关于人机工程学的抗疲劳汽车座椅设计分析

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[摘 要]随着经济的快速发展，人们的出行工具逐步由自行车转变为小型轿车，工业，建筑业的施工也逐步开始全面进入机械化时代。据国家有关部门统计，2014年我国共发生特大型交通事故500多起，造成人员伤亡以万人起计，造成的直接经济损失以亿起计，而这其中73.2%是由于司机的疲劳驾驶造成的，疲劳驾驶成为了交通事故频发的一项重要原因。汽车座椅与司机直接接触，座椅的舒适程度直接决定了司机的疲劳程度，这就使得座椅的舒适程度在某种意义上决定了交通事故发生的概率。因此，对汽车座椅进行人机工程学设计对降低交通事故发生率，节约社会资源具有重要作用。

[关键词]抗疲劳 汽车座椅 设计分析 人机工程学

中图分类号：TP 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）23-0339-01

人机工程学（Human Engineering）主要把人和环境作为系统的研究对象，运用心理学，环境学和生理学的相关知识，根据人和机械设备的工作特点，合理的分配人和机械设备在工作中所承担的责任使之相互协调工作，并且为人创造最舒适的工作环境，使工作效率达到最大的综合性学科。汽车座椅是否符合人机工程学的设计要求，不仅对汽车能否充分利用汽车空间，而且对汽车的性能和驾驶员舒适性具有重要的影响。因此，本文将从人机工程学的角度分析汽车座椅对驾驶员舒适性的影响，并从两个方向（动态和静态）论述汽车座椅的人机工程学设计。

一 人机工程学下对汽车座椅的分析

汽车座椅和人共同组成一个研究整体，下面分两个方向（人体坐姿特征分析和环境分析）分析人机工程学下的汽车座椅。

（一）人体坐姿分析

人体坐姿压力分布分析分为人坐下时的脊椎形态分析和压力分布分析。我们都知道，不同的坐姿下人的脊椎呈现出不同的形态。而只有在脊椎形态最接近于自然状态时，人体才是最放松和最舒适的状态，也只有在这种状态下，才会减少脊椎的负荷量，降低人体产生疲劳感的可能性，才能够有效的防治疲劳驾驶的发生。因此，通过人机工程学设计座椅靠背的适当倾斜角度，对保持人体坐下时脊椎呈现自然状态具有重要的意义。人体坐下时所产生的压力分布可以分坐姿的体压分布，人体坐姿体压分布可以分为坐垫上的体压分布以及靠背上的体压分布。坐姿的体压分布主要包括坐垫上和靠背上的压力分布，这种压力主要产生于人体人体坐在座椅上时，分布在座椅和靠背上的人体的自重。坐垫上的体压分布主要集中于人体坐骨，并以坐骨为中心向四周不断减小，直至到达大腿部位时降至最低，这样分布坐垫体压的主要原因是人体骨骼是最能够承受压力的部位，而驾驶汽车时，大腿以下的部位主要用于操控汽车速度和停开车，要具有一定的灵活性，不适合承受压力，同时大腿处有下肢主动脉分布不适合承受荷载。靠椅上的体压分布是不均匀的，符合坐垫设计的压力不均匀性原则，靠背的受力部位主要为腰椎和肩胛骨并以这两个部位为中心相外扩张，压力不断减小。

（二）空间环境分析

人体和汽车空间作为一个研究整体，对驾驶员舒适性影响较大的环境因素包括汽车内的温湿度和振动幅度。研究表明，人体最敏感的频率范围为纵向振动4～8HZ，横向振动1～2HZ。[1]当汽车内的振动频率解决人体能够感知的振动频率时，人体和汽车会形成共振现象，导致整体的震动幅度增大，从而引起人体的感官的错误判断。振动主要影响人体的视觉和动手操作效率，两者的关系具体表现为：但汽车内的振动频率接近人体器官课感知的振动频率时皮质细胞（质膜内面的一层细胞质）的工作效率会降低，人体会产生疲劳，工作效率和行为反应能力降低，增加了疲劳驾驶的可能性。汽车内温湿度对驾驶员的影响主要表现在：汽车内温度越高，驾驶员往往会觉得昏昏欲睡，四肢无力，导致工作不能持久，不能够专心开车；温湿度越低，驾驶员往往需要分泌更多的肾上腺素保持自身体温，能量消耗过多不利于驾驶员安全开始。因此，汽车内的温湿度应该保持在一个合适的水平。研究表明，当汽车内的温度保持在18～23度，适度保持在40%～55～时，驾驶员新陈代谢量可以达到1～2met，这个代谢量最有利于驾驶员保持头脑的清醒，任何高于或者低于这个温湿度都会在一定程度上造成驾驶员疲劳感的产生。因此，采取有效的设计使座椅表面和空间内的温湿度保持在一定水品对降低安全事故具有重要的作用。

