汽車座椅抗疲勞設(shè)計研究

王耀西 劉文龍

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致疲勞加劇，最終引發(fā)危險事故?；诖耍疚木推囎慰蛊谠O(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：抗疲勞汽車座椅設(shè)計分析

人機工程學（Human Engineering）主要把人和環(huán)境作為系統(tǒng)的研究對象，運用心理學，環(huán)境學和生理學的相關(guān)知識，根據(jù)人和機械設(shè)備的工作特點，合理的分配人和機械設(shè)備在工作中所承擔的責任使之相互協(xié)調(diào)工作，并且為人創(chuàng)造最舒適的工作環(huán)境，使工作效率達到最大的綜合性學科。汽車座椅是否符合人機工程學的設(shè)計要求，不僅對汽車能否充分利用汽車空間，而且對汽車的性能和駕駛員舒適性具有重要的影響。因此，本文將從人機工程學的角度分析汽車座椅對駕駛員舒適性的影響，并從兩個方向（動態(tài)和靜態(tài)）論述汽車座椅的人機工程學設(shè)計。

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，導致交通事故的發(fā)生。

2 汽車座椅的人體工程學分析

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.設(shè)計分析

3.1幾何參數(shù)分析

座椅的設(shè)計參數(shù)主要包括舒適性參數(shù)和座椅幾何尺寸參數(shù)，座椅的舒適性參數(shù)（除去舒適性參數(shù)中的震動舒適性參數(shù)）主要有座椅的幾何尺寸參數(shù)決定。座椅舒適性主要由坐姿舒適性，操作舒適性和震動舒適性三部分組成。震動舒適性一般由汽車的主要材料和汽車設(shè)計所決定，操作舒適性和震動舒適性一般由座椅的幾何尺寸和空間大小決定。座椅的幾何尺寸可以由人體舒適性要求通過查相關(guān)文件和試驗測得。座椅幾何尺寸設(shè)計主要包括座椅的寬度，座椅和靠背的傾角，座椅的深度，座椅的高度，靠背的寬度和靠背的高度。[2]關(guān)于每一項幾何設(shè)計參數(shù)的定義在此不做詳細的說明，在這里只是提出每個幾何參數(shù)的設(shè)計要求：1在空間允許的條件下，座椅的寬度越寬越好2椅面深度應(yīng)該使人坐下后能夠滿足背部的受力要求3靠背的最小寬度不能夠小于駕駛員的肩寬4靠背的高度不能夠低于人體坐下的肩高5靠背傾角不能夠過大或者過小。

3.2靜態(tài)設(shè)計

座椅靜態(tài)舒適性的分析主要考慮一下幾項影響因素：1座椅的位置對操作人員操作操作方便性的影響2座椅的尺寸滿足人體空間活動的需求，且根據(jù)人體測量學的數(shù)據(jù)綜合分析所得3座椅的材料是否有利于散熱，是否能夠是人體感到舒適4座椅的具體形式和尺寸是否滿足功能的要求5座椅是否具有足夠的空間以滿足變換坐姿的需求。[3]

3.3動態(tài)設(shè)計

振動特性主要決定座椅的動態(tài)舒適性，其中對動態(tài)舒適性起決定性影響就是剛度參數(shù)和阻尼系數(shù)，這主要因為人機的共振頻率取決于剛度參數(shù)，座椅的振動衰減特性主要取決于阻尼系數(shù)。在駕駛員行駛的過程中受到的振動來源于三個方向，其中橫向振動對人的影響較大。這種振動主要通過座椅傳遞到人體的臀部，從而引起全身振動，導致共振。所以，在汽車座椅的動態(tài)設(shè)計中，應(yīng)盡量使人體敏感振動帶與座椅保持一定的距離。

4.汽車座椅舒適度研究

4.1汽車座椅舒適性設(shè)計的重要性

關(guān)于人機工程學在汽車座椅設(shè)計中的應(yīng)用，其可行性可以分為概念化階段、具體化階段、周詳設(shè)計階段及檢驗校核階段等多階段進行設(shè)計。

4.1.1概念化階段：整體設(shè)計的理念和宗旨，是保證今后具體設(shè)計得以順利進行的前提條件。對座椅設(shè)計概念化進行設(shè)定的過程，涉及座椅相關(guān)的功能、構(gòu)造和材料以及形狀等問題。

4.1.2具體化階段：按照在概念化階段設(shè)定的設(shè)計方案，解決座椅的構(gòu)造、功能和精致感問題并創(chuàng)造出其基本形狀；

4.1.3周詳設(shè)計階段：重點放在符合整體的外觀和核心架構(gòu)的設(shè)計上。產(chǎn)品的外觀、座椅的造型以及穩(wěn)定的構(gòu)造應(yīng)該既反映其精湛設(shè)計，又能實現(xiàn)人們對舒適性的要求，這就是汽車座椅設(shè)計的重點。

4.2座椅舒適度研究

座椅舒適度的指標.

根據(jù)人機工程學原理，為保證座椅的舒適度，針對靜態(tài)舒適度，設(shè)計中應(yīng)遵循以下原則：

4.2.1座椅尺寸用設(shè)計時的假人進行校驗；

4.2.2座椅應(yīng)可調(diào)節(jié)，能使駕乘者變換姿勢，并最大范圍滿足乘坐要求；

4.2.3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)。

上述各項指標應(yīng)通過不同的方法，根據(jù)人機工程學原理來設(shè)計和評價。其中座椅的幾何相關(guān)特性應(yīng)符合人體測量學特征。如座寬對應(yīng)人的臀寬，它的設(shè)計應(yīng)符合身材高大的人，適宜采用較大百分位的女性測量值為設(shè)計依據(jù)；靠背的尺寸與坐高及肩寬有關(guān)，舒適的靠背形狀與人體脊柱曲率有關(guān)等。壓力分布特征要符合人體坐姿：根據(jù)人體脊椎骨受力特征，座墊上合理的壓力分布應(yīng)是坐骨處最大，并向四周遞減，大腿部位壓力最??；靠背處腰椎部應(yīng)有強大的支撐，沿此向外逐漸減??；另外，左右兩邊壓力應(yīng)當對稱分布。

結(jié)語

汽車座椅通過人機工程學分析不僅可以提高座椅的舒適性還可以有效的降低駕駛員的疲勞感，減少交通事故發(fā)生率。由于掌握知識的現(xiàn)狀可能還存在許多的不足，如有問題還望大家共同探討。

參考文獻：

[1]李頻英.基于人機工程學的抗疲勞汽車座椅設(shè)計[J].科技創(chuàng)新導報，2012，22：47.

[2]田福松，羅龍飛.基于人機工程學的汽車座椅設(shè)計研究[J].農(nóng)機使用與維修，2014，10：26-27.