【文章內(nèi)容簡介】 部分能否穩(wěn)定地支撐人體體重是很重要的。當然除此之外對支撐人體背部的椅背部分和扶手部分的檢驗也是很必要的。三、基于汽車座椅的舒適性及安全性設(shè)計研究 隨著當今科學技術(shù)及生活水平的不斷改善和發(fā)展，人們對于座椅舒適要求也不斷提升。其中汽車座椅的舒適度及安全性設(shè)計已成為當今汽車產(chǎn)商所關(guān)注的主要內(nèi)容。座椅的主要功能是支撐駕駛員及乘坐人員的身體，減緩路面不平傳給人體的沖擊并減弱由此而引起的振動。給駕乘提供舒適、安全的乘坐條件和便于駕駛操作的良好的工作條件。由生物動力學研究表明，長時間地承受高強度的全身振動對于人體健康的損害是相當嚴重的。主要是腰脊和相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)會受到影響。新陳代謝以及源于機體內(nèi)部的一些其他因素會惡化這個影響，通常認為環(huán)境因素，如身體姿勢、低溫及氣流會引起肌肉疼痛。由本小組研究人員取證分析，得到以下結(jié)論：（一）座椅舒適度研究座椅舒適度的指標：① 座椅尺寸應(yīng)與人體測量尺寸d相適宜（一般d取45—60公分）；②座椅應(yīng)可調(diào)節(jié)，能使乘坐者變換姿勢，并最大范圍滿足各類人體的乘坐要求,如沃爾沃公司的F7型汽車坐高可調(diào)65mm；傾斜度可調(diào)64度；縱向位置可調(diào)130mm等；③座椅應(yīng)能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)給腰部充分的支撐,使脊柱接近于正常彎曲狀態(tài)。座椅舒適度的影響因素：座椅的幾何尺寸是影響座椅舒適度的因素，但研究發(fā)現(xiàn)這并非唯一最主要的影響因素。從人機工程學的角度來講，腰部是體現(xiàn)座椅功能的關(guān)鍵部位。因此，座椅的腰托是影響舒適性的關(guān)鍵因素。此外，座椅的調(diào)節(jié)特性對座椅的舒適度影響很大，已成為座椅舒適度設(shè)計中重點考慮的因素。座椅舒適度的研究方法：從汽車座椅設(shè)計及改善的角度出發(fā)，消除座椅不舒適性最理想的方法是能建立定量模型，預測座椅的不舒適性。國內(nèi)外研究中,建立的模型主要有如下3種：利用模糊理論建立的模型、線性模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。（二）座椅安全性設(shè)計座椅強度的設(shè)計：座椅強度的設(shè)計是安全性設(shè)計的首要內(nèi)容。汽車行駛中，座椅要承受復雜的載荷。汽車座椅必須有足夠的強度，以確保座椅上的人所受的傷害最??；座椅的壽命應(yīng)足夠長，不致過早變形或損壞；受沖擊載荷作用時，座椅不應(yīng)發(fā)生斷裂、嚴重變形等損壞現(xiàn)象。座椅結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計：座椅整體結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計應(yīng)考慮的是其對其他約束系統(tǒng)效能的影響及與其他約束系統(tǒng)之間的連接方式等?？勘车脑O(shè)計：靠背的安全性設(shè)計應(yīng)考慮靠背的強度、傾角、基本尺寸及其形狀?？勘车膹姸仍O(shè)計不但應(yīng)該在“追尾”等后部碰撞時給乘員提供良好的保護，而且也要考慮側(cè)碰時對乘員的保護。而靠背傾角、基本尺寸及其形狀對尾部碰撞的嚴重程度有很大影響。坐墊的設(shè)計：坐墊一般不會造成對乘員的直接沖擊傷害，但坐墊的結(jié)構(gòu)可以影響到乘員運動過程、約束力加到乘員身體上的方式及外部載荷(加速度、力等)的絕對值大小。