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汽车座椅设计与人机工程思考

发表时间：2020/12/28 来源：《基层建设》2020年第24期作者：陈红

[导读] 摘要：人机工程学是一门综合性较强的新兴交叉学科，它是从人的生理和心理特点出发研究人、机、环境相互关系和相互作用的规律。

        安徽江淮汽车集团股份有限公司安徽合肥 230000
        摘要：人机工程学是一门综合性较强的新兴交叉学科，它是从人的生理和心理特点出发研究人、机、环境相互关系和相互作用的规律。只有以人机工程学的原理为基础，考虑汽车驾驶座椅的设计，才能使其具备良好的舒适性、安全性，同时这对驾驶员家人来说是永久的欣慰。
        关键词：汽车；座椅设计；人机工程；思考
        引言
        汽车在行驶中，驾驶员坐在座椅上对汽车进行操纵汽车座椅的舒适性，安全性和在座椅上易于操纵方向盘，踏板和按钮开关等就显得十分重要。在现代汽车产品设计中，应从工程技术，人机工程学，工程心理学，工业心理学，劳动生理学，社会学，形态美学，色彩学，市场学以及各种实用科学出发，寻求一种“人机—环境”和谐，统一和协调。如何运用人机工程学原理，使现代汽车为驾驶员提供安全、高效、方便而又舒适的工作环境，进一步提高工作效率和降低事故发生率，是目前汽车产品设计中值得深入探讨的问题。
        一、汽车座椅的人体工程学分析
        （一）人体坐姿生理特性
        不理想坐姿，会形成驾驶员不合理脊柱形态，在这种状态下长期驾驶，容易造成腰椎负荷和肌肉负荷加大，从而使驾驶员产生疲劳感。探索研究合适的座椅结构并进行尺寸设计，能使驾驶员保持合理脊柱形态，有效缓解疲劳感。驾驶员处于坐姿状态下，其身体重量所产生的压力由坐垫和靠背分担。如果体压分布不合理，集中对肩胛骨和腰椎部位施以压力，就会导致驾驶员背部不适，同样会产生较大的疲劳感。
        （二）环境分析
        外界振动会对驾驶员产生较大影响。振动所造成的影响主要体现为局部的生物动力学反应、生理反应以及人体机能的减退等，这对于驾驶员而言是非常严重的。如果外界所产生的振动接近器官的共振频率，振幅就会迅速增大，此时驾驶员自身的器官生理反应将会达到最大，极易出现视觉作业效率下降和动作准确度下降等现象。此外，温湿度也会对驾驶员疲劳感造成一定影响。人体处于高温、高湿环境中时，会感受到不适，具体表现为四肢乏力、精力不集中等。在驾驶过程中，如果座椅无法提供舒适的温度和湿度环境，那么人体同样会产生不适感，从而加剧疲劳。
        二、基于人机工程的汽车座椅设计
        （一）结构参数
        汽车座椅的结构参数，需要从振动、坐姿、操作舒适度等几个方面分析：汽车座椅尺寸，决定了驾驶员的坐姿和操作舒适度。汽车座椅的尺寸设计参数主要包括椅面高度、宽度、深度等。椅面的高度定义为椅面前缘到驾驶员踵点的垂直距离。从驾驶员的驾驶姿势来看，设计中必须要考虑座椅角度对腿部肌肉的影响。在座椅宽度方面，一般认为在车内空间允许的情况下，座椅应该越宽越好，这样更有利于驾驶员调整和变换姿势。椅面深度，是指椅面前缘到靠背前面的水平距离。座椅深度决定了人体腰部所受到的靠背支撑度，以及腿部的弯曲舒适度。靠背高度和宽度，与驾驶员的坐姿肩高和肩宽有关。在设计过程中，应该综合考虑驾驶员的个体差异，并尽量采取高靠背的设计。
        （二）人体模板
        在分析评价、考察研究、实验设计人机系统过程中，用人体参数为基础建立的人体模型，它可以很好地用来描述力学特性和人体形态特征。在车身布置中最常用到的是SAEJ826人体模板，这种人体模板是根据人体测量数据进行处理和选择而得到的标准人体尺寸来制作的。将人体模板置于1∶1模型或样车的作业空间内，或将二维人体模型置于设计图纸的相关位置，可用于校核设计的可行性和合理性。结合精确的人体模板中各种主要的人体参数，考察汽车室内主要人机工程学设计参数。按照一定的经验理论，根据人体模板的标准参数，包括功能尺寸、人体静态尺寸、作业尺寸等，确定相应的座椅位置、汽车车厢空间、转向盘、扶手、操控台等的设计参数。

