【正文】 特性，許多測(cè)量和研究結(jié)果基本一致。 靜態(tài)舒適性座椅與人體的匹配關(guān)系和為乘員提供坐資的舒適程度，稱為靜態(tài)舒適性。(1) 人機(jī)工程學(xué)[1]與H點(diǎn)在汽車駕駛室里駕駛者和儀表盤、方向盤、變速箱操縱桿、手剎拉桿、座椅及踏板之間構(gòu)成了人機(jī)界面，這就要求設(shè)計(jì)者要充分的考慮人機(jī)工程的因素以保證駕駛員能方便地操作，使車輛安全行駛，并保證人體經(jīng)常處于良好的姿勢(shì)狀態(tài)，以緩解疲勞。通常在做汽車總布置設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)一系列的約束條件，最終確定假人的H點(diǎn)，從而確定假人的坐姿。人體工程學(xué)對(duì)座椅的舒適性提出了具體的要求：①座椅的尺度必須參照人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)確定；②座椅可適當(dāng)調(diào)節(jié)，以滿足坐姿變換；③座椅的位置要與其作業(yè)空間相協(xié)調(diào)，便于人員作業(yè)。人體姿勢(shì)由相鄰關(guān)節(jié)的距離及每個(gè)關(guān)節(jié)的角度來(lái)確定。在關(guān)節(jié)角度可變范圍內(nèi)存在改變的最佳區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)人不易疲勞?！?15176。為了使不同身高的駕駛員獲得良好的靜態(tài)舒適性，并自如地進(jìn)行操作，必須使座椅的尺寸合適、駕駛位置合理，通常對(duì)于座椅來(lái)說(shuō)，以下外形尺寸必須在規(guī)定的范圍之內(nèi)：①坐墊深度。因此，坐墊深度一般取400～500mm；②坐高。因此，坐墊高度一般以取350～400mm為宜，最低不小于300mm，最高不大于400mm；③坐墊角度及靠背與坐墊的夾角。為宜。因此，一般靠背部設(shè)計(jì)成可調(diào)，使其后傾，以增大軀干和大腿之間的夾角。范圍內(nèi)為宜；④坐墊寬度。靠背與坐墊的寬度可以相同，也可以比坐墊稍窄些，但太窄會(huì)破壞座椅的整體造型，為了造型美觀及不影響上肢活動(dòng)而設(shè)計(jì)成上窄下寬的外型。(3) 體壓分布與測(cè)量人坐在座椅上時(shí)，人體重力作用在坐墊和靠背上，其壓力分布情況稱為體壓分布。人就坐時(shí)，身體重量的大部分（約80%）經(jīng)過(guò)臀部、背部隆起部分及其附著的肌肉壓在座椅面上。通過(guò)某公司開(kāi)發(fā)的一款汽車座椅的體壓分布平面圖和立體圖，我們可以了解整個(gè)人體壓力狀況比較合理，接觸面積大，左右平均度好，無(wú)明顯的硬塊。操作舒適性所要研究和解決的問(wèn)題主要是車輛駕駛員室、駕駛員、座椅、操縱裝置、顯示裝置、車外視野的合理匹配。座椅動(dòng)態(tài)舒適性是指人體處于振動(dòng)環(huán)境中所感受到主觀上的相對(duì)舒適程度。人體在振動(dòng)環(huán)境中會(huì)加速疲勞過(guò)程，當(dāng)振動(dòng)環(huán)境中的振動(dòng)特性處于人體神經(jīng)系統(tǒng)的敏感區(qū)域時(shí)，這種刺激頻繁傳入大腦皮質(zhì)，引起大腦皮持細(xì)胞興奮。 汽車座椅舒適性研究現(xiàn)狀早在20世紀(jì)70年代，國(guó)外的許多汽車生產(chǎn)廠家就已經(jīng)注意到駕駛室設(shè)計(jì)的舒適性對(duì)汽車車輛作業(yè)效率的影響，人們開(kāi)始將人機(jī)工程學(xué)理論應(yīng)用于汽車座椅的設(shè)計(jì)上。近年來(lái)，國(guó)外開(kāi)發(fā)研究了舒適性較高的汽車駕駛室。這都體現(xiàn)了人機(jī)工程學(xué)上最佳的宜人性設(shè)計(jì)的原則。早在20世紀(jì)40年代，國(guó)外學(xué)者就對(duì)乘坐舒適性開(kāi)始了研究。到20世紀(jì)70年代，涌現(xiàn)出了以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 2631為代表的大量研究成果，并在不斷完善，成為評(píng)價(jià)舒適性的方法及依據(jù)。