汽車座椅抗疲勞設(shè)計(jì)研究

王耀西 劉文龍

摘要：疲勞駕駛是引發(fā)交通事故的重要原因。疲勞駕駛的出現(xiàn)，一方面是由于汽車駕駛員休息時(shí)間不足，另一方面是由于不合理的駕駛姿勢(shì)導(dǎo)致疲勞加劇，最終引發(fā)危險(xiǎn)事故。基于此，本文就汽車座椅抗疲勞設(shè)計(jì)展開分析和探討，并提出汽車座椅抗疲勞設(shè)計(jì)的思路和方法，以提高駕駛員的駕駛體驗(yàn)，保障交通安全。

關(guān)鍵詞：抗疲勞汽車座椅設(shè)計(jì)分析

人機(jī)工程學(xué)（Human Engineering）主要把人和環(huán)境作為系統(tǒng)的研究對(duì)象，運(yùn)用心理學(xué)，環(huán)境學(xué)和生理學(xué)的相關(guān)知識(shí)，根據(jù)人和機(jī)械設(shè)備的工作特點(diǎn)，合理的分配人和機(jī)械設(shè)備在工作中所承擔(dān)的責(zé)任使之相互協(xié)調(diào)工作，并且為人創(chuàng)造最舒適的工作環(huán)境，使工作效率達(dá)到最大的綜合性學(xué)科。汽車座椅是否符合人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)要求，不僅對(duì)汽車能否充分利用汽車空間，而且對(duì)汽車的性能和駕駛員舒適性具有重要的影響。因此，本文將從人機(jī)工程學(xué)的角度分析汽車座椅對(duì)駕駛員舒適性的影響，并從兩個(gè)方向（動(dòng)態(tài)和靜態(tài)）論述汽車座椅的人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)。

1 駕駛疲勞的成因

汽車駕駛是一項(xiàng)考驗(yàn)?zāi)X力和體力的勞動(dòng)。在汽車駕駛過程中，駕駛員不但需要大量的體力勞動(dòng)來保持汽車的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和行駛，同時(shí)還需要保持足夠清醒的頭腦和集中的注意力，以應(yīng)對(duì)駕駛過程中可能會(huì)出現(xiàn)的各種情況。長時(shí)間處于這種狀態(tài)下，神經(jīng)系統(tǒng)高度緊張，身體姿勢(shì)長期保持，駕駛員很容易產(chǎn)生一定的疲勞感，從而造成疲勞駕駛。在疲勞駕駛狀態(tài)下，駕駛員的注意力容易被分散，意志也會(huì)被削弱，反應(yīng)速度隨之減慢，對(duì)外界信息的接收能力下降。這種情況下，駕駛員極易產(chǎn)生操作上的失誤，導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。

2 汽車座椅的人體工程學(xué)分析

2.1 人體坐姿生理特性

不理想的坐姿，會(huì)形成駕駛員不合理的脊柱形態(tài)，在這種狀態(tài)下長期駕駛，容易造成腰椎負(fù)荷和肌肉負(fù)荷的加大，從而使駕駛員產(chǎn)生疲勞感。探索研究合適的座椅結(jié)構(gòu)并進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)，能使駕駛員保持合理的脊柱形態(tài)，有效緩解疲勞感。

駕駛員處于坐姿狀態(tài)下，其身體重量所產(chǎn)生的壓力由坐墊和靠背分擔(dān)。如果體壓分布不合理，集中對(duì)肩胛骨和腰椎部位施以壓力，就會(huì)導(dǎo)致駕駛員背部不適，同樣會(huì)產(chǎn)生較大的疲勞感。

2.2 環(huán)境分析

振動(dòng)會(huì)對(duì)駕駛員產(chǎn)生較大影響。振動(dòng)所造成的影響主要體現(xiàn)為局部的生物動(dòng)力學(xué)反應(yīng)、生理反應(yīng)以及人體機(jī)能的減退等，這對(duì)于駕駛員而言是非常嚴(yán)重的。如果外界所產(chǎn)生的振動(dòng)接近器官的共振頻率，振幅就會(huì)迅速增大，此時(shí)駕駛員自身的器官生理反應(yīng)將會(huì)達(dá)到最大，極易出現(xiàn)視覺作業(yè)效率下降和動(dòng)作準(zhǔn)確度下降等現(xiàn)象。

此外，溫濕度也會(huì)對(duì)駕駛員疲勞感造成一定影響。人體處于高溫、高濕環(huán)境中時(shí)，會(huì)感受到不適，具體表現(xiàn)為四肢乏力、精力不集中等。在駕駛過程中，如果座椅無法提供舒適的溫度和濕度環(huán)境，那么人體可能會(huì)產(chǎn)生不適感，從而加劇疲勞。

