 人坐着时，身体主要由脊柱、骨盆、腿和脚支承，脊柱是构成人体的中轴，位于人体背部中央。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。

2、2. 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。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。 （1）坐垫上的体压分布 图1 坐姿时坐垫上的体压分布 （2）靠背上的体压分布 靠背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。图2 坐姿时靠背上的体压分布3. 人体对车内震动，微气候的反应 （1）人体对震动的反应 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。外界振动传入人体时所引起的增大或减弱效应与身体在振动系统中的姿势有关，一般来说，坐姿工作时，由于人腿的减振作

3、用大大降低，抗振性要比站姿工作时差，特别是脊柱和胃部受到振动的损害，因此坐姿作业者容易产生脊柱损伤和胃病这两种职业病。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。另外人体在振动环境中会加速疲劳过程。当振动环境中的振动特性处于人体神经系统的敏感区域时，这种刺激频繁传入大脑皮质，引起大脑皮质细胞兴奋。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。（2） 环境变化对人的影响 驾驶员在驾驶状态下的舒适温度为1823，舒适湿度为40%60%，代谢量为1.02.0met。座椅对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

4、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，从而促使人体疲劳的形成。3 汽车座椅的人机工程设计  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：意识坐姿舒适性（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）。 1. 座椅结构的设计:驾驶座椅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形式、尺寸、轮廓形状及材料选择。（1）座椅结构设计  座垫设计：座垫应坚实平坦

5、。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。  靠背设计：在座椅靠背设计时应保证有靠背两点支撑，即就是人体背部和腰部的合理支撑。 （2） 座椅材料选择 考虑2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,必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，调整座椅表面的湿温度特性，可以适当调节人体代谢，达到减轻疲劳的目的。2.座椅舒适性设计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。通常认为环境因素，如身体姿势

6、、低温及气流会引起肌肉疼痛。（1）座椅舒适度的指标 根据人机工程学原理,设计中应遵循以下原则：座椅尺寸应与人体测量尺寸相适宜；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；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 座椅的几何尺寸座椅的腰托座椅的调节特性压力分布 注：腰托的安装位置在座椅靠背结构设计中十分重要。乘员正常入座时，人体身躯与大腿的连接点胯点(hip point)简称H点，H点的位置是决定驾驶员操作方便、乘坐舒适性相关的车内尺寸的基准。（3） 座椅舒适度的研究方法 建

7、立定量模型，预测座椅的不舒适性能消除座椅不舒适性，模型有3种：利用模糊理论建立的模型、线性模型和神经网络模型。3.座椅空间位置设计 座椅空间位置设计就是为了达到操作舒适性的目标，而进行驾驶室座椅空间位置设计以确保驾驶员有良好的视野，同时对汽车转向盘、脚踏板等操作部件有恰当的操作要求距离，以达到操作舒适性的最终目的。4. 座椅安全性设计 主要包括以下几个方面:座椅强度的设计、座椅结构型式的设计、靠背的设计、坐垫的设计、头枕的设计。（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

8、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。所以设计座椅时必须对汽车座椅的强度进行计算，尽量以最少的材料、最小的质量满足强度要求。 （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