一种符合人体特征的驾驶室座椅舒适性设计

2016-09-19山西中北大学机械与动力工程学院刘一雄王凡

河北农机 2016年3期

关键词：座垫驾驶室坐姿

山西中北大学机械与动力工程学院　　刘一雄　王凡

一种符合人体特征的驾驶室座椅舒适性设计

山西中北大学机械与动力工程学院刘一雄王凡

确保驾驶员正确的坐姿以及满意的舒适度，对驾驶室座椅的尺寸进行科学合理的设计具有极其重要的意义。一个性能良好的座椅，首先必须满足我国成年人的人体尺度，其次要选择合适密度的材质，再次要科学地设计座椅外形。

驾驶室座椅；人体尺寸；舒适性

1　研究意义

由于中国成年人人体尺度GB10000表格列值均为裸体测量结果［1］，在进行车辆驾驶室的座椅设计时，需要考虑穿鞋所引起的高度变化量和穿着衣服所引起的围度、厚度变化量。其次，由于在对人体进行测量时，都要求挺直躯干，而在实际正常驾驶中的驾驶员均为自然放松的姿势，因此还需考虑由姿势变化所引起的变化量。

2　研究内容

根据我国国家标准《在产品设计中应用人体尺寸百分位数的通则》，对产品的功能尺寸进行了设定：产品最小功能尺寸是人体尺寸百分位数与功能修正量（包括穿着修正量、姿势修正量、操作修正量）两者的总和；而产品最佳功能尺寸是人体尺寸百分位数与功能修正量和心理修正量三者的总和。

2.1座椅高度设计

驾驶室座椅高度即座椅座面前缘高度，高身材男子和低身材女子其适宜的驾驶座椅坐高相差很大，所以在进行设计时选择50百分位的中国成年男女“小腿+足高”进行设计，同时要考虑功能修正量（穿着修正量、姿势修正量、操作修正量），另座面的高度要略低于“小腿+足高”10mm左右，这样可以减少臀部压力，并且可以方便双脚移动［2］。计算得出：

座椅高度=｛（第50百分位男子“小腿+足高”（413mm）+穿鞋修正量（男25mm）+着衣修正量（6mm））+（第50百分位女子“小腿+足高”（382mm）+穿鞋修正量（女20mm）+着衣修正量（6mm）｝/2-10mm=416mm，座椅的高度设计尺寸取420mm。

座椅高度的调节范围为：（第5百分位女子“小腿+足高”（342mm）+穿鞋修正量（女20mm）+着衣修正量（6mm）-10mm）～（第95百分位男子“小腿+足高”（448mm）+穿鞋修正量（男25mm）+着衣修正量（6mm）-10mm），即358mm～469mm，调节范围为取360mm～470mm。为了便于不同身材驾驶员的驾驶，并让其舒适地操作，需给驾驶座椅设置高度调节机构。

2.2座面宽度及座面深度设计

为方便驾驶员随意调节坐姿，座面宽度的设计要略大于人体坐姿臀部的宽度，但是座宽不可太宽，否则无法给驾驶员提供稳定的位置。由于女性的臀部宽度比男性大，所以在设计时采用第95百分位的女性“坐姿臀宽”，查表得382mm［3］。考虑到着衣修正量，以及便于驾驶员调整坐姿的空间，建议取400mm。

在进行座椅座深设计时，要注意座面必须要有支承面积，确保臀部边缘及大腿在椅面能够获得弹性支承，从而确保驾驶员乘坐及操作的稳定性。由于座面深度太深会对驾驶员腿部造成压力，影响血液循环，并且为了便于使腰背部获得腰靠的支托，座深设计要宁浅勿深。计算时取男、女第5百分位的“坐深”进行计算：｛第5百分位女子“坐深”（401mm）+着衣修正量（6mm）+ 第5百分位男子“坐深”（421mm）+着衣修正量（6mm）｝/2=417mm，取420mm。座深一般要设计调节机构，这样体型庞大的驾驶员在乘坐时，可通过滑出座垫的方式来增大座深，但其最大座深要小于第95百分位男子的“坐深”（494mm），一般取480mm，即座垫最大滑出60mm。

