汽车驾驶座椅的人机工程学设计

【摘 要】汽车已经成为人们日常生活中必不可少的交通工具,汽车座椅是人和汽车直接接触的界面,其设计的好坏直接影响着人们驾乘的舒适度.随着科学技术的不断发展,人们对生活要求的提高,越来越多的设计师开始意识到,产品能否被用户接受不仅仅取决于产品的技术特征、和怎么写作,更多的是取决于其外观造型和人机工程学设计.本文就以人机工程学为基础依据,对汽车座椅进行了综合研究,对其头枕和腰靠两个部分进行了设计.

【关 键 词】人机工程学汽车座椅设计

一、汽车座椅的设计要求

在汽车行驶过程中,驾驶员采用坐姿驾驶,这样腰椎就会偏离正常状态,如果长时间驾驶就会引起要不疲劳.这就要求设计合理的座椅,以减少驾驶过程中的疲劳.对于汽车来说其座椅的设计要满足以下两个方面的内容：

(一)良好的静态特性

1.座椅的尺寸和形状要根据人才测量学给出的相关资料来确定,以保证驾驶员能够选择合适的坐姿.即能够使其肌肉放松,血液通畅,身体稳定并处在舒适的活动范围内.

2.臀部和坐骨结节应该能够承受人体大部分的重量,使座椅前缘大腿处与座椅间的压力尽可能的小.

3.靠背的支撑方式要合理,以保证驾驶员的腰椎、椎间盘及软组织能够承受上半身大部分的负荷.

4.驾驶员在保证不滑脱的情况下能够方便的更换坐姿.

(二)良好的动态特性

1.在合理的范围内座椅要能够实现尺寸和位置的调整,以保证驾驶员能够根据自身条件选择合适的位置,但是考虑到空间的限制,应尽量减小需要调节的尺寸和位置.

2.座椅要能够起到缓冲的作用,以减少路面不平带来的影响,避免驾驶疲劳.

3.座椅还要具有较好的软硬度和温湿度,既能够让驾驶员保持在一种稳定的坐姿状态不产生疲劳,又能够起到透气增加舒适度的作用.

4.要有足够的强度、刚度和合适的使用寿命,以保证驾驶过程中的安全性.

二、汽车座椅的参数选取原则

对于汽车座椅来说其尺寸的基准是人才尺寸,下面是人机工程学中座椅参数的选择方法：

高度：对于座椅来说其高度要跟驾驶员大腿在同一水平线上,既要保证大腿肌肉不会受到挤压,又要保证驾驶员背部肌肉不受增加的负荷作用.

座宽：对于不同体型的人要能够适应,一般情况下是参考女性群体臀宽尺寸的上限.座宽也不宜太大,否则肘部就会失去支撑,引起驾驶疲劳.

座深：它是指座椅前端到靠背之间的距离的大小,一般情况下应使靠背能够方便的支撑腰椎.如果座深过大腰椎得不到有效的支撑就会改变腰部曲线[1],或者驾驶员不得不向前移动,这样又会压迫膝窝.所以在设计座深时要按照大多数的人群来设计,这样既能保证身材矮小者能够驾驶舒适,又能够保证身材高大人的小腿得到有效的支撑,避免大腿疲劳.

座面倾角：座面与水平面之间的角度.一般情况下座面后倾,这样能够使背部获得有效的支撑,还能够防止驾驶过程中由于震动等滑出座椅.通常座面倾角的大小为5°～15°,太大的话就会在驾驶过程中压迫腹部,破坏腰椎曲线,造成驾驶员生理上的伤害.

椅垫：在驾驶过程中,驾驶员与座面接触的只有其臀部的两块坐骨结节,大约承受了人体75%的重量,长时间的驾驶就会造成压力疲劳,产生臀部麻木感.如果在座椅上加上坐垫,那么驾驶员臀部与座椅的接触面积就会大大增加,压力大大减小.另外坐垫还可以起到稳定坐姿的作用,坐垫选择时不宜选用过硬或者过软的.

三、汽车座椅的人机工程学设计

为了保证驾驶员驾驶过程中不会产生疲劳,在设计过程中就要根据人机工程原理,在座椅面高度,深度和倾角等方面做好设计工作.汽车座椅各参数如下：

椅面高度要能够保证驾驶员在驾驶过程中能够方便的操作方向盘,双脚平放在地板面,同时还要保证其大腿能够水平放置.座椅椅面的高度一般在350～450mm之间,根据实际需要可以进行适当调整,但是最低不得低于300mm.

在上一节中我们知道座椅的宽度是根据人体臀部的宽度进行设计的,但是由于人性别和体型等方面的差异较大,在座椅宽度选择时非常困难.采用宽度可调节的座椅,在设计时非常困难,增加了汽车的成本.综合各方面的因素考虑我们将座面的宽度定在450～500mm之间,这样既能保证驾驶员小臂能够得到有效支撑又能够便于驾驶员进行坐姿调整,从而保证驾驶的操纵方便性.

(三)倾角

根据人机工程学原理[3],座椅的椅面是前高后低,对于轿车来说其椅面的倾角用A40来表示,单位是度.对于A型车骑椅面倾角一般在15～40°之间,B型车载11～18°之间,这样驾驶员在驾驶过程中能够实现坐姿稳定,在刹车震动等情况下不会过度前倾或者滑出椅面,在加速或者启动时也不会过度后仰,影响操作安全性[2].另外座椅的深度要小于驾驶员大腿的长度,否则就会降低其乘坐舒适性和稳定性.

(四)靠背高度和靠背的倾角

座椅靠背的高度和宽度要根据人体的参数来决定,不同的驾驶员其身形来决定,一般情况下座椅靠背的高度和宽度都不能对驾驶操作产生妨碍.靠背倾角是汽车座椅人机工程学设计中非常重要的参数,它是座椅靠背直线与椅面之间的夹角,一般情况下取117°为宜,这样能够保证坐姿下脊椎的舒适性[4].

四、结论

驾驶舒适性与汽车座椅的设计密切相关,它的设计比一般工作座椅的设计有很大的区别.虽然人们对汽车座椅的研究已经有很长的历史,但是其舒适性还有待进一步提高.论文从人机工程学的原理出发,通过对人体模型的研究,对汽车座椅进行了设计,保证了驾驶员在驾驶过程中的坐姿舒适性和操作舒适性.