【文章內(nèi)容簡介】 控制的目的是要保證車內(nèi)駕乘人員的耳旁噪聲滿足人的聽力保護允許標(biāo)準(zhǔn)，車外噪聲滿足動態(tài)環(huán)境噪聲允許標(biāo)準(zhǔn)。 （5）車輛內(nèi)部小氣候壞境的宜人化控制。對車內(nèi)小氣候環(huán)境的宜人化控制的具體要求標(biāo)準(zhǔn)因車輛的類型，使用條件和運行環(huán)境的不同而異，其科學(xué)依據(jù)是人的熱舒適性評價標(biāo)準(zhǔn)。 （6）車輛駕駛員的駕駛適宜性。所謂駕駛適宜性是指人具備圓滿、不出差錯的完成駕駛工作的素質(zhì)。開展駕駛適宜性研究并制訂科學(xué)的駕駛適宜性檢查方法，對于駕駛員的選拔和科學(xué)化管理具有重要的指導(dǎo)意義。 （7）車輛的道路交通適應(yīng)性。在設(shè)計車輛的性能時，既要充分考慮人的因素，又要充分考慮現(xiàn)在及將來的道路交通特性，如道路的等級、通行能力、管制等級等車—路關(guān)系的問題，從駕駛員的角度出發(fā)評價車輛對道路交通條件的適應(yīng)性，使車輛的設(shè)計與交通設(shè)施的調(diào)整相互協(xié)調(diào)。 （8）人—車—路系統(tǒng)的綜合優(yōu)化。綜合運用了人因工程學(xué)、汽車工程學(xué)、交通工程學(xué)、計算機仿真技術(shù)、圖形圖像技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的基本理論的“人—車—路一體化設(shè)計”概念將是未來幾年擺在各個領(lǐng)域的科技工作者面前的共同課題。 隨著車輛使用者群體特性的變化，車輛設(shè)計與制造技術(shù)的進步，道路交通環(huán)境的改善以及社會大環(huán)境的變化，車輛人因工程學(xué)面臨的研究課題必將不斷發(fā)生變化【10】。第三章 駕駛室內(nèi)部裝置的人因工程設(shè)計 這一章根據(jù)第二章所述的人因工程學(xué)的相關(guān)理論，提煉出工程車輛駕駛室設(shè)計的原則。然后結(jié)合這些設(shè)計原則并根據(jù)中國人體尺寸，得出駕駛室的設(shè)計尺寸。 座椅的人因工程設(shè)計座椅設(shè)計是任何駕駛室設(shè)計的關(guān)鍵部分，因為座椅的設(shè)計是與駕駛室舒適性關(guān)系最為密切的裝置之一。座椅作為駕駛室內(nèi)部裝置是重要一部分，其主要功能有以下幾點：①在靜態(tài)時，提供舒適的坐姿環(huán)境，能使駕駛員坐著舒服。 ②在操縱機器時，能緩解震動和沖擊，減少操縱疲勞。在本論文中，主要考慮完成靜態(tài)舒適性目標(biāo)。為達到靜態(tài)舒適目標(biāo)，在設(shè)計座椅時，既要考慮人體的坐姿生理學(xué)又要考慮人體的坐姿生物力學(xué)。并依據(jù)人體的基本尺寸，基于人因工程的原理選擇座椅的基本尺寸參數(shù)。 駕駛室座椅設(shè)計應(yīng)滿足的要求 我們分別從坐姿生理學(xué)和坐姿生物力學(xué)兩個方面來討論座椅的設(shè)計要求。1. 坐姿生理學(xué) 坐姿生理學(xué)是從人體生理學(xué)的角度來分析各種坐姿的舒適度，為座椅設(shè)計的舒適性提供理論依據(jù)。要達到如下兩點要求。1. 脊柱的正常生理彎曲人處于坐姿時，支撐人體的是脊柱、盆骨、腿和腳等。脊柱位于人體背部中間位置由 33 塊短圓柱狀椎骨組成，包括 7 塊頸椎、12 塊胸椎、5 塊腰椎和下方的 5 塊骶骨及 4 塊尾骨【11】，如圖31 。圖31 人體脊柱圖形 從人體的脊柱分部來看，人體上部的重量主要靠背部的脊柱支撐，越往下承擔(dān)的重量越大，腰椎部分承受的重量最大，而且腰椎還要承受因彎腰等活動時的腰曲變形所引起的拉伸變形與韌帶受壓，造成腰酸等不適的感覺。