汽车座椅的人机工程学原理_汽车座椅人机工程学

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汽车座椅的人机工程学原理

摘要：随着科学技术的发展，人机工程学理论在产品设计中占有越来越高的地位。而作为与人类生活息息相关的汽车，人机工程学在汽车设计之中的应用显得尤为重要。无论是以驾驶员为中心还是以乘坐人员为中心，都应最大限度地满足人们的需求。并且各种主、被动保护措施也使人们在突发危险时，能最大限度地减小伤害，确保人的安全。总之，汽车设计中的各种设计都应该将人的因素考虑其中，确保了以人为主的设计原则，使汽车更完美地服务于人们。本文主要阐述了人机工程学概念以及汽车座椅中应用的人机工程学原理。

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人机工程学基本概念：人机工程学是工业工程研究的众多重要学科领域之一。所谓的人机工程学，亦即是应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系以及范围等人体结构特征参数；还提供人体各部分的出力范围、以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。在汽车设计中的人机工程学称为汽车人机工程学，它是以改善驾驶员的劳动条件和车内人员的舒适性为核心，以人的安全、健康、舒适为目标，力求使整个系统总体性能达到最优。汽车座椅的人机工程学原理

汽车的座椅是汽车的重要组成部分，汽车座椅的合理设计关系到驾驶员及乘坐者的舒适性和安全性，因此，汽车座椅的设计必须以人为基本，根据人体的基本尺寸等进行设计，不仅能够给人以视觉冲击，而且能够营造舒适、安全的驾乘环境，有效降低交通事故的发生。

座椅的结构性设计：欲使坐姿能形成接近正常的脊柱自然弯曲，躯干和大腿之间必须有大于135°的夹角，并且座椅的设计应使坐者的腰部有适当的支撑，以使腰曲弧形自然弯曲，腰背肌肉处于放松状态。研究表明过于松软的椅面，使臀部与大腿的受压面积增大，不仅增加了躯干的不稳定性，而且不易改变坐姿，容易产生疲劳。

依据靠背上体压分布不均匀原则，在座椅靠背设计时应保证有靠背两点支撑，即就是人体背部和腰部的合理支撑。汽车座椅设计时应提供形状和位置适宜的两点支撑，第一支撑点位于人体第5—6胸椎之间的高度上，作为肩靠；第二支撑设置在腰曲部位，作为腰靠。肩靠能减轻颈曲变形，腰靠能保证坐姿下的近似于正常的腰弧曲线。这样的座椅的设计可以使人坐着时，体重合理分布，大腿平放，双足着地，上臂不负担身体的重量，肌肉放松，血液循环通畅，姿态舒适。座椅是主要的减振元件，要想使座椅获得较低的振动传递率，使座椅有较高的振动舒适性，必须采用合适的座垫和靠背减振材料。根据驾驶室的微气候环境，调整座椅表面的湿温度特性，可以适当调节人体代谢，达到减轻疲劳的目的。座椅的舒适性设计

根据人机工程学原理,为保证良好的舒适度，针对静态舒适度，设计中应遵循以下原则：（1）座椅尺寸应与人体测量尺寸相适宜；（2）座椅应可调节，能使乘坐者变换姿势，并能最大范围满足各类人体的乘坐要求；（3）座椅应能使乘坐者保持舒适坐姿，靠背结构和尺寸应给腰部充分的支撑,使脊柱接近于正常弯曲状态。（4）工作座椅各零部件的外露部分不得有易伤人的尖角锐边，各部结构不得存在可能造成的挤压、剪钳伤人的部分。（5）工作座椅一般不设扶手，需设扶手的座椅必须保证操作人员作业活动的安全性。从人机工程学的角度来讲，腰部是体现座椅功能的关键部位。因此，座椅的腰托是影响舒适性的关键因素。腰托的安装位置在座椅靠背结构设计中十分重要。乘员正常入座时，人体身躯与大腿的连接点—胯点简称H点，H点的位置是决定驾驶员操作方便、乘坐舒适性相关的车内尺寸的基准。此外，座椅的调节特性对座椅的舒适度影响很大，已成为座椅舒适度设计中重点考虑的因素。座椅的几何尺寸设计