隨著人們對(duì)座椅舒適性的要求不斷提高，以及科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)肯，國(guó)外加強(qiáng)了對(duì)新型減振座椅的研究，在機(jī)械減振座椅出現(xiàn)的基礎(chǔ)上，于20世紀(jì)90后代開(kāi)發(fā)出了空氣懸掛式座椅，極大地提高了載貨汽車及大客車駕駛員座椅的動(dòng)態(tài)舒適性。當(dāng)前，美國(guó)ROHO集團(tuán)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種車用充氣坐墊，可以有效地提高駕駛員乘坐的舒適性。這極大的推動(dòng)了國(guó)產(chǎn)汽車舒適性方面的設(shè)計(jì)和制造水平。我國(guó)對(duì)汽車座椅動(dòng)態(tài)舒適性的研究起步較晚，相對(duì)落后。在此期間，洛陽(yáng)拖拉機(jī)研究所等對(duì)礦用車和拖拉機(jī)用的剪式懸掛座椅（帶減振器、金屬?gòu)椈桑┻M(jìn)行了研究，并取得了一定的成果，另外清華大學(xué)等也同時(shí)開(kāi)展了對(duì)人體振動(dòng)模型的研究。鑒于此，急需投入一定的技術(shù)力量，以有效地開(kāi)展適合我國(guó)現(xiàn)狀的座椅動(dòng)態(tài)舒適性研究工作。開(kāi)展人機(jī)工程學(xué)研究，并將其研究成果應(yīng)用到國(guó)內(nèi)汽車座椅設(shè)計(jì)中，對(duì)提高汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義。 汽車座椅動(dòng)態(tài)模型從汽車整體上，在舒適性和安全性等方面研究很成熟。我們知道，任何控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都依賴于描述真實(shí)系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確性，常見(jiàn)的汽車數(shù)學(xué)模型有三種：僅考慮汽車車輪和懸架系統(tǒng)的自由度（前后輪、前后懸架）的1/2（將車輛視為左右對(duì)稱）車輛模型；在1的基礎(chǔ)上增加座椅和乘員的自由度車輛模型；以及在2的基礎(chǔ)上增加發(fā)動(dòng)機(jī)的自由度車輛模型。在對(duì)這三個(gè)模型的分析設(shè)計(jì)中，都力求從各個(gè)模型分析中得到的固有頻率都能有效的避開(kāi)人體敏感頻率48Hz。因此為了汽車的減振而提高人體的舒適性，人們?cè)谄噾壹苌习惭b各種各樣的減振彈簧、減振液壓系統(tǒng)以及空氣彈簧等，控制汽車的固有頻率并增加阻尼，從一定程度上提高了人體的舒適性。而汽車座椅是與人體直接相接觸的部位，研究汽車座椅的減振性將直接影響乘員乘坐的舒適性?，F(xiàn)在越來(lái)越多的人將目光轉(zhuǎn)移到直接研究汽車座椅上來(lái)：研究座椅懸架系統(tǒng)，采取切實(shí)可行的技術(shù)措施隔離由于地面激勵(lì)引起的通過(guò)汽車輪胎和懸架傳給汽車座椅的振動(dòng)，從而改變傳遞到人體的振動(dòng)。影響駕駛疲勞的振動(dòng)主要是行駛中車輛的隨機(jī)振動(dòng)和車輛。振動(dòng)通過(guò)座椅傳遞到人體的臀部、背部而引起的全身性振動(dòng)。 在座椅設(shè)計(jì)中可采取的措施有：減小座椅共振頻率，降低座椅10Hz附近振動(dòng)傳遞率，以減輕彈簧一下的共振的印象和減少來(lái)自座椅靠背的高頻振動(dòng)；把路面輪胎、減震懸掛、座椅人體三者看作一個(gè)整體大動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，尋求在各個(gè)路面隨機(jī)輸入情況下，乘員不易疲勞的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。從汽車座椅舒適性的局部研究來(lái)看，人們對(duì)于汽車座椅提出了很多的動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)人體測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行座椅結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)，進(jìn)行了很有成效的研究?！叭艘蜗到y(tǒng)”的垂直方向上的單自由度模型：僅考慮地面不平等引起的振動(dòng)傳給汽車然后傳給座椅的垂直方向上的振動(dòng)（垂直方向的振動(dòng)比其它方向的分量要大，且座椅對(duì)各方向的動(dòng)態(tài)參數(shù)是獨(dú)立的），并將人體簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)單的剛性質(zhì)量塊。