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具体分类上主要是人体的舒适性设计参数（座椅、室内空间等），操作性设计参数（方向盘、控制台、扶手、脚踏板等）以及安全性设计参数等。
        （三）座椅空间位置
        为了达到操纵方便性和舒适性的要求，必须对座椅空间位置进行设计。进行此项内容设计，让驾驶员有开阔的视野范围，对方向盘、离合踏板、制动踏板等操作部件有合适的距离，以便驾驶员能够方便舒适地操作。将汽车设计对人体的布置要求和人体的舒适坐姿联系起来，布置座椅的位置，确定操纵装置与座椅两者之间的相对距离。座椅的高、宽、倾斜度、座深，靠背的高度、与座面的夹角等按照舒适坐姿选择。利用人体样板在汽车中进行人体布置的原则，确定操纵装置与座椅的相对距离。同时确定座椅在水平方向和垂直方向的调节量。好的驾驶设计必须要保证驾驶员在连续几个小时操作的情况下，身体能够得到很好的支持。并且座椅必须有额外的空间，允许驾驶员坐在座椅上的任一边或改变在座椅上的角度，以便暂时使他的肌肉放松。
        三、汽车座椅设计中的人机工程学应用
        （一）动态设计
        汽车座椅的动态设计主要是降低路面颠簸对驾驶员的影响程度。在驾驶员的形成过程中，路面颠簸会引起汽车的车身震动，并且由于汽车本身设计原因，驾驶员会受到水平震动和垂直震动的双重影响，其中，垂直震动对驾驶员的影响最大。人体共振频率最高的部位是头部和眼睛，其次是手臂，而在行车过程中，眼睛负责收集路面信息，大脑负责分析路面信息，手臂则负责行车操作，因此为了避免震动对驾驶员的不良影响，在座椅设计过程中，设计人员需要找出座椅与人体的共振点，将共振点作为设计重点，保持座椅的舒适度，降低震动对驾驶员的影响力度。
        （二）静态设计
        在人体力学中，驾驶员的正常坐姿应该是腰身前倾，臀部与座椅靠背保持较小距离，驾驶员的大腿与上半身之间的夹角应该在90°-120°之间，最佳角度为100°，此外，大腿与小腿、小腿与脚掌、胳膊的大臂与小臂、腰部与靠背之间都应该保持一定的角度。在座椅设计过程中，应该对以上区域设定一定的角度调整范围，方便驾驶员根据自身的体型和驾驶需要调整相应角度。此外，静态设计还体现在座椅材质的选择上，在座椅设计过程中，尽量选择透气性较强的材质，同时采用孔网状结构，提高座椅的透气性，避免驾驶员产生潮湿感而影响正常的驾驶。
        （三）空间设计
        为了保障驾驶员的行车安全性、舒适性和高效性，需要对座椅的空间结构进行优化设计。在设计过程中，需要重点考虑驾驶员的视野范围，同时考虑驾驶员对方向盘、离合器、油门、脚刹、手刹的操作距离，从而确保驾驶员能够根据自身的体型及驾驶需求通过调整座椅的方式优化上述操作距离。一个良好的汽车座椅必须能够对驾驶员的身体起到良好的支持作用，同时给驾驶员一定的操作空间，允许驾驶员在座椅上进行小幅度的移动以放松肌肉和大脑，提高肌肉和大脑反应能力，提高驾驶安全性。
        结束语：
        综上所述，人机工程学应用于汽车座椅设计，能使座椅符合人体需求，从而保证乘坐和驾驶的舒适性和行车安全性。能提高人车接口的设计水平。随着数字化设计应用的不断深入，人机工程应用在汽车设计中的方法也更加精确，人机工程学将更注重人的信息处理能力，更注重人—机—环境的完整研究，并运用系统论、信息论等新兴科学来研究这个新的系统，以创造出更适合于人类使用的汽车，使人机系统的综合效能达到最佳水平。
        参考文献：
        [1]马暄程，陈思印.基于人机工程学的汽车座椅优化设计分析[J].科学与信息化，2019，000(027):P.100-100.
        [2]辛建潮，王玉影.基于人机工程学的汽车座椅舒适性研究[J].内燃机与配件，2018，271(19):14-15.
        [3]孙明欣.基于人机工程学的座椅设计[J].汽车工程师，2018，000(007):P.23-25.