基于人机工程学的汽车座椅设计研究

田玎玎

摘 要 研究汽车座椅和人体生理特性，让乘客在乘坐过程中减少疲劳，提高舒适度和安全性。通过对人体生理特性、汽车座椅的基本尺寸、安全和舒适相关特性的对比分析和研究，得出汽车座椅设计的参考性理论，得到了汽车座椅设计在尺寸设计、舒适度和安全性方面的基本理论。

关键词 汽车座椅 人机工程学 舒适度 安全性

中图分类号：TB47 文献标识码：A

0引言

随着时代的发展，人们生活方式逐渐发生改变。汽车作为现代生活必备的工具之一，也在发生着飞速的变化。人们在追求汽车方便，快捷的同时，汽车的舒适性，安全性也被人们所追求。座椅作为连接人与汽车的桥梁，也起着至关重要的作用。

1人体坐姿生理特性分析

1.1坐姿时脊柱的形态

人处在坐姿状态时，身体主要是靠脊柱、盆骨、腿和脚支撑。脊柱位于人体的背部中央，是人体的主要支撑。人处于不同的坐姿，脊柱的形态也会不同，只有座椅的结构和尺寸设计使驾驶员的脊柱形态接近于正常自然形态时，才会减少腰椎以及腰背部肌肉的负荷，防止驾驶疲劳的发生。

1.2座垫上的体压分布

根据人体组织的解剖学特性，坐骨结节处是人体最耐受压力的部位，适合承重，而大腿下靠近表面处因有下肢主动脉分布，承担过量压力会影响血液循环，故不宜承受重压。因此，座垫上的压力分布，应根据臀部不同部位承受不同压力的原则来分配，即在坐骨处承受压力最大，自大腿部位时承受压力降至最低，这就是座垫设计的压力分布不均匀原则。

2人体对车内振动反应

研究表明，人体最敏感的频率范围，纵向振动为4～8Hz，横向振动为1～2Hz。外界振动频率接近人体器官的振动频率时，会产生共振，振幅迅速增大，此时会引起器官剧烈的生理反应。

另外人体在振动环境中会加速疲劳的产生。而当振动环境中的振动特性处于人体神经系统的敏感区域时，这种刺激会传入大脑皮质，引起大脑皮质细胞的持续兴奋。当刺激达到一定限度时，皮质细胞的工作强度将会减弱，疲劳会加速产生，工作效率明显下降。

3座椅舒适性

3.1静态舒适性

座椅的静态舒适性设计须考虑的因素很多，可以概括为以下基本原则：座椅的形式和尺度与其功用有关；座椅的尺度必須根据人体测量学的数据确定；座椅可适当调节，以满足坐姿的变换；座椅所使用的材料应满足人体的舒适性；座椅的位置要与其作业空间相协调，便于人员作业。

3.2动态舒适性

座椅的动态舒适性主要与其振动特性有关。行驶中车辆的随机振动和车辆本身的机械振动是引起驾驶疲劳的主要原因。汽车行驶过程中，人员会受到纵向，横向及垂直三个方向上的线振动以及角振动，其中，以垂直振动和绕纵，横纵标轴的角振动的影响较大。振动通过座椅传递到人体的臀部，后背部，从而引起全身性振动。因此，在设计汽车座椅时应尽量避免人体敏感区的振动。

在座椅设计可采取的措施为：减小座椅共振频率，降低对人体最有影响的高频区；降低共振时的振动传递效率；降低座椅10Hz附近的振动传递率，以减轻弹簧以下的共振影响和减少来自座椅靠背的高频振动；把路面—轮胎、减震悬挂、座椅—人三者看作一个整体大动力学系统，寻求在各种路面下，乘员不易疲劳的最优结构。

4汽车座椅的安全性

汽车座椅的安全性，是指座椅有效预防事故的发生，并在事故发生时有效减轻乘员所受伤害的能力。根据座椅在碰撞事故发生时和发生后对减轻乘员伤害程度的不同作用，可以将座椅的安全性分为主动安全性和被动安全性两个方面。

4.1汽车座椅的主动安全性

座椅的主动安全性是指座椅能够有效地防止事故发生的能力。驾驶员视野、驾驶员定位以及其它汽车控制系统功能的发挥，以及这些系统之间的配合也会不同程度的影响到座椅的主动安全性。与此同时，座椅的舒适性和主动安全性有关，舒适的座椅可以为驾驶员提供一个良好的工作环境，使其心情愉快、精力集中，从而有效地预防交通事故的发生，提高汽车的主动安全性。

4.2汽车座椅的被动安全性

座椅的被动安全性是指汽车发生了交通事故后，能够对车内人员进行保护，避免其发生伤害或使伤害降至最低程度的性能。一个好的汽车座椅要能够减轻驾驶员及乘员的疲劳来满足主动安全性要求，更要有足够高的结构强度和刚度，以便与安全带和安全气囊一起对乘员定位的同时缓和碰撞的强度，使乘员的损伤达到最小。在加强座椅结构本身吸能性的同时，人们开始研究把安全气囊安装在座椅靠背侧面，为乘员提供安全保护。这种带有安全气囊的座椅已经开始应用在各种高档轿车中。

5结语

从人机工程学的角度出发，对汽车座椅的基本尺寸，结构，以及其他特性进行优化的设计，使驾驶座椅具有良好舒适性和安全性。

参考文献

[1] 杜子学.汽车人机工程学.北京：机械工业出版社，2011.2.

[2] 肖生发.汽车工程概论.北京：北京理工大学出版社，2010.1.

[3] 朱序璋.人机工程学.西安：西安电子科技大学出版社，1999.11.