劉全

摘要：時(shí)至今日，國內(nèi)從基于人機(jī)工程學(xué)角度考慮的汽車座椅舒適性設(shè)計(jì)研究仍存在一定問題，國內(nèi)汽車生產(chǎn)商在設(shè)計(jì)汽車座椅時(shí)并未根據(jù)不同人體特征而設(shè)計(jì)出不同尺寸的舒適性座椅，即在可調(diào)節(jié)功能上尚需要突破;同時(shí)還沒有形成對(duì)座椅靜態(tài)舒適性評(píng)價(jià)的一套客觀系統(tǒng)的體系，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法評(píng)價(jià)舒適性中輸入量的界定還不夠清晰明確，這些尚存在的不足需要汽車生產(chǎn)商和研究者們進(jìn)一步研究和改善，以創(chuàng)造出人們夢寐以求的集完美舒適性和安全性于一體的汽車座椅。

關(guān)鍵詞：汽車座椅;人機(jī)工程學(xué);舒適度;安全性

1人體坐姿生理特性分析

人處在坐姿狀態(tài)時(shí)，身體主要是靠脊柱、盆骨、腿和腳支撐。脊柱位于人體的背部中央，是人體的主要支撐。人處于不同的坐姿，脊柱的形態(tài)也會(huì)不同，只有座椅的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)使駕駛員的脊柱形態(tài)接近于正常自然形態(tài)時(shí)，才會(huì)減少腰椎以及腰背部肌肉的負(fù)荷，防止駕駛疲勞的發(fā)生。根據(jù)人體組織的解剖學(xué)特性，坐骨結(jié)節(jié)處是人體最耐受壓力的部位，適合承重，而大腿下靠近表面處因有下肢主動(dòng)脈分布，承擔(dān)過量壓力會(huì)影響血液循環(huán)，故不宜承受重壓。因此，座墊上的壓力分布，應(yīng)根據(jù)臀部不同部位承受不同壓力的原則來分配，即在坐骨處承受壓力最大，自大腿部位時(shí)承受壓力降至最低，這就是座墊設(shè)計(jì)的壓力分布不均勻原則。

2人機(jī)工程學(xué)下對(duì)汽車座椅的分析

汽車座椅和人共同組成一個(gè)研究整體，下面分兩個(gè)方向（人體坐姿特征分析和環(huán)境分析）分析人機(jī)工程學(xué)下的汽車座椅。

2.1人體坐姿分析

人體坐姿壓力分布分析分為人坐下時(shí)的脊椎形態(tài)分析和壓力分布分析。我們都知道，不同的坐姿下人的脊椎呈現(xiàn)出不同的形態(tài)。而只有在脊椎形態(tài)最接近于自然狀態(tài)時(shí)，人體才是最放松和最舒適的狀態(tài)，也只有在這種狀態(tài)下，才會(huì)減少脊椎的負(fù)荷量，降低人體產(chǎn)生疲勞感的可能性，才能夠有效的防治疲勞駕駛的發(fā)生。因此，通過人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)座椅靠背的適當(dāng)傾斜角度，對(duì)保持人體坐下時(shí)脊椎呈現(xiàn)自然狀態(tài)具有重要的意義。 坐墊上的體壓分布主要集中于人體坐骨，并以坐骨為中心向四周不斷減小，直至到達(dá)大腿部位時(shí)降至最低，這樣分布坐墊體壓的主要原因是人體骨骼是最能夠承受壓力的部位，而駕駛汽車時(shí)，大腿以下的部位主要用于操控汽車速度和停開車，要具有一定的靈活性，不適合承受壓力，同時(shí)大腿處有下肢主動(dòng)脈分布不適合承受荷載?？恳紊系捏w壓分布是不均勻的，符合坐墊設(shè)計(jì)的壓力不均勻性原則，靠背的受力部位主要為腰椎和肩胛骨并以這兩個(gè)部位為中心向外擴(kuò)張，壓力不斷減小。

