汽車座椅抗疲勞設(shè)計研究

孫環(huán)

摘 要：疲勞駕駛是引發(fā)交通事故的重要原因。疲勞駕駛的出現(xiàn)，一方面是由于汽車駕駛員休息時間不足，另一方面是由于不合理的駕駛姿勢導(dǎo)致疲勞加劇，最終引發(fā)危險事故?；诖?，本文就汽車座椅抗疲勞設(shè)計展開分析和探討，并提出汽車座椅抗疲勞設(shè)計的思路和方法，以提高駕駛員的駕駛體驗，保障交通安全。

關(guān)鍵詞：汽車座椅；抗疲勞；舒適

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.187

1 駕駛疲勞的成因

汽車駕駛是一項考驗?zāi)X力和體力的勞動。在汽車駕駛過程中，駕駛員不但需要大量的體力勞動來保持汽車的正常運轉(zhuǎn)和行駛，同時還需要保持足夠清醒的頭腦和集中的注意力，以應(yīng)對駕駛過程中可能會出現(xiàn)的各種情況。長時間處于這種狀態(tài)下，神經(jīng)系統(tǒng)高度緊張，身體姿勢長期保持，駕駛員很容易產(chǎn)生一定的疲勞感，從而造成疲勞駕駛。在疲勞駕駛狀態(tài)下，駕駛員的注意力容易被分散，意志也會被削弱，反應(yīng)速度隨之減慢，對外界信息的接收能力下降。這種情況下，駕駛員極易產(chǎn)生操作上的失誤，導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。

2 汽車座椅的人體工程學(xué)分析

2.1 人體坐姿生理特性

不理想的坐姿，會形成駕駛員不合理的脊柱形態(tài)，在這種狀態(tài)下長期駕駛，容易造成腰椎負荷和肌肉負荷的加大，從而使駕駛員產(chǎn)生疲勞感。探索研究合適的座椅結(jié)構(gòu)并進行尺寸設(shè)計，能使駕駛員保持合理的脊柱形態(tài)，有效緩解疲勞感。

駕駛員處于坐姿狀態(tài)下，其身體重量所產(chǎn)生的壓力由坐墊和靠背分擔。如果體壓分布不合理，集中對肩胛骨和腰椎部位施以壓力，就會導(dǎo)致駕駛員背部不適，同樣會產(chǎn)生較大的疲勞感。

2.2 環(huán)境分析

振動會對駕駛員產(chǎn)生較大影響。振動所造成的影響主要體現(xiàn)為局部的生物動力學(xué)反應(yīng)、生理反應(yīng)以及人體機能的減退等，這對于駕駛員而言是非常嚴重的。如果外界所產(chǎn)生的振動接近器官的共振頻率，振幅就會迅速增大，此時駕駛員自身的器官生理反應(yīng)將會達到最大，極易出現(xiàn)視覺作業(yè)效率下降和動作準確度下降等現(xiàn)象。

此外，溫濕度也會對駕駛員疲勞感造成一定影響。人體處于高溫、高濕環(huán)境中時，會感受到不適，具體表現(xiàn)為四肢乏力、精力不集中等。在駕駛過程中，如果座椅無法提供舒適的溫度和濕度環(huán)境，那么人體可能會產(chǎn)生不適感，從而加劇疲勞。

3 汽車座椅抗疲勞設(shè)計思路及方法

3.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)

汽車座椅的結(jié)構(gòu)參數(shù)，需要從振動、坐姿、操作舒適度等幾個方面分析：首先，汽車座椅尺寸，決定了駕駛員的坐姿和操作舒適度。汽車座椅的尺寸設(shè)計參數(shù)主要包括椅面高度、寬度、深度等。椅面的高度定義為椅面前緣到駕駛員踵點的垂直距離。從駕駛員的駕駛姿勢來看，設(shè)計中必須要考慮座椅角度對腿部肌肉的影響。在座椅寬度方面，一般認為在車內(nèi)空間允許的情況下，座椅應(yīng)該越寬越好，這樣更有利于駕駛員調(diào)整和變換姿勢。椅面深度，是指椅面前緣到靠背前面的水平距離。座椅深度決定了人體腰部所受到的靠背支撐度，以及腿部的彎曲舒適度。靠背高度和寬度，與駕駛員的坐姿肩高和肩寬有關(guān)。在設(shè)計過程中，應(yīng)該綜合考慮駕駛員的個體差異，并盡量采取高靠背的設(shè)計。

3.2 靜態(tài)舒適性設(shè)計

座椅靜態(tài)舒適性設(shè)計需要堅持以下幾個原則：

（1）座椅的結(jié)構(gòu)和尺寸與其功用有關(guān)；（2）座椅的尺寸必須參照人體測量學(xué)數(shù)據(jù)；（3）座椅可適當調(diào)節(jié)，以滿足駕駛坐姿的調(diào)整；（4）座椅所應(yīng)用的材料應(yīng)該滿足人體舒適度需求；（5）座椅的位置要與其駕駛空間相匹配。

在座椅的靜態(tài)舒適性設(shè)計中，應(yīng)進行生物坐姿力學(xué)分析，研究表明，坐姿時將臀部稍離靠背往前移，使上體向后微微傾斜是最為舒適的姿勢。同時，軀體的大腿、小腿和腳掌也應(yīng)保持一定的角度。（如圖1所示）

與此同時，座椅的靜態(tài)舒適性設(shè)計還應(yīng)考慮駕駛者的心理空間感，一般來說，駕駛者希望有較大的空間感，狹窄的空間會使駕駛者產(chǎn)生回避反應(yīng)，加快心理疲勞，故通常座椅空間要大于操作空間。最后，座椅的靜態(tài)舒適性設(shè)計還要考慮溫濕度、材質(zhì)。例如使用透氣性較好的材料，增強座椅透氣性；使用主動通風式座椅，消除駕駛者產(chǎn)生的熱量，減輕駕駛疲勞。

3.3 動態(tài)舒適性設(shè)計

在駕駛過程中，駕駛員主要受到橫向、縱向及垂直方向的振動力，這些振動通過座椅傳遞給駕駛員，引起其全身性振動，因此，汽車座椅的動態(tài)舒適性設(shè)計必須減輕駕駛者受到的振動。在設(shè)計中，主要可以采取以下措施：

（1）降低座椅共振頻率，尤其是降低對人體影響最大的高頻區(qū)；

（2）降低共振的傳遞率，主要是彈簧以下的共振，以及來自靠背的振動；（3）將路面—輪胎、懸架、座椅—駕駛者看作一個整體力學(xué)系統(tǒng)，在協(xié)調(diào)各方的情況下使駕駛員不易感受到疲勞。最后，汽車座椅要與汽車其他減振系統(tǒng)相匹配，使駕駛員處于最合適的減振環(huán)境中，從而減少駕駛員的疲勞感。

4 結(jié)束語

汽車座椅的舒適性是關(guān)系到駕駛員駕駛體驗的關(guān)鍵因素，也是汽車產(chǎn)品人體工程學(xué)設(shè)計的重要方面，在設(shè)計中，設(shè)計者要熟練應(yīng)用人機工程學(xué)理論和生物力學(xué)理論，最大化地提高汽車座椅的舒適性與安全性，提高設(shè)計水平，創(chuàng)造出更適合人類使用的汽車，將座椅的人機效能發(fā)揮到最高水平。

參考文獻：

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