經(jīng)過(guò)分析，該模型結(jié)果與實(shí)際人體在座椅上的試驗(yàn)結(jié)果相比較存在很大的差異：用剛性質(zhì)量塊代替人體作試驗(yàn)得到的座椅傳遞函數(shù)的峰值比實(shí)際人體測(cè)得的座椅傳遞函數(shù)峰值要高，而且峰值頻率也高。由于人體內(nèi)部阻尼的作用，使整個(gè)座椅系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的峰值有峰值頻率大大降低。由于振動(dòng)對(duì)人體最有害的頻率范圍，在垂直方向?yàn)?8Hz，正好是人體內(nèi)臟器官的共振頻率，因此在座椅設(shè)計(jì)時(shí)為了保證振動(dòng)對(duì)人體最敏感的頻率的振動(dòng)能進(jìn)行有效的衰減，座椅系統(tǒng)（包括人體）的固有頻率常常設(shè)計(jì)成小于3Hz，而汽車車身的固有頻率常常為24Hz。所以在座椅動(dòng)態(tài)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)該充分考慮人體的非剛體特性。這樣，在“人椅系統(tǒng)”模型設(shè)計(jì)上增加了人體的剛度和阻尼。因此該模型更接近于實(shí)際應(yīng)用?！叭梭w座椅”模型的建立主要研究座椅的振動(dòng)性能對(duì)人體舒適度的影響，進(jìn)而采取相應(yīng)的措施降低振動(dòng)，提高舒適性。我國(guó)已經(jīng)有了自己的人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)：GB1000088，中國(guó)成年人人體尺寸。座椅的靜態(tài)舒適性設(shè)計(jì)須考慮的因素很多，設(shè)計(jì)中應(yīng)突出以下幾點(diǎn)。椅面高度在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮兩點(diǎn)：椅面過(guò)高會(huì)使大腿肌肉受壓，椅面過(guò)低就會(huì)增加背部肌肉負(fù)荷。椅面深度其尺寸應(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。椅面傾角主要考慮為防止人體臀部向前滑動(dòng)，此角不易過(guò)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。座椅材料是座椅的主要減振元件，為使座椅獲得較低的振動(dòng)傳遞率，應(yīng)使座椅有較高的振動(dòng)舒適性，必須采用合適的座墊和靠背減振材料，并根據(jù)駕駛室的微氣候環(huán)境，調(diào)整座椅表面的溫濕度特性調(diào)節(jié)人體代謝，以達(dá)到減輕疲勞的目的。汽車座椅上的許多調(diào)節(jié)功能都能在一定程度上保持人體主要關(guān)節(jié)處于舒適的角度。乘員以自己的意愿將座椅調(diào)整到適宜位置入座后，“H點(diǎn)”的水平移動(dòng)量和垂直移動(dòng)量之間的關(guān)系反映了乘員座椅前后調(diào)節(jié)量與上下調(diào)節(jié)量之間的關(guān)系。研究“H點(diǎn)”的位置（真實(shí)人體乘坐在汽車座椅上時(shí)“H點(diǎn)”的位置）能更準(zhǔn)確的了解人體處于復(fù)雜環(huán)境（隨機(jī)不平的路面?zhèn)鹘o汽車座椅的垂直振動(dòng)分量在人體上所引起的不舒適性）時(shí)所感覺(jué)到的舒適度指標(biāo)。因?yàn)椋核桥c操作方便性及乘坐舒適性有關(guān)的車內(nèi)尺寸的基準(zhǔn)點(diǎn)；它是確定駕駛員視野的基準(zhǔn)點(diǎn)；它影響到駕駛員手伸及界面。大量文獻(xiàn)研究表明，汽車座椅的位置與座椅的“H點(diǎn)”高度密切相關(guān)，駕駛室內(nèi)的所有參數(shù)，沒(méi)有一個(gè)能與座椅“H點(diǎn)”高度更密切相關(guān)了。根據(jù)人體關(guān)節(jié)舒適性要求可以得出不同百分位人體模型“H點(diǎn)”高度（跨點(diǎn)距腳踝的垂直距離：Z）與該水平位置（跨點(diǎn)距腳踝的水平距：X）之間的關(guān)系。