◎喬明星

基于人機(jī)工程學(xué)的汽車駕駛室座椅設(shè)計(jì)研究

◎喬明星

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，越來(lái)越多的汽車制造商都利用人機(jī)工程學(xué)知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)汽車座椅。在汽車座椅設(shè)計(jì)中滲透人機(jī)工程學(xué)知識(shí)，能有效提高座椅的舒適性、安全性，本文重點(diǎn)探討基于人機(jī)工程學(xué)的汽車駕駛室座椅設(shè)計(jì)。

在駕駛汽車的過(guò)程中，汽車座椅的舒適性、安全性對(duì)于行車安全至關(guān)重要。新形勢(shì)下，現(xiàn)代汽車在設(shè)計(jì)駕駛室座椅時(shí)，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)理論，追求“人-機(jī)-環(huán)境”的完美結(jié)合，為駕駛員尋求舒適、安全、易操作的空間，有效降低了行車事故率。

駕駛室座椅的人機(jī)工程學(xué)要求

汽車的設(shè)計(jì)、制造都是以人為中心。所以，汽車人機(jī)工程設(shè)計(jì)致力于研發(fā)出讓駕駛員舒適、安全、操作簡(jiǎn)單高效的汽車座椅。由于駕駛員身形不一，有高大壯碩的、有嬌小玲瓏的，而駕駛室座椅要滿足不同身材駕駛員對(duì)機(jī)械裝置的操作需求，因此，必須深入研究人機(jī)工程。筆者認(rèn)為，駕駛室的座椅應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：

第一，貼合感強(qiáng)。駕駛室座椅上的坐墊、靠背的形狀應(yīng)與人體背部、臀部、大腿底部的形狀貼合。較強(qiáng)的貼合感有利于改進(jìn)二者接觸面積與部位。

第二，橫向穩(wěn)定性好。汽車行駛經(jīng)過(guò)彎道時(shí)，車體受橫向加速度作用，駕駛員的身體會(huì)發(fā)生傾斜，因此，座椅的側(cè)面應(yīng)稍高，從而幫助大腿與胯部來(lái)支撐身體。

第三，實(shí)現(xiàn)背部與腰部的合理支承。在設(shè)計(jì)駕駛室汽車座椅時(shí)，應(yīng)提供形狀和位置適當(dāng)?shù)膬牲c(diǎn)支承。第一支承設(shè)計(jì)在人體第5-6胸椎之間，有助于防止勁曲變形；第二支承設(shè)計(jì)在腰曲位置，確保駕駛員有正常的腰曲弧線。

第四，軟硬度要始終。汽車座椅最基本的用途就是支撐駕駛員的身體，提高座椅表面的堅(jiān)硬度，有利于防止駕駛員疲勞瞌睡。但過(guò)于堅(jiān)硬，會(huì)降低與身體的貼合感，對(duì)身體產(chǎn)生過(guò)度的壓迫作用，從而增加疲勞感，因此，硬度要適中。

第五，振動(dòng)時(shí)，舒適性好。共振頻率、靜態(tài)剛度、衰減特性要科學(xué)合理。

人機(jī)工程學(xué)在汽車駕駛室座椅設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用

座椅的結(jié)構(gòu)參數(shù)。應(yīng)滿足振動(dòng)舒適性、操作舒適性、坐姿舒適性的需求，在設(shè)計(jì)座椅時(shí)，操作舒適性和坐姿舒適性能通過(guò)座椅的尺寸參數(shù)和結(jié)構(gòu)來(lái)保證，而振動(dòng)舒適性則不能只依靠尺寸參數(shù)來(lái)保證。我們?cè)诖_定座椅尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)，會(huì)充分參考駕駛或乘坐姿勢(shì)下人體尺寸的測(cè)量值。

駕駛室座椅制作材料的選擇。在選擇座椅材料時(shí)，應(yīng)充分考慮振動(dòng)舒適性、座椅對(duì)人體熱環(huán)境兩方面因素。座椅材料是座椅的減振元件，合適的座椅和靠背減振材料能有效降低座椅的振動(dòng)傳遞率，提高振動(dòng)的舒適性。改變座椅表面的溫濕度特性，提高座椅材料的呼吸功能，提高材料的透氣性，從而提高人體代謝質(zhì)量，緩解駕駛員的疲勞程度。

駕駛室座椅的空間位置布局。座椅空間位置的布局應(yīng)充分滿足駕駛員舒適性、人體的布置要求，還要充分考慮座椅承受的壓力分布情況。值得一提的是，坐姿體壓分布是影響座椅舒適性的關(guān)鍵因素，因?yàn)槿俗谧紊蠒r(shí)，體重的80%都是通過(guò)背部和臀部作用于座椅上的。