2.2空間環(huán)境分析

人體和汽車空間作為一個(gè)研究整體，對(duì)駕駛員舒適性影響較大的環(huán)境因素包括汽車內(nèi)的溫濕度和振動(dòng)幅度。研究表明，人體最敏感的頻率范圍為縱向振動(dòng)4～8HZ，橫向振動(dòng)1～2HZ。[1]當(dāng)汽車內(nèi)的振動(dòng)頻率解決人體能夠感知的振動(dòng)頻率時(shí)，人體和汽車會(huì)形成共振現(xiàn)象，導(dǎo)致整體的震動(dòng)幅度增大，從而引起人體的感官的錯(cuò)誤判斷。振動(dòng)主要影響人體的視覺和動(dòng)手操作效率，兩者的關(guān)系具體表現(xiàn)為：汽車內(nèi)的振動(dòng)頻率接近人體器官可感知的振動(dòng)頻率時(shí)皮質(zhì)細(xì)胞（質(zhì)膜內(nèi)面的一層細(xì)胞質(zhì)）的工作效率會(huì)降低，人體會(huì)產(chǎn)生疲勞，工作效率和行為反應(yīng)能力降低，增加了疲勞駕駛的可能性。汽車內(nèi)溫濕度對(duì)駕駛員的影響主要表現(xiàn)在：汽車內(nèi)溫度越高，駕駛員往往會(huì)覺得昏昏欲睡，四肢無力，導(dǎo)致工作不能持久，不能夠?qū)Ｐ拈_車;溫濕度越低，駕駛員往往需要分泌更多的腎上腺素保持自身體溫，能量消耗過多不利于駕駛員安全開始。因此，汽車內(nèi)的溫濕度應(yīng)該保持在一個(gè)合適的水平。研究表明，當(dāng)汽車內(nèi)的溫度保持在18～23度，適度保持在40%～55～時(shí)，駕駛員新陳代謝量可以達(dá)到1～2met，這個(gè)代謝量最有利于駕駛員保持頭腦的清醒，任何高于或者低于這個(gè)溫濕度都會(huì)在一定程度上造成駕駛員疲勞感的產(chǎn)生。因此，采取有效的設(shè)計(jì)使座椅表面和空間內(nèi)的溫濕度保持在一定水品對(duì)降低安全事故具有重要的作用。

3基于汽車座椅的舒適性及安全性設(shè)計(jì)研究汽車

根據(jù)生物動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明，人體若長時(shí)間的承受高強(qiáng)度高負(fù)荷的全身震動(dòng)，那么對(duì)其的健康損害也是極其嚴(yán)重的，這主要表現(xiàn)在腰脊和相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)因此受到影響。而源于人體內(nèi)部的新陳代謝、血液循環(huán)以及其他方面因素會(huì)惡化這個(gè)影響，同時(shí)如身體姿勢、低溫和氣流等等一些環(huán)境因素也會(huì)引起肌肉疼痛給駕乘帶來不適。由本小組研究人員取證分析，得到以下結(jié)論。

3.1 座椅舒適度研究

3.1.1 座椅舒適度的指標(biāo)

①座椅尺寸應(yīng)與人體測量尺寸d相適宜（一般d取45～60cm）;②汽車內(nèi)部座椅應(yīng)按人體坐高坐姿不同而合理設(shè)計(jì)成可自由調(diào)節(jié)，以便不同駕乘人員根據(jù)自己的客觀條件和需求來達(dá)到滿足自身坐姿要求的舒適度，如沃爾沃公司的F7型汽車坐高可調(diào)65mm;傾斜度可調(diào)64°;縱向位置可調(diào)130mm等;③同時(shí)汽車座椅應(yīng)有使駕乘人員隨時(shí)保持舒適坐姿的能力，座椅靠背設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)需求設(shè)計(jì)合理結(jié)構(gòu)和尺寸以給腰部充分的支撐，達(dá)到使人乘坐時(shí)其腰脊能成正常彎曲狀態(tài)。同時(shí)，座椅安裝位置的尺寸也很重要，它直接影響到使用者的便利性和舒適性，座椅布置需符合人體工程學(xué)的要求。駕駛座椅也是最關(guān)鍵的座椅，它需布置合理，操縱方便，即乘坐時(shí)駕駛者對(duì)方向盤、操縱桿和踏板具有良好可及性。對(duì)于同一地區(qū)的人群，也有男女性的差異，高矮差異，駕駛座椅必須要有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)絕大部分人的身材。

