盧鴻劍

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司廣西柳州545007）

汽車(chē)座椅人機(jī)工程的設(shè)計(jì)分析

盧鴻劍

（上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司廣西柳州545007）

為了使得汽車(chē)座椅人機(jī)工程比較舒適，本文主要研究了汽車(chē)座椅的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)，針對(duì)現(xiàn)在在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)中所存在的一些問(wèn)題，力求找到具體的措施來(lái)解決此問(wèn)題，以此來(lái)推動(dòng)我國(guó)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。在進(jìn)行汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)人們的需求進(jìn)行，只有滿足了人們的需求，才會(huì)得以接受和暢銷(xiāo)，才會(huì)創(chuàng)造更多的財(cái)富。希望本文的研究有助于推動(dòng)汽車(chē)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

汽車(chē)座椅；人機(jī)工程；設(shè)計(jì)分析

前言

眾所周知，駕駛員在開(kāi)車(chē)時(shí)一直都是坐在座椅上的，因此，對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)，該汽車(chē)座椅的舒適性是極為關(guān)鍵的，在進(jìn)行汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)時(shí)，一定要本著科學(xué)性和人性化的要求，只有這樣，駕駛員在進(jìn)行開(kāi)車(chē)時(shí)，其動(dòng)作的實(shí)施都與該汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)是有關(guān)的。因此，在進(jìn)行汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)時(shí)，本著人機(jī)工程學(xué)，將汽車(chē)座椅與駕駛員完全融合起來(lái)，盡量避免交通事故的發(fā)生。

1 駕駛座椅對(duì)疲勞的影響分析

將設(shè)計(jì)出來(lái)的座椅來(lái)滿足人機(jī)工程學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)是利用人機(jī)工程學(xué)來(lái)設(shè)計(jì)汽車(chē)座椅的目的，所以說(shuō)，在一定程度上，對(duì)于汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)也是針對(duì)駕駛員的舒適性來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。可想而知，對(duì)于汽車(chē)座椅舒適性的影響因素有很多，以人機(jī)工程學(xué)原理為基礎(chǔ)，本著汽車(chē)座椅與人機(jī)工程的融合的思想，所以說(shuō)要對(duì)汽車(chē)座椅舒適性的影響因素進(jìn)行系統(tǒng)分析。汽車(chē)座椅的最終作用主體是駕駛員，也是對(duì)該座椅舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)的主體，評(píng)價(jià)方面主要包括心理因素和生理因素兩方面。

1.1 人體生理特性分析

對(duì)于人體的生理特性分析主要包括以下兩個(gè)方面：

（1）坐姿時(shí)脊柱的形態(tài)。當(dāng)人處于坐著的狀態(tài)時(shí)，是由脊柱、骨盆、腿和腳來(lái)支撐身體的，其中脊柱很關(guān)鍵。當(dāng)坐姿不同時(shí)，脊柱的形態(tài)也不同，所以說(shuō)，只有當(dāng)進(jìn)行座椅的設(shè)計(jì)時(shí)，力求座椅的結(jié)構(gòu)和尺寸使得駕駛員的脊柱形態(tài)是處于自然放松態(tài)的，那么駕駛員腰椎的負(fù)荷和腰背部肌肉的負(fù)荷才能大大減小，駕駛員才不容易感到疲勞。

（2）坐姿體壓分布，而對(duì)于坐姿體壓分布來(lái)說(shuō)，又包括坐墊上的體壓分布和靠背上的體壓分布兩部分。對(duì)于坐墊上的體壓分布來(lái)說(shuō)，對(duì)于人體來(lái)說(shuō)，最能忍受壓力的部分就是坐骨結(jié)節(jié)，而大腿下面則是不適合承受重壓的。所以說(shuō)，在進(jìn)行汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)時(shí)，也要根據(jù)不同部位承受不同壓力的特點(diǎn)，使得坐骨出可承受壓力最大，向其周?chē)来螠p少。對(duì)于靠背上的體壓分布來(lái)說(shuō)，其分布是不均勻的，在進(jìn)行座椅的設(shè)計(jì)時(shí)，可以主要集中在腰椎，其余部位壓力依次較少。