駕駛室座椅的設(shè)計(jì)要求。首先，靜態(tài)特性要好，具體而言就是座椅的形狀、尺寸要與人體的舒適性坐姿一致。提高座椅運(yùn)轉(zhuǎn)的靈活性，能隨時(shí)調(diào)整尺寸大小、改變位置，提高駕駛員乘坐的舒適性、穩(wěn)定性、操作的靈活性。其次，動(dòng)態(tài)特性要好，能有效降低車體由于運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)，降低駕駛員在長(zhǎng)途駕駛中的疲勞感。提高駕駛座椅靜態(tài)舒適性可從以下幾點(diǎn)著手：第一，座椅的位置與駕駛空間保持高度協(xié)調(diào)，方便駕駛；第二，座椅尺寸由人體尺寸而定；第三，確保座椅能靈活調(diào)節(jié)，以適用于各種坐姿；第四，實(shí)踐證明，駕駛員最舒適的坐姿是臀部稍向前移、稍離靠背，人的上體稍向上后傾斜，確保上體與大腿間角呈90～105°，其次，小腿稍向前伸，大腿與小腿、小腿與腳底保持一定的角度，另外，要結(jié)合駕駛室特定環(huán)境來(lái)設(shè)計(jì)座椅，人體關(guān)節(jié)的舒適性是在設(shè)計(jì)駕駛室時(shí)需要考慮的首要因素。

另一方面，提高駕駛室座椅的動(dòng)態(tài)舒適性，可從以下幾點(diǎn)著手：由于汽車行駛過(guò)程中的振動(dòng)是影響座椅動(dòng)態(tài)舒適性的關(guān)鍵因素。其中，汽車座椅舒適性受坐墊的阻尼系數(shù)與剛度的影響非常大；那些非懸架座椅，座椅的舒適性受鋼架結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能、阻尼系數(shù)、剛度的影響最大。而質(zhì)量、摩擦等因素對(duì)于汽車座椅的動(dòng)態(tài)舒適性影響可忽略不計(jì)。由此可見(jiàn)，座椅的剛度與阻尼系數(shù)是設(shè)計(jì)座椅時(shí)首要考慮的因素。而地面的不平等所產(chǎn)生的振動(dòng)、汽車車內(nèi)的機(jī)械振動(dòng)是讓駕駛員疲勞的主要原因。所以，要想減少對(duì)人體的振動(dòng)，可從以下幾點(diǎn)著手：降低對(duì)人體影響最大的高頻振動(dòng)、降低駕駛座椅與汽車的共振、降低振動(dòng)的傳遞；減少駕駛員10Hz周邊的振動(dòng)傳遞。

提高駕駛座椅設(shè)計(jì)安全性的具體對(duì)策

座椅主動(dòng)安全性。指汽車駕駛座椅防止事故發(fā)生的能力。筆者認(rèn)為，要想提高座椅主動(dòng)安全性，在設(shè)計(jì)駕駛員座椅時(shí)，應(yīng)從降低駕駛員疲勞感的層面入手，為駕駛員提供舒適安全的開(kāi)車環(huán)境，充分考慮座墊上壓力分布、座椅的尺寸、靠背受到的壓力等等因素，從而降低疲勞感。

座椅被動(dòng)安全性。指汽車發(fā)生事故后，能有效保護(hù)車內(nèi)人員，從而避免發(fā)生傷害或者將傷害程度降至最低。要想提高座椅的被動(dòng)安全性，必須確保座椅的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度合理，從而與安全帶、安全氣囊一起在事故發(fā)生時(shí)緩和碰撞的強(qiáng)度，避免成員受到傷害。新形勢(shì)下，在提高座椅結(jié)構(gòu)本身吸能性時(shí)，在一些高檔汽車中，設(shè)計(jì)人員開(kāi)始著手將安全氣囊安裝到座椅靠背的側(cè)面，以加強(qiáng)對(duì)成員的安全保護(hù)。

安全措施。提高駕駛座椅安全性的措施有：加強(qiáng)座椅骨架的強(qiáng)度；配置安全帶、安全氣囊；靠背和坐墊材料阻燃性能高，避免溫度過(guò)高時(shí)發(fā)生自燃現(xiàn)象。

綜上所述，在設(shè)計(jì)汽車座椅時(shí)，充分利用人機(jī)工程學(xué)理論，有利于滿足乘員生理和心理的共同需求，從而有效提高乘車安全性和舒適性。隨著科技的深入發(fā)展，人機(jī)工程理論在汽車座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用更加精確、完善。未來(lái)，人機(jī)工程學(xué)將更加重視對(duì)人的信息處理，實(shí)現(xiàn)“人-機(jī)-環(huán)境”的完美結(jié)合，從而推動(dòng)汽車事業(yè)又快又好發(fā)展。

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