僅僅根據(jù)人體尺寸并不能全面了解人體疲勞機(jī)理，不能在振動(dòng)環(huán)境中有效的分析脊柱曲線（與人的臉等一樣，不同人體有不同的脊柱曲線）與脊柱受力情況，以及脊柱在日常生活中所表現(xiàn)出來(lái)的作用，不了解脊柱變形所產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)；不正確的坐姿使椎間盤離開(kāi)正常位置，因?yàn)榉钦５膲毫捌涑志眯栽斐勺甸g盤突出；壓迫血管和神經(jīng)；肌肉疲勞等等，這樣而設(shè)計(jì)的汽車座椅并不能滿足大多數(shù)乘員舒適坐姿的需要。目前人們研究較多的人體模型是SAE簡(jiǎn)化了的人體模型，但實(shí)際中我國(guó)人體數(shù)據(jù)與SAE的簡(jiǎn)化人體模型相比，差異很大： SAE中對(duì)“H點(diǎn)”作用的影響中將X表示為Z的線性關(guān)系，沒(méi)有考慮到坐墊的傾角、座椅靠背的傾角、方向盤的直徑與傾角、司機(jī)的視野要求、操作輕便性要求等，實(shí)際上“H點(diǎn)”是在多因素約束下的區(qū)域，不是高度的線性關(guān)系，因而不能反映“H點(diǎn)”的真實(shí)位置； SAE中計(jì)算式是將踝關(guān)節(jié)角度固定在87176。因此，按照SAE標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)出來(lái)的汽車座椅將比適合于中國(guó)人體要求的座椅尺寸偏大，相應(yīng)的也不能適應(yīng)大多數(shù)人的乘坐舒適性的要求，應(yīng)該根據(jù)我國(guó)具體的人體尺寸進(jìn)行座椅的設(shè)計(jì)和制造。從生理學(xué)角度出發(fā)，站立的人從踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)到臀部都有一些肌肉處于靜態(tài)受力狀態(tài)，一旦就坐，就會(huì)解除這部分肌肉的負(fù)荷，從而降低了人體的能耗、減輕了血液負(fù)擔(dān)，因而在座椅設(shè)計(jì)中就要考慮這些問(wèn)題。乘員乘坐在座椅里時(shí)，為了保持乘坐姿勢(shì)，座椅對(duì)乘員身體支撐部分壓力的大小分布稱為體壓分布。根據(jù)人體組織的解剖特性可知，坐骨結(jié)節(jié)粗壯，分布的血管和很少，能承受比其周圍肌肉更大的壓力，因此坐骨結(jié)節(jié)處是人體最能承受壓力的部位，適合于承重，而大腿下表面處因有下肢主動(dòng)脈和神經(jīng)系統(tǒng)分布，壓力過(guò)大會(huì)影響血液循環(huán)和神經(jīng)傳導(dǎo)而感到不適，故不宜承受重壓。理想的坐墊體壓分布曲線見(jiàn)圖11（圖中封閉曲線為等壓力線，數(shù)值的壓力為102Pa），這種情況使得座椅要有振動(dòng)舒適性、坐墊與靠背要有軟硬感。此夾角還可以防止車輛進(jìn)行過(guò)程中乘員臀部向前滑動(dòng)的趨勢(shì)，減少因肌肉靜力收縮來(lái)防止這一滑動(dòng)趨勢(shì)而造成的生理和心理上的疲勞。另外，為了使腹部與大腿之間的血管不受壓迫且血流通暢，軀干與大腿之間應(yīng)保持一鈍角：90～115176。但靠背角過(guò)大，會(huì)使乘員起坐不方便，并有使頸椎向前彎曲上抬的趨勢(shì)，會(huì)造成頸部疲勞以及心理上的不舒適和疲勞感，還會(huì)影響汽車內(nèi)有效面積的合理使用。同時(shí)小腿可前伸，保持大腿與小腿、小腿與腳之間達(dá)到105～115176。設(shè)計(jì)差的座椅，在坐骨結(jié)節(jié)之外出現(xiàn)了峰值壓力，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)左右不對(duì)稱、不協(xié)調(diào)的壓力分布。若體壓分布不合理，會(huì)使局部壓力過(guò)大，出現(xiàn)血液循環(huán)不暢、局部麻木的現(xiàn)象等，加速疲勞，所以要充分注意。同時(shí)，體壓由坐墊與靠背的形狀和硬度分布來(lái)保證。 維持脊柱正常的生理彎曲根據(jù)人機(jī)工程學(xué)理論，首先腰椎承受人的上體全部質(zhì)量，同時(shí)承受因汽車振動(dòng)等而產(chǎn)生的沖擊載荷：如果不正確的坐姿使腰部脊椎[5]超出正常生理彎曲弧形，將會(huì)產(chǎn)生附加的椎間盤壓力，腰椎部分最容易受到損傷。骶骨由融合的脊椎段組成，通過(guò)骶骨關(guān)節(jié)與骨盆上的髂骨相連。骨盆的每一側(cè)由3塊融合在一起的骨頭組成，形成剛性非常大的骨組織。