3.1.2 影響座椅舒適度的因素

座椅自身的尺寸設(shè)計(jì)、人體坐姿的舒適性需求度、座椅的可調(diào)節(jié)特性都是影響座椅舒適度的主要因素。基于人機(jī)工程學(xué)的研究，腰部是體現(xiàn)座椅功能的關(guān)鍵部位，因此座椅的腰托便成了影響舒適性設(shè)計(jì)的決定因素。而隨著現(xiàn)代技術(shù)的快速發(fā)展，轎車的座椅也裝配有氣動(dòng)裝置，由發(fā)動(dòng)機(jī)艙的氣泵提供氣壓，而靠背內(nèi)分別有4個(gè)氣壓腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)腰椎部的保護(hù)?？勘撤殖缮舷聝刹糠?，角度可以分別調(diào)整以使腰部和肩部同時(shí)緊貼靠背，起到安全保護(hù)作用，若在靠背內(nèi)裝一個(gè)由電腦控制的電子振蕩器，不僅舒適腰椎，還有按摩保健作用。所以，合理設(shè)計(jì)座椅腰托，并根據(jù)不同駕乘人員的腰部不同彎曲程度設(shè)計(jì)成可自動(dòng)壓縮擠壓并有按摩功效的座椅腰托便是廣大駕乘人員一致稱好的。

3.2座椅安全性研究

汽車座椅的安全性，是指座椅有效預(yù)防事故的發(fā)生，并在事故發(fā)生時(shí)有效減輕乘員所受傷害的能力。根據(jù)座椅在碰撞事故發(fā)生時(shí)和發(fā)生后對(duì)減輕乘員傷害程度的不同作用，可以將座椅的安全性分為主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性兩個(gè)方面。

3.2.1汽車座椅的主動(dòng)安全性

座椅的主動(dòng)安全性是指座椅能夠有效地防止事故發(fā)生的能力。駕駛員視野、駕駛員定位以及其它汽車控制系統(tǒng)功能的發(fā)揮，以及這些系統(tǒng)之間的配合也會(huì)不同程度的影響到座椅的主動(dòng)安全性。與此同時(shí)，座椅的舒適性和主動(dòng)安全性有關(guān)，舒適的座椅可以為駕駛員提供一個(gè)良好的工作環(huán)境，使其心情愉快、精力集中，從而有效地預(yù)防交通事故的發(fā)生，提高汽車的主動(dòng)安全性。

3.2.2汽車座椅的被動(dòng)安全性

座椅的被動(dòng)安全性是指汽車發(fā)生了交通事故后，能夠?qū)噧?nèi)人員進(jìn)行保護(hù)，避免其發(fā)生傷害或使傷害降至最低程度的性能。一個(gè)好的汽車座椅要能夠減輕駕駛員及乘員的疲勞來滿足主動(dòng)安全性要求，更要有足夠高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，以便與安全帶和安全氣囊一起對(duì)乘員定位的同時(shí)緩和碰撞的強(qiáng)度，使乘員的損傷達(dá)到最小。在加強(qiáng)座椅結(jié)構(gòu)本身吸能性的同時(shí)，人們開始研究把安全氣囊安裝在座椅靠背側(cè)面，為乘員提供安全保護(hù)。這種帶有安全氣囊的座椅已經(jīng)開始應(yīng)用在各種高檔轎車中。

4結(jié)語

從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā)，對(duì)汽車座椅的基本尺寸，結(jié)構(gòu)，以及其他特性進(jìn)行優(yōu)化的設(shè)計(jì)，使駕駛座椅具有良好舒適性和安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜子學(xué).汽車人機(jī)工程學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.2.

[2] 肖生發(fā).汽車工程概論.北京：北京理工大學(xué)出版社，2010.1.

[3] 朱序璋.人機(jī)工程學(xué).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999.11.

（作者單位：山東富路勇士汽車有限公司）