汽车座椅抗疲劳设计研究

孙环

摘 要：疲劳驾驶是引发交通事故的重要原因。疲劳驾驶的出现，一方面是由于汽车驾驶员休息时间不足，另一方面是由于不合理的驾驶姿势导致疲劳加剧，最终引发危险事故。基于此，本文就汽车座椅抗疲劳设计展开分析和探讨，并提出汽车座椅抗疲劳设计的思路和方法，以提高驾驶员的驾驶体验，保障交通安全。

关键词：汽车座椅；抗疲劳；舒适

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.187

1 驾驶疲劳的成因

汽车驾驶是一项考验脑力和体力的劳动。在汽车驾驶过程中，驾驶员不但需要大量的体力劳动来保持汽车的正常运转和行驶，同时还需要保持足够清醒的头脑和集中的注意力，以应对驾驶过程中可能会出现的各种情况。长时间处于这种状态下，神经系统高度紧张，身体姿势长期保持，驾驶员很容易产生一定的疲劳感，从而造成疲劳驾驶。在疲劳驾驶状态下，驾驶员的注意力容易被分散，意志也会被削弱，反应速度随之减慢，对外界信息的接收能力下降。这种情况下，驾驶员极易产生操作上的失误，导致交通事故的发生。

2 汽车座椅的人体工程学分析

2.1 人体坐姿生理特性

不理想的坐姿，会形成驾驶员不合理的脊柱形态，在这种状态下长期驾驶，容易造成腰椎负荷和肌肉负荷的加大，从而使驾驶员产生疲劳感。探索研究合适的座椅结构并进行尺寸设计，能使驾驶员保持合理的脊柱形态，有效缓解疲劳感。

驾驶员处于坐姿状态下，其身体重量所产生的压力由坐垫和靠背分担。如果体压分布不合理，集中对肩胛骨和腰椎部位施以压力，就会导致驾驶员背部不适，同样会产生较大的疲劳感。

2.2 环境分析

振动会对驾驶员产生较大影响。振动所造成的影响主要体现为局部的生物动力学反应、生理反应以及人体机能的减退等，这对于驾驶员而言是非常严重的。如果外界所产生的振动接近器官的共振频率，振幅就会迅速增大，此时驾驶员自身的器官生理反应将会达到最大，极易出現视觉作业效率下降和动作准确度下降等现象。

此外，温湿度也会对驾驶员疲劳感造成一定影响。人体处于高温、高湿环境中时，会感受到不适，具体表现为四肢乏力、精力不集中等。在驾驶过程中，如果座椅无法提供舒适的温度和湿度环境，那么人体可能会产生不适感，从而加剧疲劳。

3 汽车座椅抗疲劳设计思路及方法

3.1 结构参数

汽车座椅的结构参数，需要从振动、坐姿、操作舒适度等几个方面分析：首先，汽车座椅尺寸，决定了驾驶员的坐姿和操作舒适度。汽车座椅的尺寸设计参数主要包括椅面高度、宽度、深度等。椅面的高度定义为椅面前缘到驾驶员踵点的垂直距离。从驾驶员的驾驶姿势来看，设计中必须要考虑座椅角度对腿部肌肉的影响。在座椅宽度方面，一般认为在车内空间允许的情况下，座椅应该越宽越好，这样更有利于驾驶员调整和变换姿势。椅面深度，是指椅面前缘到靠背前面的水平距离。座椅深度决定了人体腰部所受到的靠背支撑度，以及腿部的弯曲舒适度。靠背高度和宽度，与驾驶员的坐姿肩高和肩宽有关。在设计过程中，应该综合考虑驾驶员的个体差异，并尽量采取高靠背的设计。

3.2 静态舒适性设计

座椅静态舒适性设计需要坚持以下几个原则：

（1）座椅的结构和尺寸与其功用有关；（2）座椅的尺寸必须参照人体测量学数据；（3）座椅可适当调节，以满足驾驶坐姿的调整；（4）座椅所应用的材料应该满足人体舒适度需求；（5）座椅的位置要与其驾驶空间相匹配。

在座椅的静态舒适性设计中，应进行生物坐姿力学分析，研究表明，坐姿时将臀部稍离靠背往前移，使上体向后微微倾斜是最为舒适的姿势。同时，躯体的大腿、小腿和脚掌也应保持一定的角度。（如图1所示）

与此同时，座椅的静态舒适性设计还应考虑驾驶者的心理空间感，一般来说，驾驶者希望有较大的空间感，狭窄的空间会使驾驶者产生回避反应，加快心理疲劳，故通常座椅空间要大于操作空间。最后，座椅的静态舒适性设计还要考虑温湿度、材质。例如使用透气性较好的材料，增强座椅透气性；使用主动通风式座椅，消除驾驶者产生的热量，减轻驾驶疲劳。

3.3 动态舒适性设计

在驾驶过程中，驾驶员主要受到横向、纵向及垂直方向的振动力，这些振动通过座椅传递给驾驶员，引起其全身性振动，因此，汽车座椅的动态舒适性设计必须减轻驾驶者受到的振动。在设计中，主要可以采取以下措施：

（1）降低座椅共振频率，尤其是降低对人体影响最大的高频区；

（2）降低共振的传递率，主要是弹簧以下的共振，以及来自靠背的振动；（3）将路面—轮胎、悬架、座椅—驾驶者看作一个整体力学系统，在协调各方的情况下使驾驶员不易感受到疲劳。最后，汽车座椅要与汽车其他减振系统相匹配，使驾驶员处于最合适的减振环境中，从而减少驾驶员的疲劳感。

4 结束语

汽车座椅的舒适性是关系到驾驶员驾驶体验的关键因素，也是汽车产品人体工程学设计的重要方面，在设计中，设计者要熟练应用人机工程学理论和生物力学理论，最大化地提高汽车座椅的舒适性与安全性，提高设计水平，创造出更适合人类使用的汽车，将座椅的人机效能发挥到最高水平。

参考文献：

[1]田福松，罗龙飞.基于人机工程学的汽车座椅设计研究[J].农机使用与维修，2014（10）.

[2]于文卫.人体工程学与汽车座椅设计[J].现代制造技术与装备，2014（06）.