二 设计分析

（一）几何参数分析

座椅的设计参数主要包括舒适性参数和座椅几何尺寸参数，座椅的舒适性参数（除去舒适性参数中的震动舒适性参数）主要有座椅的几何尺寸参数决定。座椅舒适性主要由坐姿舒适性，操作舒适性和震动舒适性三部分组成。震动舒适性一般由汽车的主要材料和汽车设计所决定，操作舒适性和震动舒适性一般由座椅的几何尺寸和空间大小决定。座椅的几何尺寸可以由人体舒适性要求通过查相关文件和试验测得。座椅几何尺寸设计主要包括座椅的宽度，座椅和靠背的倾角，座椅的深度，座椅的高度，靠背的宽度和靠背的高度。[2]关于每一项几何设计参数的定义在此不做详细的说明，在这里只是提出每个几何参数的设计要求：1 在空间允许的条件下，座椅的宽度越宽越好 2 椅面深度应该使人坐下后能够满足背部的受力要求 3 靠背的最小宽度不能够小于驾驶员的肩宽 4 靠背的高度不能够低于人体坐下的肩高 5 靠背倾角不能够过大或者过小。

（二）静态设计

座椅静态舒适性的分析主要考虑一下几项影响因素：1 座椅的位置对操作人员操作操作方便性的影响 2 座椅的尺寸满足人体空间活动的需求，且根据人体测量学的数据综合分析所得 3 座椅的材料是否有利于散热，是否能够是人体感到舒适 4 座椅的具体形式和尺寸是否满足功能的要求 5 座椅是否具有足够的空间以满足变换坐姿的需求。[3]

（三）动态设计

振动特性主要决定座椅的动态舒适性，其中对动态舒适性起决定性影响就是刚度参数和阻尼系数，这主要因为人机的共振频率取决于刚度参数，座椅的振动衰减特性主要取决于阻尼系数。在驾驶员行驶的过程中受到的振动来源于三个方向，其中横向振动对人的影响较大。这种振动主要通过座椅传递到人体的臀部，从而引起全身振动，导致共振。所以，在汽车座椅的动态设计中，应尽量使人体敏感振动带与座椅保持一定的距离。

综上所述，汽车座椅在设计时应该主要注意一下问题：1 靠背和座椅的材料应该具有良好的散热性能，并且能够抵抗高温，在高温中不至于自燃 2 要对座椅进行合适的空间设计，座椅与方向盘，刹车盘等等都要有合适的距离 3 给驾驶员创造一个舒适的空间环境 4 靠背应该具有一定的舒适性且让两边稍微隆起，减少驾驶员的横向冲力 5 根据舒适性要求，合理的设计座椅的几何尺寸。

总结

综上所述，汽车座椅通过人机工程学分析不仅可以提高座椅的舒适性还可以有效的降低驾驶员的疲劳感，减少交通事故发生率。由于掌握知识的现状可能还存在许多的不足，如有问题还望大家共同探讨。

参考文献

[1] 李频英.基于人机工程学的抗疲劳汽车座椅设计[J].科技创新导报，2012，22：47.

[2] 田福松，罗龙飞.基于人机工程学的汽车座椅设计研究[J].农机使用与维修，2014，10：26-27.

[3] 李彦晶，张亚萍，尹新权.基于人机工程的汽车驾驶座椅舒适性设计研究[J].机械研究与应用，2014，05：28-30.