從這些特征分析可得，人體的最舒適的坐姿應(yīng)該是這樣的【113】： 臀部離開靠背稍向前移，使肩部向后傾斜，使人體的重量主要集中于臀部的結(jié)節(jié)點，同時因上身略向后傾，將體重分移一部分到靠背，形成以腰椎為基準(zhǔn)點的體壓分布接觸面，并且座高略低于小腿高，使大腿略向上傾斜，否則會造成腰部酸痛、疲勞等不適的感覺。 2. 保證腰曲弧線的合適形狀 圖32 為各種不同姿勢下產(chǎn)生的腰曲弧線。其中曲線B是人體側(cè)臥時的曲線，這是人體的正常狀態(tài)下的腰曲弧線；曲線F是人體軀干挺直時的坐姿；曲線G是人體前彎曲時的腰弧曲線；F和G曲線都會給脊柱帶來極大的壓力，欲使坐姿能形成幾乎正常的腰曲弧線，就應(yīng)該像曲線C所示:軀干與大腿之間必須有大于 90176。的角度，且在腰部有所支承。由此可見，保證腰曲弧線的正常形狀是獲得舒適坐姿的關(guān)鍵。圖32 不同姿勢下的人體腰曲弧線 （2）坐姿生物力學(xué) 坐姿生物力學(xué)主要分析人體的體壓分布。因此座椅的設(shè)計應(yīng)該滿足合理的體壓分部。 在人體坐于座椅上時，人體的質(zhì)量在靠背和坐墊上的壓力分布叫做坐姿的體壓分布。而人就座時，臀部骨盆上緣向后平移，坐骨向下，這時與座椅面接觸最緊密的是坐骨隆起部分。這時身體重量的大部分經(jīng)過臀部坐骨隆起部分及其附著的肌肉壓在椅面上，而臀部其它部分受到體重壓力不大[14]。 根據(jù)人因工程學(xué)的研究，最舒適的坐姿應(yīng)保證：人體的大部分質(zhì)量應(yīng)以較大的支承面積、較小的單位壓力合理地分布到坐墊和靠背上；壓力分布應(yīng)從小到大平滑地過渡，避免突然變化。圖 33 為座椅各部分的受力合理分布圖。圖 33 座椅各部分的受力分布圖 由圖313可見，人體質(zhì)量作用在座椅上的壓力并非均布，由前面分析可知，舒適的坐姿是肩部和臀部同時支撐身體質(zhì)量，因而應(yīng)根據(jù)各部位在產(chǎn)生不舒適感覺之前所能承受壓力的大小予以合理的分布。坐墊上的體壓分布應(yīng)使坐骨部分承受的壓力最高，由坐骨周圍擴展到臀部外圍，壓力逐漸降低，直到與坐墊前緣接觸的大腿下平面趨于最低值?？勘成系捏w壓分布則應(yīng)以肩胛骨和腰椎骨兩個部位的壓力最高，這就是靠背設(shè)計中所強調(diào)的“兩點支承”【15】。 綜上所述，為達使座椅舒適，要達到兩個方面的要求：從坐姿生理學(xué)角度，應(yīng)保證脊柱的正常生理彎和曲腰曲弧線的合適形狀；從坐姿生物力學(xué)角度，應(yīng)保持合理的體壓分布。 工程車輛駕駛室座椅的外形設(shè)計按照上一節(jié)的設(shè)計要求并參照人因工程學(xué)理論和中國人體尺寸的標(biāo)準(zhǔn)，將座椅的各個尺寸，包括座面高度、座墊寬度、座墊深度、座面傾角、靠背高度、靠背寬度、靠背傾角等尺寸，設(shè)計如下。（1）座高：是指座面到駕駛室地面間的距離。座高的設(shè)計原則是：使駕駛員大腿接近水平使駕駛員的小腿自然放置。所以座高取決于小腿與足的長度，我國成年男子的小腿與足長度約為 383～454mm。本設(shè)計可將椅面高度確定為370mm。（2）座寬：座寬就是座椅座面的左右的寬度。考慮到座椅寬度的設(shè)計必須保證大部分人都能坐得下，而且我國女性的臀寬比男性的大，所以座寬必須依據(jù)女性群體的臀寬尺寸上限為設(shè)計依據(jù)。此外，為使駕駛員能調(diào)整坐姿，座寬取適當(dāng)大于臀寬。這樣就給出了座寬的一個下限。當(dāng)然座寬亦不能太大，因為座寬太大會導(dǎo)致操作人員的肘部不好尋找支撐，從而導(dǎo)致肩部疲勞。