【正文】 座墊上的體壓分布。根據(jù)人體組織的解剖學(xué)特性可知，坐骨結(jié)節(jié)處是人體最能耐受壓力的部位，合于承重，而大腿下靠近表面處因有下肢主動(dòng)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，向四周逐漸減少，自大腿部位時(shí)壓力 降至最低值，這是座墊設(shè)計(jì)的壓力分布不均勻原則。圖14是較為理想的坐墊體壓分布線。圖14 體壓分布曲線人體結(jié)構(gòu)在骨盤下面有兩塊圓骨，稱為坐骨結(jié)節(jié)。如圖15所示。坐骨結(jié)節(jié)下面的底座呈近似水平時(shí)，可使兩坐骨結(jié)節(jié)外側(cè)的股骨處于正常的位置而不受過分的壓迫，如15（a）。當(dāng)坐面呈斗形時(shí)，會(huì)使股骨向上轉(zhuǎn)動(dòng)，這種狀態(tài)會(huì)使肘部和肩部受力，從而引起不舒服。所以在座椅設(shè)計(jì)中，斗形坐面是應(yīng)該避免的。圖15 座面對股骨的影響 當(dāng)坐姿腰弧曲線正常時(shí)，椎間盤上受的壓力均勻而輕微，幾乎無推力作用于韌帶，韌帶不拉伸，腰部無不舒適感，如圖16（a）所示。但是，當(dāng)人體處于前彎坐姿時(shí)，椎骨之間的間距發(fā)生改變，相鄰兩椎骨前端間隙縮小，后端間隙增大，如圖16（b）。這會(huì)引起腰部的不舒適感，長期積累作用，可造成椎間盤病變。圖16 不同坐姿時(shí)椎間盤受力分析坐姿人體測量尺寸是座椅靜態(tài)尺寸設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。與座椅設(shè)計(jì)相關(guān)的人體測量主要尺寸見圖17，具體測量數(shù)值如表18所示。圖17 對座椅設(shè)計(jì)有用的人體尺寸表18坐姿人體尺寸綜合來看，從坐姿生理學(xué)角度，應(yīng)保證要弧線正常，腰背肌肉處于松弛狀態(tài)，從上體通向大腿的血壓不受壓迫，保持血液正常循環(huán)。因此，最舒適的坐姿是臀部稍離靠背向前移，使上體略微向后傾斜，保持腿夾角在90度到115度之間，小腿向前伸，大腿與小腿，小腿與腳面之間也有合適的夾角。如圖19所示：圖19 大腿、小腿和腳面的夾角座椅及懸架等部件隔離、吸收、緩和、衰減行駛中所產(chǎn)生的各種沖擊和振動(dòng)激勵(lì)如果超出了人體承受振動(dòng)的舒適性界限，就會(huì)使人產(chǎn)生不舒服感。車輛駕駛員所受的機(jī)械震動(dòng)分為全局振動(dòng)和全身震動(dòng)兩大類。局部振動(dòng)是指作用于人體特殊部位（如頭部和四肢）的震動(dòng)，一般不會(huì)給駕駛員造成損害，但是對操縱的精確度有影響。全身震動(dòng)是指通過人體支撐表面作為整體傳給人體的震動(dòng)。車輛駕駛員承受的乘坐振動(dòng)屬于全身震動(dòng)，是對駕駛員可能造成嚴(yán)重傷害的主要震動(dòng)形式。人體承受全身震動(dòng)將產(chǎn)生機(jī)械的、生理、病理的和心理的效應(yīng)。乘坐振動(dòng)通過駕駛員的臀部、腰部傳給駕駛員，激起人體的全身震動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)激勵(lì)頻率接近人體的主要器官的固有頻率時(shí)，將引起相應(yīng)器官的共振而產(chǎn)生相對位移，從而使人感到不舒適。在正常重力情況下，人體對4～8Hz頻率的震動(dòng)的能量傳遞最大，其生理效應(yīng)也最大，稱為第一共振峰。10 12Hz的震動(dòng)頻率時(shí)出現(xiàn)第二共振峰，其生理效應(yīng)僅次于第一共振峰。在20 25Hz時(shí)出現(xiàn)第三共振峰，其生理效應(yīng)較第二共振峰稍低。以后隨著頻率的增高，震動(dòng)在人體內(nèi)的傳遞逐步衰減，其生理效應(yīng)也相應(yīng)減弱。如圖21所示。