1.2 座椅對(duì)舒適性的影響

座椅對(duì)舒適性的影響主要包括以下四方面：①各部貼合度，只有當(dāng)座椅靠背的形狀和坐墊的形狀與大腿的底面的形狀和臀部的形狀相貼合時(shí)，這樣接觸面積和部位才容易改變，座椅的舒適性才有利于提高。②橫向穩(wěn)定性，當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎時(shí)，駕駛員要承受橫向加速度，相對(duì)應(yīng)的就要加高座椅的側(cè)面，用兩跨和大腿來(lái)承受壓力，這樣可使駕駛員身體保持平衡。③腰背支承度，應(yīng)該提供形狀和位置兩方面合適的支撐。④乘坐軟硬感，硬的座椅不容易使人產(chǎn)生疲勞，但與身體的貼合度差，也會(huì)使疲勞感增加。

1.3 環(huán)境分析

對(duì)于環(huán)境的分析主要包括振動(dòng)和溫濕度兩個(gè)方面，對(duì)于振動(dòng)來(lái)說(shuō)，其會(huì)影響身體的生物動(dòng)態(tài)反應(yīng)行為、生理反應(yīng)、性能減退和敏感度障礙等。座椅減震性差，容易引起疲勞，座椅表面的溫濕度也會(huì)影響人體的背部、臀部和下體部位的散熱性，如果溫濕度特性與人體生理機(jī)能不適時(shí)，則容易引起疲勞。

2 汽車(chē)座椅的人機(jī)工程設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)的綜合要求

在設(shè)計(jì)汽車(chē)座椅時(shí)要注意以下五個(gè)方面：①貼合感，要保證汽車(chē)座椅的靠背和座椅靠墊的形狀與駕駛員的身體貼合，包括后背、臀部和大腿等，都盡量使其貼合，只有這樣才能依據(jù)駕駛員的體型針對(duì)接觸面積進(jìn)行改良。②橫向穩(wěn)定性，在駕車(chē)的過(guò)程中，不可避免的是一定會(huì)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)彎路段，那么在轉(zhuǎn)彎時(shí)，必須承受橫向加速度，那么對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)，就會(huì)出現(xiàn)擺動(dòng)。所以說(shuō)，在轉(zhuǎn)彎時(shí)，要想保證駕駛員的穩(wěn)定性，要想使駕駛員的身體保持端正，那么就必須加高座椅的兩邊，在這種情況下，即使駕駛員要承受橫向加速度，那么他們的兩跨和大腿可以起作用，這樣就可以使得駕駛員的穩(wěn)定性得以保持。③腰背的支撐。在設(shè)計(jì)汽車(chē)座椅時(shí)的關(guān)鍵目標(biāo)是支撐駕駛員的腰部和背部，使駕駛員有一定的舒適度，盡量減少駕駛員身體的損傷。所以要進(jìn)行兩點(diǎn)支撐。④軟硬感，硬的座椅比軟的座椅在減輕駕駛員的疲勞感方面更有效果，但是也要綜合考慮汽車(chē)座椅與駕駛員的貼合度等來(lái)對(duì)座椅的軟硬進(jìn)行合理的控制，并不是一味的來(lái)設(shè)計(jì)硬座，以減少駕駛員的疲勞。⑤振動(dòng)的舒適性，在進(jìn)行座椅的設(shè)計(jì)時(shí)必須要充分考慮振動(dòng)的舒適性，這也是很關(guān)鍵的。

2.2 座椅的結(jié)構(gòu)參數(shù)