坐墊深度設(shè)計的原則是在充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理的支撐。坐墊深度不應(yīng)該超過人的大腿長度。頭枕的設(shè)計：頭枕是一種用以限制乘員頭部相對于軀干向后移位的彈性裝置，其作用是在發(fā)生碰撞時，減輕乘員頸椎可能受到的損傷。尤其是在汽車受到追尾碰撞時，可抑制乘員頭部后傾，防止或減輕頸部損傷?，F(xiàn)多采用模擬計算和試驗驗證相結(jié)合的研究方法，該方法重復性好、存儲信息量大、開發(fā)周期短且開發(fā)費用低，、ABAQUAS、ANSYS、SAP、PAMCRASH、DYNA3D等【2】。四、基于汽車座椅舒適度設(shè)計中面臨的問題對于座椅中主要的支撐性零部件，應(yīng)精確建模，以保證模型的正確性；對靜強度特性影響不大的零件，只要抓住其主要的幾何形狀進行建模即可；對于基本沒影響的部件，可以簡單建?；虿唤！ｋS著座椅結(jié)構(gòu)形式的不斷變化，單純用梁單元已不足以精確地描述座椅骨架的結(jié)構(gòu)，于是越來越多地使用了其他的單元形式建模，如空間板殼單元、實體單元等。在新的世紀里，人們以新的方式來感知世界，人們越來越多的在追求一種新的生存環(huán)境和生存空間，毫無疑義，未來的人性化設(shè)計具有更加全面立體的內(nèi)涵，它將超越人們過去所局限的人與物的關(guān)系的認識，向時間、空間、生理感官和心理方向發(fā)展，同時，通過現(xiàn)代高科技技術(shù)如虛擬現(xiàn)實、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等多種數(shù)字化的形式而擴延。五、總結(jié)國內(nèi)汽車座椅行業(yè)應(yīng)該致力于簡化座椅的設(shè)計開發(fā)過程，大幅度縮短開發(fā)周期，減少開發(fā)費用和成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能，獲得最優(yōu)化的創(chuàng)新設(shè)計產(chǎn)品，這樣才能更好地促進我國座椅行業(yè)的設(shè)計國際化、現(xiàn)代化。我們希望這種汽車座椅的設(shè)計可以更好地保護人們的腰部和頸部。同時，要想設(shè)法使駕駛員駕車時有更舒適、更安全的駕駛環(huán)境，對于當前的汽車座椅設(shè)計，高度的運用人機工程學知識，更大的提高人體舒適度，是極為必要，也是勢在必行?。蹍⒖嘉墨I］【1】王正華，喻凡，［J］.汽車工 程，2006（9）：817. 【2】 孟翔，［J］.機械設(shè)計與制造，2007（11）：： 李和論文報告編輯者： 何鈞 襄樊學院機械與汽車工程學院工業(yè)工程0811班 完成時間：2010年5月10日第四篇：人機工程學在汽車座椅設(shè)計中的應(yīng)用人機工程學在汽車座椅設(shè)計中的應(yīng)用摘要：運用人機工程學原理，針對汽車駕駛座持，從駕駛員生理特性與作業(yè)環(huán)境兩個方面分析了影響駕駛舒適性及安全性的原因，在此基礎(chǔ)上從坐姿舒適性，振動舒適性，操作舒適性，安全性等四個方面論述了人機工程學在汽車座椅設(shè)計中的應(yīng)用，完成了對汽車駕駛座椅從分析到設(shè)計的系列開發(fā)過程。關(guān)鍵詞：汽車駕駛座椅 人機工程學 設(shè)計一、引言隨著時代的發(fā)展，當今社會已由工業(yè)社會向信息社會即后工業(yè)社會過渡，人類賴以生存的生活空間和生活方式，處處都是經(jīng)過設(shè)計并不斷完善的設(shè)計世界?，F(xiàn)代設(shè)計，作為一種廣泛的文化活動，已成為人們生活中的一部分。