圖21 坐姿時(shí)人體對垂直振動(dòng)的傳遞率坐在駕駛座上的駕駛員承受垂直振動(dòng)時(shí)，人體各主要器官的固有頻率如圖22所示。圖22 人體器官的固有頻率 將人置于震動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行各種典型工況下的激振試驗(yàn)，測得人體的坐姿震動(dòng)特性如圖2225所示。圖23 人體坐姿承受垂直振動(dòng)的傳遞特性圖24 人體坐姿承受左、右水平振動(dòng)的傳遞特性圖25 人體坐姿承受前、后水平振動(dòng)的傳遞特性全身振動(dòng)引起的主訴癥狀及生理反應(yīng)與振動(dòng)頻率有關(guān)。低于10Hz的震動(dòng)，主要引起胸脯部不適；高于10Hz的振動(dòng)，引起頭部癥狀的增強(qiáng)。全身振動(dòng)英氣的生理效應(yīng)如圖26所示：圖26 全身振動(dòng)的生理效應(yīng)全身振動(dòng)最明顯的生理反應(yīng)時(shí)人體姿勢的變化，低頻高強(qiáng)度的振動(dòng)使人難以保持穩(wěn)定的姿態(tài)。研究表明，駕駛員?；嫉膬煞N職業(yè)?。何覆『图棺祿p傷。圖27為拖拉機(jī)駕駛員的胃病患病率。主要原因是因?yàn)榧眲〉某俗駝?dòng)對胃的消化功能產(chǎn)生了有害影響。圖27 拖拉機(jī)駕駛員的胃病患病率圖28為拖拉機(jī)駕駛員為脊椎病與年齡的關(guān)系。由此可以看出，駕駛員的脊椎畸形的發(fā)病率都很高，主要原因是因?yàn)轳{駛員承受劇烈的乘坐振動(dòng)和不方便的乘坐姿勢。圖28 拖拉機(jī)駕駛員脊椎患病率與年齡的關(guān)系實(shí)線——男人；虛線——女人對車輛駕駛員來說，乘坐振動(dòng)的心理效應(yīng)主要表現(xiàn)為操作能力的變化。讓人在座椅上用振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行各種典型情況下的激振試驗(yàn)，測得振動(dòng)對人的操作能力的影響如圖29至211所示。圖29 人體坐姿承受垂直振動(dòng)時(shí)的實(shí)力降低情況（a）加振中；（b）加振終了時(shí)210 人體坐姿承受水平振動(dòng)時(shí)腳踩加速踏板壓力保持不變的能力左邊—振動(dòng)頻率的影響；右邊—振動(dòng)加速度的影響圖211 坐姿人體承受垂直振動(dòng)時(shí)的平衡能力降低情況（a）加振時(shí)；（b）加振終了時(shí)圖212 人體坐姿承受橫向水平振動(dòng)時(shí)跟蹤誤差圖213 人體坐姿承受橫向水平振動(dòng)選擇時(shí)的反應(yīng)時(shí)間圖214 人體坐姿承受垂直振動(dòng)的手眼協(xié)調(diào)平均動(dòng)作時(shí)間根據(jù)受振者的感覺，《人體承受全身振動(dòng)的評價(jià)指南》即ISO2631—1982把振動(dòng)劃分為三個(gè)不同的認(rèn)為界限：（1）保持舒適性界限：在此振動(dòng)界限內(nèi)，沒有不舒服的感覺，受振者能順利的完成讀、寫、吃等動(dòng)作。（2）保持工作效率界限：在此振動(dòng)界限內(nèi)，操作人員能在規(guī)定的時(shí)間保持正常的工作效率。超過此界限，則因疲勞而降低工作效率。（3）保持健康與安全界限：它是身體所能承受振動(dòng)的上限。超過此界限將使受振者的健康受到損害。一般對于小轎車和旅游車，選取保持舒適性界限作為評價(jià)振動(dòng)舒適性的標(biāo)準(zhǔn)；對于拖拉機(jī)、工程機(jī)械和各種越野車輛，宜選擇保持工作效率界限作為評價(jià)振動(dòng)舒適性的標(biāo)準(zhǔn)。座椅空間位置設(shè)計(jì)就是為了達(dá)到操作舒適性的目標(biāo)，而進(jìn)行駕駛座椅空間位置設(shè)計(jì)以確保駕駛員有良好的視野，同時(shí)對汽車轉(zhuǎn)向盤、腳踏板等操作部件有恰當(dāng)?shù)牟僮饕缶嚯x，以達(dá)到操作舒適性的最終目的。