2.3靠背设计

根据坐姿的舒适性要求，驾驶室的驾驶座椅靠背要略微向后倾斜，保证人体脊柱的自然轻松姿势，减少影响驾驶员健康的不良因素。虽然在靠背倾角为115°时，腰椎的弯曲与自然形态最接近，是最舒适的姿势［3］，但同时也要考虑到驾驶作业的特殊性，保证驾驶员良好的视野以及对操纵装置方便、正确的操作。一般而言，取95°～105°，在设计时可以设计为可调节的机构，这样可以方便不同的驾驶员使用，并尽可能满足其需求，对于长时间驾驶的车辆，可适当加大调节度数，便于驾驶员在停车时可以休息。

进行靠背高度的设计时选择50百分位的中国成年男女“坐高”进行设计，同时要考虑功能修正量，另要考虑到枕骨的位置。靠背高度=｛第50百分位男子“坐高”（908mm）+第50百分位女子“坐高”（855mm）｝/2+着衣修正量（6mm）-枕骨位置（108mm）=779.5mm，取整为780mm。靠背的宽度与坐姿肩宽有关，由于靠背过宽不利于保持身体的稳定，所以一般取第95百分位男子的“最大肩宽”（446mm）进行设计，一般取450mm。

另外，靠背的底部不适宜与人体的臀部接触，离座垫留一定的缝隙，这样不仅使驾驶座椅通风透气，而且可以防止在车辆运行振动时，驾驶员臀部向前滑动。靠背和头枕处注意设计出一定的弧面形状，在肩靠和腰靠位置（距离座面165mm～210mm），设计出舒适的支承，以提高驾驶员座椅的舒适性。由于车辆在运行中遇振动将产生横向力，因此靠背两侧要稍微隆起以减轻驾驶员身体的横向移动，缓冲横向振动对驾驶员的冲击。

2.4座垫倾角设计

驾驶员在进行作业时，为防止驾驶员臀部下滑坐不稳，并保证驾驶员操作舒适（可自然向后倚靠），座垫应该前高后低，有一定的倾斜度，即座垫相对于水平面的夹角，一般取0°～5°［4］。对于长途运行的车辆，驾驶员对座椅舒适性的要求更高，所以此类车辆座椅应设计成带调节的机构，使其更具灵活性和更高的舒适性，方便驾驶员改变坐姿，放松紧张的肌肉。

2.5座椅扶手设计

驾驶室司机座椅一般会设置扶手，扶手可以起到支承手臂、缓解并减轻肩部负担的作用，在对座椅的扶手进行设计时，需要考虑其高度和宽度。另外，由于驾驶室中空间位置有限，不仅要确保驾驶员可以很舒适便捷地进行操作作业，而且要考虑到在突发状况时驾驶员可以轻松、方便地离开座椅。因此，座椅扶手最好设计成垂直方向的折叠扶手，其扶手长度的设计还要考虑到当座椅处于向前位置时，其长度要避免接触到操作台边缘。进行座椅扶手的高度设计时选择50百分位的中国成年男女“坐姿肘高”进行设计，即：｛第50百分位男子“坐姿肘高”（263mm）+ 第50百分位女子“坐姿肘高”（251mm）｝/2=257mm，由于扶手过高和过低都会使肩部肌肉紧张，因此一般扶手设计略低于“坐姿肘高”，可取250mm。

2.6座垫以及靠垫设计

驾驶座椅的座垫及靠垫的设计需注意要避免使臀部和背部凸出的局部受到过于集中的压力，进行设计时要选择具有一定弹性的椅垫和座垫，从而缓解不适，并且有助于驾驶员保持正确的驾驶姿势。座垫以及靠垫在进行选择时要选择软硬性能适宜的座垫，过硬的座垫会使得压力集中，而过软的座垫则不利于驾驶员的生理调节。

材料选择上，一般用耐磨的多孔材料覆盖，保证座椅的通风、透气以及较长的使用寿命［5］，这样有利于驾驶员的正常排汗。