人們開始追求高品質(zhì)的舒適生活,于是按照人體工程學設(shè)計的產(chǎn)品也就越來越受到大眾的歡迎。人體工程學的產(chǎn)品也就成了現(xiàn)代社會人們追求的目標。先以汽車座椅為例,人體工程學的家具并不是人們頭腦中所想象的僅有數(shù)據(jù)符合的座椅,它還包括除了人體生理數(shù)據(jù)之外的很多因素。它的設(shè)計原則除了常見的尺度設(shè)計原則,人體機能和環(huán)境設(shè)計原則,健康設(shè)計原則外還應(yīng)該講求黃金分割比的設(shè)計原則。并指出在這些原則的指導下好的人體工程學座椅是功能與美學相結(jié)合的產(chǎn)品,可以為人帶來身心兩方面的享受。二、舒適駕乘首要在于座椅設(shè)計通過對汽車座椅設(shè)計中的人機因素分析,即尺度、形態(tài)、功能、色彩四方面的具體分析,尋求汽車座椅設(shè)計與人機工程學的關(guān)系,從而論證目前汽車座椅設(shè)計中人機工程學應(yīng)用的一些局限性,即學科內(nèi)涵與目標的矛盾、共性原則與個性需求的矛盾、統(tǒng)計與個案的矛盾以及合理與合情的矛盾,通過對這些應(yīng)用矛盾的透析,探求出汽車座椅設(shè)計中人機工程學應(yīng)用的原則,從而最終為汽車座椅產(chǎn)品設(shè)計中人機工程學的應(yīng)用探索出一條道路。而人機工程學在汽車座椅設(shè)計中的作用主要體現(xiàn)在以下幾方面：為確定汽車空間范圍提供依據(jù)。為設(shè)計汽車座椅提供依據(jù)。為確定感覺器官的適應(yīng)能力提供依據(jù)。三、汽車座椅人機工程學分析人體坐姿生理特性分析（1）坐姿時脊柱的形態(tài)人坐著時，身體主要由脊柱、盆骨、腿和腳支撐。脊柱位于人體的背部中央，是構(gòu)成人體的中軸。人處于不同的坐姿時，脊柱形態(tài)不同，只有座椅的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計使駕駛員的脊柱形態(tài)接近于正常自然形態(tài)，才會減少腰椎的負荷以及腰背部肌肉的負荷，防止駕駛疲勞發(fā)生。（2）坐姿體壓分布當座椅上的人處于坐姿狀態(tài)時，人的身體重量作用于座墊和靠背上的壓力分布稱作坐姿的體壓分布。可見，坐姿體壓分布包括座墊上的體壓分布和靠背上的體壓分布兩部分。（3）座墊上的體壓分布根據(jù)人體組織的解剖學特性可知，坐骨結(jié)節(jié)處是人體最能耐受壓力的部位，適合于承重，而大腿下靠近表面處因有下肢主動脈分布，故不宜承受重壓。據(jù)此座墊上的壓力應(yīng)按照臀部不同部位承受不同壓力的原則來分布，即在坐骨處壓力最大，自大腿部位時壓力降至最低，這是座墊設(shè)計的壓力分布不均勻原則。圖1為坐姿時座墊上的體壓分布。（4）靠背上的體壓分布靠背上的體壓分布也以不均勻分布，壓力相對集中在肩胛骨和腰椎兩個部位。從這兩個部位向外，壓力應(yīng)逐步降低。環(huán)境分析把駕駛員——座椅組成的系統(tǒng)看作一個典型人機系統(tǒng)，該系統(tǒng)所處的環(huán)境對系統(tǒng)中的駕駛員的影響主要體現(xiàn)在以下兩個方面，具體分析如下：（1）振動駕駛員坐在行使中的汽車上所承受的振動屬于全身振動的范疇。有關(guān)研究表明，人體最敏感的頻率范圍為縱向振動4~8Hz，橫向振動1~2Hz。當外界振動接近器官的共振頻率時，即產(chǎn)生共振，振幅迅速增大，此時引起器官的生理反應(yīng)最大。振動對駕駛員操作的影響主要表現(xiàn)為視覺作業(yè)效率的下降和操作動作準確性變差。