3.設(shè)計(jì)分析

3.1幾何參數(shù)分析

座椅的設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括舒適性參數(shù)和座椅幾何尺寸參數(shù)，座椅的舒適性參數(shù)（除去舒適性參數(shù)中的震動(dòng)舒適性參數(shù)）主要有座椅的幾何尺寸參數(shù)決定。座椅舒適性主要由坐姿舒適性，操作舒適性和震動(dòng)舒適性三部分組成。震動(dòng)舒適性一般由汽車的主要材料和汽車設(shè)計(jì)所決定，操作舒適性和震動(dòng)舒適性一般由座椅的幾何尺寸和空間大小決定。座椅的幾何尺寸可以由人體舒適性要求通過查相關(guān)文件和試驗(yàn)測(cè)得。座椅幾何尺寸設(shè)計(jì)主要包括座椅的寬度，座椅和靠背的傾角，座椅的深度，座椅的高度，靠背的寬度和靠背的高度。[2]關(guān)于每一項(xiàng)幾何設(shè)計(jì)參數(shù)的定義在此不做詳細(xì)的說明，在這里只是提出每個(gè)幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)要求：1在空間允許的條件下，座椅的寬度越寬越好2椅面深度應(yīng)該使人坐下后能夠滿足背部的受力要求3靠背的最小寬度不能夠小于駕駛員的肩寬4靠背的高度不能夠低于人體坐下的肩高5靠背傾角不能夠過大或者過小。

3.2靜態(tài)設(shè)計(jì)

座椅靜態(tài)舒適性的分析主要考慮一下幾項(xiàng)影響因素：1座椅的位置對(duì)操作人員操作操作方便性的影響2座椅的尺寸滿足人體空間活動(dòng)的需求，且根據(jù)人體測(cè)量學(xué)的數(shù)據(jù)綜合分析所得3座椅的材料是否有利于散熱，是否能夠是人體感到舒適4座椅的具體形式和尺寸是否滿足功能的要求5座椅是否具有足夠的空間以滿足變換坐姿的需求。[3]

3.3動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

振動(dòng)特性主要決定座椅的動(dòng)態(tài)舒適性，其中對(duì)動(dòng)態(tài)舒適性起決定性影響就是剛度參數(shù)和阻尼系數(shù)，這主要因?yàn)槿藱C(jī)的共振頻率取決于剛度參數(shù)，座椅的振動(dòng)衰減特性主要取決于阻尼系數(shù)。在駕駛員行駛的過程中受到的振動(dòng)來源于三個(gè)方向，其中橫向振動(dòng)對(duì)人的影響較大。這種振動(dòng)主要通過座椅傳遞到人體的臀部，從而引起全身振動(dòng)，導(dǎo)致共振。所以，在汽車座椅的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量使人體敏感振動(dòng)帶與座椅保持一定的距離。

4.汽車座椅舒適度研究

4.1汽車座椅舒適性設(shè)計(jì)的重要性

關(guān)于人機(jī)工程學(xué)在汽車座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，其可行性可以分為概念化階段、具體化階段、周詳設(shè)計(jì)階段及檢驗(yàn)校核階段等多階段進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.1.1概念化階段：整體設(shè)計(jì)的理念和宗旨，是保證今后具體設(shè)計(jì)得以順利進(jìn)行的前提條件。對(duì)座椅設(shè)計(jì)概念化進(jìn)行設(shè)定的過程，涉及座椅相關(guān)的功能、構(gòu)造和材料以及形狀等問題。

4.1.2具體化階段：按照在概念化階段設(shè)定的設(shè)計(jì)方案，解決座椅的構(gòu)造、功能和精致感問題并創(chuàng)造出其基本形狀；

4.1.3周詳設(shè)計(jì)階段：重點(diǎn)放在符合整體的外觀和核心架構(gòu)的設(shè)計(jì)上。產(chǎn)品的外觀、座椅的造型以及穩(wěn)定的構(gòu)造應(yīng)該既反映其精湛設(shè)計(jì)，又能實(shí)現(xiàn)人們對(duì)舒適性的要求，這就是汽車座椅設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

4.2座椅舒適度研究

座椅舒適度的指標(biāo).

根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，為保證座椅的舒適度，針對(duì)靜態(tài)舒適度，設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則：

4.2.1座椅尺寸用設(shè)計(jì)時(shí)的假人進(jìn)行校驗(yàn)；

4.2.2座椅應(yīng)可調(diào)節(jié)，能使駕乘者變換姿勢(shì)，并最大范圍滿足乘坐要求；

4.2.3座椅應(yīng)能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)給腰部充分的支撐，使脊柱接近于正常彎曲狀態(tài)。

上述各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)通過不同的方法，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理來設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)。其中座椅的幾何相關(guān)特性應(yīng)符合人體測(cè)量學(xué)特征。如座寬對(duì)應(yīng)人的臀寬，它的設(shè)計(jì)應(yīng)符合身材高大的人，適宜采用較大百分位的女性測(cè)量值為設(shè)計(jì)依據(jù)；靠背的尺寸與坐高及肩寬有關(guān)，舒適的靠背形狀與人體脊柱曲率有關(guān)等。壓力分布特征要符合人體坐姿：根據(jù)人體脊椎骨受力特征，座墊上合理的壓力分布應(yīng)是坐骨處最大，并向四周遞減，大腿部位壓力最小；靠背處腰椎部應(yīng)有強(qiáng)大的支撐，沿此向外逐漸減小；另外，左右兩邊壓力應(yīng)當(dāng)對(duì)稱分布。

結(jié)語

汽車座椅通過人機(jī)工程學(xué)分析不僅可以提高座椅的舒適性還可以有效的降低駕駛員的疲勞感，減少交通事故發(fā)生率。由于掌握知識(shí)的現(xiàn)狀可能還存在許多的不足，如有問題還望大家共同探討。

參考文獻(xiàn)：

[1]李頻英.基于人機(jī)工程學(xué)的抗疲勞汽車座椅設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，22：47.

[2]田福松，羅龍飛.基于人機(jī)工程學(xué)的汽車座椅設(shè)計(jì)研究[J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2014，10：26-27.