山西中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院　　劉一雄　王凡

一種符合人體特征的駕駛室座椅舒適性設(shè)計(jì)

山西中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院劉一雄王凡

確保駕駛員正確的坐姿以及滿意的舒適度，對(duì)駕駛室座椅的尺寸進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)具有極其重要的意義。一個(gè)性能良好的座椅，首先必須滿足我國(guó)成年人的人體尺度，其次要選擇合適密度的材質(zhì)，再次要科學(xué)地設(shè)計(jì)座椅外形。

駕駛室座椅；人體尺寸；舒適性

1　研究意義

由于中國(guó)成年人人體尺度GB10000表格列值均為裸體測(cè)量結(jié)果［1］，在進(jìn)行車輛駕駛室的座椅設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮穿鞋所引起的高度變化量和穿著衣服所引起的圍度、厚度變化量。其次，由于在對(duì)人體進(jìn)行測(cè)量時(shí)，都要求挺直軀干，而在實(shí)際正常駕駛中的駕駛員均為自然放松的姿勢(shì)，因此還需考慮由姿勢(shì)變化所引起的變化量。

2　研究?jī)?nèi)容

根據(jù)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中應(yīng)用人體尺寸百分位數(shù)的通則》，對(duì)產(chǎn)品的功能尺寸進(jìn)行了設(shè)定：產(chǎn)品最小功能尺寸是人體尺寸百分位數(shù)與功能修正量（包括穿著修正量、姿勢(shì)修正量、操作修正量）兩者的總和；而產(chǎn)品最佳功能尺寸是人體尺寸百分位數(shù)與功能修正量和心理修正量三者的總和。

2.1座椅高度設(shè)計(jì)

駕駛室座椅高度即座椅座面前緣高度，高身材男子和低身材女子其適宜的駕駛座椅坐高相差很大，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)選擇50百分位的中國(guó)成年男女“小腿+足高”進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)要考慮功能修正量（穿著修正量、姿勢(shì)修正量、操作修正量），另座面的高度要略低于“小腿+足高”10mm左右，這樣可以減少臀部壓力，并且可以方便雙腳移動(dòng)［2］。計(jì)算得出：

座椅高度=｛（第50百分位男子“小腿+足高”（413mm）+穿鞋修正量（男25mm）+著衣修正量（6mm））+（第50百分位女子“小腿+足高”（382mm）+穿鞋修正量（女20mm）+著衣修正量（6mm）｝/2-10mm=416mm，座椅的高度設(shè)計(jì)尺寸取420mm。

座椅高度的調(diào)節(jié)范圍為：（第5百分位女子“小腿+足高”（342mm）+穿鞋修正量（女20mm）+著衣修正量（6mm）-10mm）～（第95百分位男子“小腿+足高”（448mm）+穿鞋修正量 （男25mm）+著衣修正量（6mm）-10mm），即358mm～469mm，調(diào)節(jié)范圍為取360mm～470mm。為了便于不同身材駕駛員的駕駛，并讓其舒適地操作，需給駕駛座椅設(shè)置高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

2.2座面寬度及座面深度設(shè)計(jì)

為方便駕駛員隨意調(diào)節(jié)坐姿，座面寬度的設(shè)計(jì)要略大于人體坐姿臀部的寬度，但是座寬不可太寬，否則無(wú)法給駕駛員提供穩(wěn)定的位置。由于女性的臀部寬度比男性大，所以在設(shè)計(jì)時(shí)采用第95百分位的女性“坐姿臀寬”，查表得382mm［3］。考慮到著衣修正量，以及便于駕駛員調(diào)整坐姿的空間，建議取400mm。

在進(jìn)行座椅座深設(shè)計(jì)時(shí)，要注意座面必須要有支承面積，確保臀部邊緣及大腿在椅面能夠獲得彈性支承，從而確保駕駛員乘坐及操作的穩(wěn)定性。由于座面深度太深會(huì)對(duì)駕駛員腿部造成壓力，影響血液循環(huán)，并且為了便于使腰背部獲得腰靠的支托，座深設(shè)計(jì)要寧淺勿深。計(jì)算時(shí)取男、女第5百分位的“坐深”進(jìn)行計(jì)算：｛第5百分位女子“坐深”（401mm）+著衣修正量（6mm）+ 第5百分位男子“坐深”（421mm）+著衣修正量（6mm）｝/2=417mm，取420mm。座深一般要設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，這樣體型龐大的駕駛員在乘坐時(shí)，可通過(guò)滑出座墊的方式來(lái)增大座深，但其最大座深要小于第95百分位男子的“坐深”（494mm），一般取480mm，即座墊最大滑出60mm。

2.3靠背設(shè)計(jì)

根據(jù)坐姿的舒適性要求，駕駛室的駕駛座椅靠背要略微向后傾斜，保證人體脊柱的自然輕松姿勢(shì)，減少影響駕駛員健康的不良因素。雖然在靠背傾角為115°時(shí)，腰椎的彎曲與自然形態(tài)最接近，是最舒適的姿勢(shì)［3］，但同時(shí)也要考慮到駕駛作業(yè)的特殊性，保證駕駛員良好的視野以及對(duì)操縱裝置方便、正確的操作。一般而言，取95°～105°，在設(shè)計(jì)時(shí)可以設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)，這樣可以方便不同的駕駛員使用，并盡可能滿足其需求，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間駕駛的車輛，可適當(dāng)加大調(diào)節(jié)度數(shù)，便于駕駛員在停車時(shí)可以休息。