當振動頻率低于2Hz時，由于眼肌的調(diào)節(jié)補償作用，使視網(wǎng)膜上的映像相對穩(wěn)定，因此對視覺的干擾作用不大，但當振動頻率大于4Hz時，視覺作業(yè)效率將受到嚴重的影響，振動頻率為10~30Hz時，對視覺的干擾最大，振動頻率為50Hz、加速度為2m/s2時，視覺下降約50%。振動對操作動作準確性的影響，主要是由于振動降低了手（或腳）的穩(wěn)定性，從而使操縱動作的準確性變差，而且振幅越大，影響越大。（2）溫濕度研究表明，駕駛員在駕駛狀態(tài)下的舒適溫度為18℃～23℃，舒適濕度為40%～60%，～。座椅對人體熱環(huán)境的主要影響因素有：座椅表面的溫度和濕度。座椅表面的溫濕度特性將影響人體背部、臀部、下體等部位的散熱性能及皮膚的呼吸功能，當其溫濕度特性與人體生理機能不適應(yīng)時將引起人體局部不快感，從而加速人體疲勞的形成。四、汽車座椅的人機工程設(shè)計汽車駕駛座椅的人機工程學分析，安全舒適的汽車駕駛座椅的設(shè)計必須滿足以下要求：意識坐姿舒適性（靜態(tài)舒適性）；二是振動舒適性（動態(tài)舒適性）；三是操作舒適性；四是安全性（包括主動安全性及被動安全性兩個方面）。上述要求具體到駕駛座椅的設(shè)計中滿足駕駛員坐姿舒適性的座椅尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計、滿足駕駛員振動舒適性的座椅抗振減振設(shè)計、滿足操作舒適性的座椅空間位置設(shè)計以及滿足駕駛員的安全性的汽車駕駛座椅主動安全性及被動安全性的設(shè)計。座椅尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計駕駛座椅尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究把注意力集中在人體生理結(jié)構(gòu)特點對駕駛舒適程度的影響上，尋求最佳的座椅結(jié)構(gòu)形式、尺寸、輪廓形狀及材料選擇。（1）座椅尺寸設(shè)計座椅尺寸設(shè)計主要參數(shù)包括：椅面高度、寬度、深度、椅面傾角；靠背的高度、寬度和傾角。座椅尺寸設(shè)計涉及主要參數(shù)如圖2所示。椅面高度A：椅面高度定義為椅面前緣至駕駛員踵點的垂直距離。在設(shè)計時主要考慮到兩點：椅面過高會使大腿肌肉受壓，椅面過低就會增加背部肌肉負荷，駕駛座椅的椅面高度應(yīng)低些。椅面寬度B：在空間允許的條件下，以寬為好。但對于汽車駕駛座椅來講，駕駛員坐姿單一，不涉及變換姿勢，通常設(shè)計應(yīng)滿足最寬人體需要為準。椅面深度C：指椅面前緣至靠背前面水平距離。其尺寸應(yīng)滿足：腰部得到靠背的支撐；椅面前緣與小腿之間留有適當距離，以保證大腿肌肉不受擠壓，腿彎部分不受阻礙?？勘掣叨菵及寬度：靠背的高度和寬度與坐姿肩高和肩寬有關(guān)，對于汽車駕駛座椅靠背的高度應(yīng)采取高靠背，最好加靠枕?？勘硟A角α：靠背傾角是指靠背與椅面水平方向的夾角。椅面傾角β：指椅面與水平之間的夾角。主要考慮到為了防止人體臀部向前滑動而是椅面前緣向后傾。此角不易過大，否則會增加大腿下平面與座墊前緣的壓力，從而減少雙腳著地的負荷，阻礙血液循環(huán)，引起身心疲勞。通過以上座椅尺寸參數(shù)的確定，以保證駕駛員人體脊柱曲線更接近于正常生理脊柱曲線。舒適坐姿的各關(guān)節(jié)的角度應(yīng)該滿足圖3中所示的要求角度。（2）座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應(yīng)堅實平坦。太軟的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，從而導致腰酸背痛現(xiàn)象的產(chǎn)生。研究表明：過于松軟的椅面，使臀部與大腿的肌肉受