好的駕駛設(shè)計(jì)必須要保證駕駛員在連續(xù)幾個(gè)小時(shí)操作的情況下，身體能夠得到很好的支持。并且座椅必須有額外的空間，允許駕駛員坐在座椅上的任一邊或改變在座椅上的角度，以便暫時(shí)使他的肌肉放松。確定駕駛座椅在車輛上的安裝位置之前，必須先確定坐著的駕駛員與座椅結(jié)構(gòu)的相對位置。美國汽車工程師協(xié)會(huì)SAE已將車輛駕駛座椅設(shè)計(jì)的參考點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)化，這個(gè)參考點(diǎn)稱為座椅標(biāo)志點(diǎn)，即SIP，其位置如圖31所示。圖31 人體H點(diǎn)與座椅標(biāo)志點(diǎn)之間的關(guān)系 圖32為轎車駕駛座椅的作業(yè)空間布置和尺寸推薦數(shù)據(jù)。圖33為載貨汽車的駕駛座椅的作業(yè)空間布置和尺寸推薦數(shù)據(jù)。圖32 轎車駕駛座椅的推薦設(shè)計(jì)圖33 載貨汽車的駕駛座椅的操作位置尺寸座椅尺寸設(shè)計(jì)的合適與否，直接影響到駕駛員能否有一個(gè)舒適而穩(wěn)定的坐姿和合適的操縱位置。座椅尺寸設(shè)計(jì)主要參數(shù)包括:椅面高度、寬度、深度、椅面傾角?？勘车母叨?、寬度和傾角。如圖41所示：圖41 座椅尺寸設(shè)計(jì)主要參數(shù)椅面高度A：為椅面前緣至駕駛員踵點(diǎn)的垂直距離。在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮到兩點(diǎn):椅面過高會(huì)使大腿肌肉受壓，椅面過低就會(huì)增加背部肌肉負(fù)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(jì)應(yīng)以滿足最寬人體需要為準(zhǔn)。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:腰部得到靠背的支承。椅面前緣與小腿之間留有適當(dāng)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。靠背傾角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(dòng)而是椅面前緣向后傾。此角不易過大，否則會(huì)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(fù)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42中所示的要求角度。圖42 舒適坐姿的關(guān)節(jié)角度現(xiàn)代汽車座椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由頭枕、靠背、座墊、滑道等總成組成。 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(shí)，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(shí)，可抑制乘員頭部后傾，防止或減輕頸部損傷。如圖43所示：圖43 汽車座椅的枕墊靠背的安全性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮靠背的強(qiáng)度、傾角、基本尺寸及其形狀?？勘车膹?qiáng)度設(shè)計(jì)不但應(yīng)該在“追尾”等后部碰撞時(shí)給乘員提供良好的保護(hù)，而且也要考慮側(cè)碰時(shí)對乘員的保護(hù)。而靠背傾角、基本尺寸及其形狀對尾部碰撞的嚴(yán)重程度有很大影響。依據(jù)靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證有靠背兩點(diǎn)支承即就是人體背部和腰部的合理支承。汽車座椅設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提供形狀和位置適宜的兩點(diǎn)支承，第一支承部位位于人體第5 一 6胸椎之間的高度上，作為肩靠。