當(dāng)人從腰部向前彎曲時(shí)，通常認(rèn)為腰椎是彎曲的，脊椎向前彎曲的程度稱為“彎曲度”。人體站立時(shí)，脊柱呈彎曲狀，稱為脊柱的正常生理彎曲。其中，頸曲和腰曲凸向前，胸曲和骶曲凸向后。這樣的結(jié)構(gòu)不僅可以減輕振蕩、有效地保護(hù)臟器，而且還能承受較大的負(fù)荷，滿足人類生活和勞動(dòng)的需要。脊柱的這種彎曲形狀使椎間盤之間具有最佳的壓力分布以及最佳椎骨間肌肉靜態(tài)負(fù)荷水平。椎管是由連續(xù)的椎骨及椎孔形成。椎間盤在力的作用下會(huì)發(fā)生變形，它為脊椎提供了彈性和運(yùn)動(dòng)能力。為了維持人體的某種姿勢(shì)，往往要靠肌肉纖維的交替收縮以保持一定的張力，肌肉使脊柱具有運(yùn)動(dòng)功能并保持相對(duì)穩(wěn)定。氧氣是維持人體各項(xiàng)功能的基礎(chǔ)，它為呼吸提供了必要的姿勢(shì)。圖14 椎間盤受力及壓迫脊椎神經(jīng)末梢圖示 橫向振動(dòng)的抵抗能力由于椎間盤有較大的壓縮潛力和很好的彈性，所以，脊柱能忍受較強(qiáng)的縱向振動(dòng)。因此，人體脊柱忍受橫向力的能力很低。人機(jī)工程學(xué)作為一門新興的學(xué)科，在它自身的發(fā)展過(guò)程中，有機(jī)地吸收和融合各相關(guān)學(xué)科的理論，不斷地完善本學(xué)科的基本概念、理論體系、研究方法、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。(1) 建立人椅系統(tǒng)三自由度模型，根據(jù)我國(guó)實(shí)際需求，結(jié)合ISO 2631對(duì)該模型進(jìn)行人體振動(dòng)舒適性的定量評(píng)價(jià)。(2) 根據(jù)人體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，建立人體坐姿模型和數(shù)學(xué)模型，以人體各關(guān)節(jié)的舒適活動(dòng)角度為約束條件，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)繪制小身材女性、中等身材男性和大身材男性駕駛員舒適駕駛位置時(shí)的H點(diǎn)區(qū)域圖，為座椅的布置和調(diào)整提供理論依據(jù)。根據(jù)測(cè)量的脊椎數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)座椅的結(jié)構(gòu)尺寸，以滿足乘員乘坐的舒適性要求。不同的心理品質(zhì)和身體素質(zhì)，對(duì)振動(dòng)的敏感程度也不同。對(duì)振動(dòng)舒適性的評(píng)價(jià)可分為：“沒(méi)有不舒適”、“少許不舒適”、“有點(diǎn)不舒適”、“不舒適”、“非常不舒適”及“極不舒適”等。如果把產(chǎn)生同樣的舒適性的各點(diǎn)連接起來(lái)，即可繪制出人體對(duì)振動(dòng)反應(yīng)的等舒適性曲線。并對(duì)舒適評(píng)價(jià)進(jìn)行分類：(1) 保持舒適性界限（或稱降低舒適性界限）：在此振動(dòng)界限內(nèi)，沒(méi)有不舒適的感覺(jué)，受振動(dòng)者能順利完成讀、寫、吃等動(dòng)作；(2) 保持工作效率界限（或稱疲勞——降低功效界限）：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。（當(dāng)駕駛員承受的振動(dòng)強(qiáng)度在此界限內(nèi)，能準(zhǔn)確靈敏地反應(yīng)，正常地進(jìn)行駕駛）；(3) 保持健康與安全界限（或稱受振極限）：它是人體所能承受振動(dòng)的上限，超過(guò)此界限將使乘員的健康受到損害。其中圖a、圖b分別表示垂直振動(dòng)和水平振動(dòng)在各種受振持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持工作效率界限（或疲勞——降低功效界限，簡(jiǎn)稱FDP限）圖線，圖中橫坐標(biāo)是振動(dòng)頻率（Hz），縱坐標(biāo)是振動(dòng)加速度有效值（m/s2）,都采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)。從圖中可以看出，在每一條表示界限的圖線上，到達(dá)規(guī)定的同一受振持續(xù)時(shí)間，在不同的頻率時(shí)的振動(dòng)加速度有效值是不同的，