進(jìn)行靠背高度的設(shè)計(jì)時(shí)選擇50百分位的中國(guó)成年男女“坐高”進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)要考慮功能修正量，另要考慮到枕骨的位置。靠背高度=｛第50百分位男子“坐高”（908mm）+第50百分位女子“坐高”（855mm）｝/2+著衣修正量（6mm）-枕骨位置（108mm）=779.5mm，取整為780mm?？勘车膶挾扰c坐姿肩寬有關(guān)，由于靠背過(guò)寬不利于保持身體的穩(wěn)定，所以一般取第95百分位男子的“最大肩寬”（446mm）進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般取450mm。

另外，靠背的底部不適宜與人體的臀部接觸，離座墊留一定的縫隙，這樣不僅使駕駛座椅通風(fēng)透氣，而且可以防止在車輛運(yùn)行振動(dòng)時(shí)，駕駛員臀部向前滑動(dòng)?？勘澈皖^枕處注意設(shè)計(jì)出一定的弧面形狀，在肩靠和腰靠位置（距離座面165mm～210mm），設(shè)計(jì)出舒適的支承，以提高駕駛員座椅的舒適性。由于車輛在運(yùn)行中遇振動(dòng)將產(chǎn)生橫向力，因此靠背兩側(cè)要稍微隆起以減輕駕駛員身體的橫向移動(dòng)，緩沖橫向振動(dòng)對(duì)駕駛員的沖擊。

2.4座墊傾角設(shè)計(jì)

駕駛員在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，為防止駕駛員臀部下滑坐不穩(wěn)，并保證駕駛員操作舒適（可自然向后倚靠），座墊應(yīng)該前高后低，有一定的傾斜度，即座墊相對(duì)于水平面的夾角，一般取0°～5°［4］。對(duì)于長(zhǎng)途運(yùn)行的車輛，駕駛員對(duì)座椅舒適性的要求更高，所以此類車輛座椅應(yīng)設(shè)計(jì)成帶調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)，使其更具靈活性和更高的舒適性，方便駕駛員改變坐姿，放松緊張的肌肉。

2.5座椅扶手設(shè)計(jì)

駕駛室司機(jī)座椅一般會(huì)設(shè)置扶手，扶手可以起到支承手臂、緩解并減輕肩部負(fù)擔(dān)的作用，在對(duì)座椅的扶手進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮其高度和寬度。另外，由于駕駛室中空間位置有限，不僅要確保駕駛員可以很舒適便捷地進(jìn)行操作作業(yè)，而且要考慮到在突發(fā)狀況時(shí)駕駛員可以輕松、方便地離開(kāi)座椅。因此，座椅扶手最好設(shè)計(jì)成垂直方向的折疊扶手，其扶手長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)還要考慮到當(dāng)座椅處于向前位置時(shí)，其長(zhǎng)度要避免接觸到操作臺(tái)邊緣。進(jìn)行座椅扶手的高度設(shè)計(jì)時(shí)選擇50百分位的中國(guó)成年男女“坐姿肘高”進(jìn)行設(shè)計(jì)，即：｛第50百分位男子“坐姿肘高”（263mm）+ 第50百分位女子“坐姿肘高”（251mm）｝/2=257mm，由于扶手過(guò)高和過(guò)低都會(huì)使肩部肌肉緊張，因此一般扶手設(shè)計(jì)略低于“坐姿肘高”，可取250mm。

2.6座墊以及靠墊設(shè)計(jì)

駕駛座椅的座墊及靠墊的設(shè)計(jì)需注意要避免使臀部和背部凸出的局部受到過(guò)于集中的壓力，進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要選擇具有一定彈性的椅墊和座墊，從而緩解不適，并且有助于駕駛員保持正確的駕駛姿勢(shì)。座墊以及靠墊在進(jìn)行選擇時(shí)要選擇軟硬性能適宜的座墊，過(guò)硬的座墊會(huì)使得壓力集中，而過(guò)軟的座墊則不利于駕駛員的生理調(diào)節(jié)。

材料選擇上，一般用耐磨的多孔材料覆蓋，保證座椅的通風(fēng)、透氣以及較長(zhǎng)的使用壽命［5］，這樣有利于駕駛員的正常排汗。

圖1　座椅尺寸示意圖

表1　座椅尺寸

3　結(jié)論

（1）工程車輛駕駛室座椅的設(shè)計(jì)主要從我國(guó)的成年人人體尺寸出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)（如圖1，表1所示），以確保駕駛員的舒適性以及操作姿勢(shì)的正確性。

（2）駕駛員長(zhǎng)時(shí)間在座椅的一個(gè)位置保持不動(dòng)，會(huì)引起身體不適和疲勞，座椅必須設(shè)計(jì)有額外的空間，讓駕駛員改變?cè)谧紊纤幍慕嵌然蜃谧蔚娜我庖贿?，達(dá)到放松肌肉的目的。

［1］國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.GB 10000-88中國(guó)成年人人體尺寸［S］.北京：技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

［2］張峻霞，王新亭.人機(jī)工程學(xué)與設(shè)計(jì)應(yīng)用［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010.01.

［3］國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.GB13547-92工作空間人體尺寸［S］.北京：技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

劉一雄，1991年出生，湖北孝感人，碩士研究生。