第二支承設(shè)置在腰曲部位，作為腰靠。肩靠能減輕頸曲變形，腰靠能保證乘坐姿勢下的近似于正常的腰弧曲線。如圖44所示： 圖44 汽車座椅的靠背  坐墊一般不會(huì)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(yùn)動(dòng)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(jì)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。為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應(yīng)堅(jiān)實(shí)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(dǎo)致腰酸背痛的現(xiàn)象的產(chǎn)生。研究表明間：過于松軟的椅面，使臀部與大腿的肌肉受壓面積增大，不僅增加了軀干的不穩(wěn)定性，而且不易改變坐姿，容易產(chǎn)生疲勞。如圖45所示：圖45 汽車座椅的坐墊座椅安全性設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性。主動(dòng)安全性是指汽車駕駛座椅防止事故的能力。汽車駕駛座椅的主動(dòng)安全性設(shè)計(jì)主要從減輕駕駛員的疲勞人手進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，以滿足主動(dòng)安全性要求。主動(dòng)安全性主要考慮合理的座椅尺寸設(shè)計(jì)、座墊上合理的體壓分布、靠背上理的體壓分布等為駕駛員提供一個(gè)舒適的作業(yè)環(huán)境，減輕駕駛員的疲勞，從而保證駕駛座椅主動(dòng)安全性的設(shè)計(jì)要求。被動(dòng)安全性是指事故發(fā)生時(shí)，保護(hù)乘員的能力。駕駛座椅作為安全部件，是汽車被動(dòng)安全性設(shè)計(jì)的主要考慮部件之一?？紤]提高駕駛員的人身安全性，汽車駕駛座椅被動(dòng)安全性設(shè)計(jì)目 標(biāo)為： ①在事故中要保證駕駛員處在自身的生存空間之內(nèi)，并防止其他車載體進(jìn)人到這個(gè)空間。②要保持駕駛員在事故發(fā)生時(shí)，保持一定的姿態(tài)，以使其他的約束系統(tǒng)能充分發(fā)揮其保護(hù)效能；③在事故中，使得事故后果對駕駛員的傷害降低到最小限度。目前采取的主要安全措施：提高座椅骨架強(qiáng)度，達(dá)到汽車駕駛座椅強(qiáng)度的要求值；設(shè)置座椅安全帶，使在緊急制動(dòng)或正面撞車時(shí)不致將駕駛員碰傷；達(dá)到一定的阻燃要求，坐墊和靠背材料應(yīng)達(dá)到汽車內(nèi)飾材料燃燒特性技術(shù)要求的規(guī)定。現(xiàn)在越來越多的汽車座椅都開始利用人機(jī)工程學(xué)的知識(shí)及其研究成果進(jìn)行設(shè)計(jì)了。只有從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā)，進(jìn)行汽車駕駛座椅的設(shè)計(jì)，才能使駕駛座椅具有良好坐姿舒適性、振動(dòng)舒適性、操作舒適性及安全性。參考文獻(xiàn)：【1】周一鳴，毛恩榮.《車輛人機(jī)工程學(xué)》，北京理工大學(xué)出版社，1999.【2】丁玉蘭.《人機(jī)工程學(xué)》，北京理工大學(xué)出版社，2004.【3】許 英，機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，第21卷第1期.【4】朕 ，汽車科技1995（6）.【5】，國外鐵道車輛，1995年第一期.【6】穆春虹，科技論壇，第15卷第2期.【7】馮飛燕，機(jī)械管理開發(fā)，第25卷第3期，2010（6）.