要想保證駕駛員在駕駛時(shí)，能有一個(gè)比較舒適的駕駛體驗(yàn)，那么對(duì)于汽車(chē)座椅來(lái)說(shuō)，其舒適性主要包括以下三個(gè)方面：①振動(dòng)的舒適性；②坐姿的舒適性；③操作的舒適性。其中，對(duì)于振動(dòng)的舒適性來(lái)說(shuō)，它是比較隨機(jī)的，不能夠根據(jù)尺寸參數(shù)來(lái)進(jìn)行汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)。但是，對(duì)于坐姿的舒適性，對(duì)于操作的舒適性來(lái)說(shuō)，它們都可以根據(jù)座椅的尺寸和結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)和調(diào)整，因此會(huì)有一個(gè)最適的狀態(tài)出現(xiàn)，能夠保證座椅的舒適度。對(duì)于汽車(chē)座椅的結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)說(shuō)，我們可以對(duì)于駕駛者在駕駛時(shí)的尺寸進(jìn)行測(cè)量，這樣的話效率會(huì)很高，也很方便。

下面來(lái)討論一下人體模板的應(yīng)用，進(jìn)行人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)的最普遍的方式是通過(guò)對(duì)于人體模板對(duì)汽車(chē)內(nèi)部環(huán)境來(lái)對(duì)參數(shù)進(jìn)行考察，通過(guò)這樣的方式，我們可以更好的了解汽車(chē)的有關(guān)的參數(shù)，這樣也有利于我們進(jìn)行汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)，進(jìn)行人機(jī)工程的設(shè)計(jì)。人體模板以真實(shí)的人體的人體參數(shù)為基礎(chǔ)的，其意義很強(qiáng)烈，而且，可以對(duì)人體特征和力學(xué)特征進(jìn)行很詳細(xì)的了解。所以說(shuō)，在進(jìn)行汽車(chē)座椅的人機(jī)工程的設(shè)計(jì)時(shí)，必須要讓設(shè)計(jì)人員充分了解相關(guān)的參數(shù)，只有這樣，才能進(jìn)行更好的設(shè)計(jì)出舒適型的汽車(chē)座椅，因此，從上面看來(lái)，人體模板的作用是很重要的。其中SEAJ826就是最常用的一種用于車(chē)身布置的手段。SEAJ826人體模板以人體的真實(shí)指標(biāo)為基礎(chǔ)，根據(jù)對(duì)于數(shù)據(jù)的分析和處理，使得能夠找到最標(biāo)準(zhǔn)的人體尺寸。然而再將此人體模板應(yīng)用到汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)工程中，那么就能得到其設(shè)計(jì)的效果，之后一定要對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行仔細(xì)的檢查，檢查過(guò)程中可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一部分問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后要有針對(duì)性的進(jìn)行不斷的不斷的需改，這樣的話，則更有益于汽車(chē)座椅人工設(shè)計(jì)的合理化與科學(xué)化。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于汽車(chē)座椅的人機(jī)工程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，主要是根據(jù)人體的模型來(lái)進(jìn)行的。

對(duì)于座椅的布置來(lái)說(shuō)，第一步要做的是將座椅與相關(guān)的操縱裝置的位置找好了，要通過(guò)最合適的人體坐姿和有關(guān)的人體參數(shù)，按照汽車(chē)座椅的舒適程度進(jìn)行調(diào)整，從而將其位置找出。第二步所要做的是要根據(jù)駕駛?cè)说纳聿膩?lái)選擇座椅的高度，來(lái)選擇座椅的寬度，來(lái)選擇座椅的深度，盡可能的使汽車(chē)座椅達(dá)到最舒適的狀態(tài)。最后一步是以人體模板為基礎(chǔ)，最終確定駕駛操作裝置的位置，要進(jìn)行一個(gè)一個(gè)的確定，這樣可以使得駕駛員與其周?chē)鸟{駛裝置都處于一個(gè)最合適的駕駛距離，能夠有利于駕駛員進(jìn)行駕駛活動(dòng)的操作，這樣的話，駕駛員在駕駛時(shí)，不僅能夠感受到駕駛的舒適性，同樣，也能保證駕駛的安全性。