在进行座椅的主要构件的设计时主要考虑以下几个方面。（1）座面

座面表面有两种基本型式，一种是纵向（坐深方向）平展的，其倾角为0°—5°；另一种是纵向前缘起拱的。任意一种型式的座面，其横向高度差都不得大于25mm；座面前缘起拱的高度h2最小应为40mm，起拱半径R1最小为40mm，最大为120mm。座面前缘纵向起拱时，前部倾角1a=4－5°，后部倾角2a=10°－15°，两角顶交点位于距座面前缘座深2/3处；纵向高度差h3不得大于40mm 当座垫为弹性结构时，最下层支撑部分应有一定的刚性，中间弹性层变形量不宜过大（座垫厚度不宜大于30mm）。

座面留有通气孔或带排气沟槽时，孔和沟槽的存在不应影响座面的其它参数。（2）腰靠

腰靠的形状应保证使人体压力尽量分布均匀。腰靠若装有软垫，则其沿座深方向垂直剖面内的曲率半径必须大于1400mm。

（3）支架

工作座椅支架至少必须有5个支点。支点可以使用球形或鼓型小轮，也可以在支点处使用滑块。座椅的空间位置设计

座椅空间位置设计就是为了达到操作舒适性的目标，而进行驾驶室座椅空间位置设计，以确保驾驶员有良好的视野，同时对汽车转向盘、脚踏板等操作部件有恰当的操作要求距离，以达到操作舒适性的最终目的。主要要求有前排腿部空间，后排腿部空间，前排椅垫进深，后排椅垫进深，驾驶员及乘坐者的头部距离车顶的距离以及前后排的宽度等都必须在车辆尺寸合理时能够符合人机工程学原理，让驾驶员及乘坐者感觉到舒适。座椅的安全性设计

美观，舒适性对于我们来说是必要的但安全性对于我们来说是最为关键的，座椅的合理设计能够给我们提供必要的安全保护措施。座椅的安全性设计主要有主动安全设计和被动安全设计。

主动安全设计：主动安全性是指汽车驾驶座椅防止事故的能力 从减轻驾驶员的疲劳入手进行分析设计，以满足主动安全性要求。主动安全性主要考虑合理的座椅尺寸设计、坐垫上合理的体压分布、靠背上合理的体压分布等。可以为驾驶员提供一个舒适的作业环境，减轻驾驶员的疲劳，从而保证驾驶座椅主动安全性的设计要求。被动安全设计：被动安全性是指事故发生时,保护乘员的能力。驾驶座椅作为安全部件,是汽车被动安全性设计的主要考虑部件之一。考虑提高驾驶员的人身安全性，汽车驾驶座椅被动安全性设计目标为：①在事故中要保证驾驶员处在自身的生存空间之内，并防止其他车载体进入到这个空间；②要保持驾驶员在事故发生时保持一定的姿态，以使其他的约束系统能充分发挥其保护效能；③在事故中,使得事故后果对驾驶员的伤害降低到最小限度。

目前采取的安全措施主要有：提高座椅骨架强度，达到汽车驾驶座椅强度的要求值；设置座椅安全带，使在紧急制动或正面撞车时不致将驾驶员碰伤；

本文从人机工程学的角度，讨论了汽车座椅应满足的基本条件，首先介绍了人机工程学的基本概念，从汽车座椅的结构性，汽车座椅的基本尺寸，汽车座椅的空间，汽车座椅的安全性等方面进行了讨论，随着汽车产业的发展，符合人机工程学的产品必将获得更大的发展，符合人机工程学的作品必将成为新的发展趋势。