我國第95百分位成年女性的坐寬為 368mm，考慮到適當(dāng)放大，座寬通常取 430～450mm，設(shè)計中取 440mm。（3）座深：即坐墊前端至靠背表面之間的距離。座深的設(shè)計原則是：當(dāng)操作人員坐在座椅上時，他的腰椎能夠得到座椅靠背的支撐，從而減緩疲勞?？紤]到座椅的靠背應(yīng)該讓大部分人都能靠到，所以座深應(yīng)當(dāng)按照較小百分位的群體設(shè)計，這樣小身材駕駛員坐著舒適，大身材駕駛員只要小腿能得到穩(wěn)定的支持，也不會在大腿部位引起壓力疲勞。我國成年男子第 5 百分位的大腿長為421mm。因此座深可取 421mm。 （4）座面傾角：指座面與水平面所夾角度。座面要后傾的原因有兩：一是由于重力作用，操作人員坐在座椅上時會使使背部抵靠靠背，這樣有利于背部獲得支撐從而可以降低背肌靜壓。二是由于駕駛室經(jīng)常處于震動顛簸環(huán)境中，為了防止操作人員從座面前緣滑出座面，故將座面設(shè)計成后傾形式。但是傾角不能太大，一般取座面傾角在 5176。左右，因此取 4176。（5）靠背角度：靠背角度是指靠背與桌椅座面的夾角度?？勘辰嵌鹊脑O(shè)計與脊椎的形態(tài)有關(guān)。從脊椎的正常角度來看，該角度取 115176。較適宜。但為了駕駛員有較好的視野性能，只有適當(dāng)?shù)臓奚说氖孢m性減小靠背的角度，才可能使上體接近直立，保持肩部挺起，而肩微垂的合理姿勢。因此靠背的角度可取 102176。（6）靠背的高度：靠背的高度的設(shè)計要考慮兩方面內(nèi)容：一是駕駛員的臀部底面到肩部的高度，二是駕駛員坐姿眼高。我國成年男子的座姿肩高為 557～641mm，坐姿眼高為 749～847mm。因此靠背的高度取第 50 百分位男子肩高為 600mm。 （7）靠背的寬度：靠背的寬度與駕駛員的肩寬有關(guān)，我國成年男子的最大肩寬為 398～469mm，因此靠背的寬度可選擇 440mm，與座寬相一致。另外，為了保證人體背部處于自然狀態(tài)，需要腰椎的支撐，腰椎的位置相當(dāng)于第 4～5 節(jié)腰椎之間的高度。成年人腰椎高度在座位上方 230～260mm 處，選擇腰椎的支點應(yīng)該略大于該尺寸。 其中座高、座寬、座深、座面傾角以及靠背高度的意義可從圖34 得知。圖34 座椅設(shè)計參數(shù)的意義 CATIA中座椅的模型展示根據(jù)以上的尺寸參數(shù)，在CATIA軟件中建立座椅模型。座椅模型如圖35，座椅與人體配合，如圖36。 圖35座椅模型 圖36座椅與人體配合 方向盤的人因工程設(shè)計 操縱裝置的設(shè)計原則在設(shè)計駕駛室內(nèi)的操縱裝置時，如方向盤和操縱桿，應(yīng)該遵循如下幾個原則：【16】（1）操縱器應(yīng)與人的生理特點相適應(yīng)，便于大多數(shù)人的使用，如操縱力，操縱速度等，都應(yīng)按操作人員的中、下限能力進行設(shè)計。（2）操縱器的運動方向要與被操縱動作的運行狀態(tài)相協(xié)調(diào)，符合人的習(xí)慣。如方向盤的回轉(zhuǎn)方向與平地機的轉(zhuǎn)彎方向要協(xié)調(diào)。（3）操縱器要易于辨認(rèn)。排列有序和規(guī)律性，使每個操縱器均能快速準(zhǔn)確地被操作者辨認(rèn)出來。（4）在條件許可的情況下，盡量設(shè)計多功能操縱器。（5）操縱桿的造型設(shè)計，要求尺寸大小適當(dāng)，形狀考慮人體工程，提高操縱舒適度。方向盤是駕駛室內(nèi)部的重要操縱裝置之一，其設(shè)計原則也應(yīng)該滿足上面?zhèn)€幾點要求。并且方向盤是使用時間最長的操縱裝置，因此方向盤設(shè)計的好壞在很大程度上影響駕駛員的駕駛舒適性和作業(yè)效率。為