對(duì)于座椅上的人體分布?jí)毫?lái)說(shuō)，身體上八成以上的重量都以臀部和背部的方式壓在了座椅上，這就是指人體在坐著時(shí)的人體分布?jí)毫?。在進(jìn)行汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)時(shí)，人體分布?jí)毫κ呛苤匾摹?/p>

對(duì)于座椅的靜態(tài)舒適性來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行汽車(chē)座椅的靜態(tài)舒適設(shè)計(jì)時(shí)，主要研究以下幾個(gè)要素：①左翼的形勢(shì)和尺度。②座椅設(shè)計(jì)時(shí)的科學(xué)性，一定要保證座椅是能夠調(diào)節(jié)的，這樣的話才有利于駕駛員根據(jù)坐姿不斷進(jìn)行調(diào)整。③以駕駛者的作業(yè)空間為基礎(chǔ)，來(lái)進(jìn)行座椅位置的選擇，要對(duì)駕駛室的環(huán)境進(jìn)行充分的考慮，要確保駕駛員的安全行駛。要想保證汽車(chē)座椅的靜態(tài)舒適性，也要充分考慮對(duì)于材料的選擇，可以選擇棉織品，其更耐磨，其使用時(shí)間更長(zhǎng)，其透氣性和彈性都很優(yōu)良。這些優(yōu)點(diǎn)足以讓我們選擇棉織品作為汽車(chē)座椅的材料。使用棉織品還有益于遇到突發(fā)情況時(shí)，使駕駛員的身形得到保持，使得駕駛員的安全性得到保證。

對(duì)于座椅的動(dòng)態(tài)舒適性來(lái)說(shuō)，其和振動(dòng)性能有很大的關(guān)系，其中包括有懸架的座椅系統(tǒng)，還有無(wú)懸架的座椅系統(tǒng)。要對(duì)坐墊的剛度，要對(duì)座椅結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行綜合的考慮，還要對(duì)阻力系數(shù)進(jìn)行充分的考慮，因?yàn)橛绊懫?chē)座椅動(dòng)態(tài)舒適性的最關(guān)鍵的因素就是剛度參數(shù)和阻力系數(shù)。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行座椅的人機(jī)工程設(shè)計(jì)時(shí)就是根據(jù)圖1的人體模板來(lái)進(jìn)行的。

3 總結(jié)

根據(jù)以上的分析來(lái)看，在設(shè)計(jì)汽車(chē)座椅時(shí)，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)，通過(guò)這樣的方式來(lái)設(shè)計(jì)汽車(chē)座椅時(shí)可以滿足人們的需求，也可以使得駕駛員在駕駛時(shí)能夠有一定的舒適性，能夠有一定的駕駛安全性，因?yàn)楫?dāng)前越來(lái)越多的使用數(shù)字化設(shè)計(jì)，我們運(yùn)用的人機(jī)工程學(xué)的原理也越來(lái)越精確，希望通過(guò)本文對(duì)于汽車(chē)座椅的人機(jī)工程學(xué)進(jìn)行的詳細(xì)研究可以對(duì)于以后汽車(chē)座椅的舒適性的進(jìn)一步提升具有重要的價(jià)值。

圖1 SAE J826人體模板

[1]趙吉強(qiáng).汽車(chē)座椅人機(jī)工程的設(shè)計(jì)研究[J].大眾汽車(chē)，2015（3）：87～88.

[2]趙天鵬，王淑芬，胡文文，等.汽車(chē)駕駛座椅的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師，2014（9）：92～94.

[3]張谷雨.基于人機(jī)工程學(xué)的汽車(chē)座椅舒適性研究[J].汽車(chē)與安全，2015（7）：100～105.

U463.836

A

1004-7344（2016）16-0312-02

2016-5-24

盧鴻劍（1982-），男，助理工程師，本科，主要從事汽車(chē)座椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析及汽車(chē)整車(chē)材料的研究工作。