汽车驾驶座椅的人机工程学要素.doc

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3、 , Q+ * |& J汽车中的座椅是影响驾驶与乘坐舒适程度的重要设施，而驾驶员的座椅就更为重要。舒适而操作方便的驾驶座椅，可以减少驾驶员疲劳程度，降低故障的发生率。汽车驾驶员座椅设计优劣与否直接关系到驾驶质量。 8 r) J$ o3 H) e8 k- * R三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa& qB9 : G d$ # & E本文以人因分析为手段，以设计出合理的驾驶座椅来满足驾驶员人体安全、舒适为设计目标，得到结论：驾驶座椅安全性设计应着重考虑人（驾驶员）坐姿生理特性及人体对车内振动、微气候的反应

4、等两大方面。并从主动安全性设计、被动安全性设计两个方面详尽分析了驾驶座椅安全性设计的思路。技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江* P! | 5 Y* Z0 g5 a! t, t9 z1. 人座椅系统安全性设计中人的因素分析三维网技术论坛任何系统实际上都是人机系统，人机系统包括人、机、环境三个方面。显然驾驶员-座椅也属于人机系统研究的范畴。人机系统的安全模式多以人的行为为主体，即以人为本。对人机系统的研究始于第二次世界大战。在设计和使用高度复杂的军事装备中，人们逐步认识到必须把人和机器作为一个整体，在系统设

5、计中必须考虑人的因素。 & |/ E1 1 , $ T% K& w* z8 B4 5 y& x7 r+ X, S$ g f3 L9 H1.1 人（驾驶员）坐姿生理特性分析（1）坐姿时脊柱形态 , n人坐着时，身体主要由脊柱、骨盆、腿和脚支承。脊柱位于人体的背部中央，是构成人体的中轴。人处于不同的坐姿时，脊柱形态不同，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状态，才会减少腰椎的负荷以及腰背部肌肉的负荷，防止驾驶疲劳发生。（2）坐姿体压分布当座椅上的人处于坐姿状态时，人的身体重量作用于座垫和靠背上的压力分布称作坐姿的体压分布。可见，坐姿体压分布包括座垫上的体压分布和靠背上的体

6、压分布两部分。三维网技术论坛- O0 V, J3 2 ! s- s2 F5 A8 4 Q7 3 B 座垫上的体压分布根据人体组织的解剖学特性可知，坐骨结节处是人体最能耐受压力的部位，适合于承重，而大腿下靠近表面处因有下肢主动脉分布，故不宜承受重压。据此座垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来分布，即在坐骨处压力最大，向四周逐渐减少，自大腿部位时压力降至最低值，这是座垫设计的压力分布不均匀原则。图1为坐姿时座垫上的体压分布。图1 座垫上的体压分布维网技术论坛4 B+ R0 P4 r% H1 p- B靠背上的体压分布也以不均匀分布，压力相对集中在肩胛骨和腰椎两个部位。从这两个部位

7、向外，压力应逐步降低。 r7 r |3 ! G) O9 h7 b: f/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江( _4 A2 X4 p( T( X- |6 b（1）人体对振动的反应技术论坛0 h, t0 L: S$ R) l+ t+ Z驾驶员坐在行使中的汽车上所承受的振动属于全身振动的范畴。三维网技术论坛4 % c2 ?; I. J! q( T2 |/ F+ E+ x6 T3 Sq有关研究表明，人体最敏感的频率范围为纵向振动48Hz，横向振动12Hz。当外界振动接近器官的共振频率时，即产生共振，振幅迅速增大，此时引起器官的生理反应最大。外

9、视觉的干扰作用不大，但当振动频率大于4Hz时，视觉作业效率将受到严重的影响，振动频率为1030Hz时，对视觉的干扰最大，振动频率为50Hz、加速度为2m/s2时，视觉下降约50%。振动对操作动作准确性的影响，主要是由于振动降低了手（或脚）的稳定性，从而使操纵动作的准确性变差，而且振幅越大，影响越大。另外人体在振动环境中会加速疲劳过程。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，这种刺激频繁传入大脑皮质，引起大脑皮质细胞兴奋。当达到一定限度时，皮质细胞的工作强度将减弱，人就会感到疲劳，工作效率明显下降。（2）微气候 u# y* W1 G7 |6 Z研究表明,驾驶员在驾驶状态下的舒适温度

11、三维网技术论坛: y* g( y1 m$ ) l5 v( 主动安全性是指汽车驾驶座椅防止事故的能力。汽车驾驶座椅的主动安全性设计主要从减轻驾驶员的疲劳入手进行分析设计，以满足主动安全性要求。如前论述，主动安全性主要考虑合理的座椅尺寸设计、座垫上合理的体压分布、靠背上合理的体压分布等为驾驶员提供一个舒适的作业环境，减轻驾驶员的疲劳，从而保证驾驶座椅主动安全性的设计要求。三维网技术论坛9 c( U u3 / A（1）座椅尺寸设计三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江$ d8 A8 q4 L3

12、 Z* D! J% e4 A驾驶座椅尺寸结构设计的研究把注意力集中在人体生理结构特点对驾驶舒适程度的影响上，寻求最佳的座椅结构型式、尺寸、轮廓形状及材料选择。+ d4 o8 5 w座椅尺寸设计主要参数包括：椅面高度、宽度、深度、椅面倾角；靠背的高度、宽度和倾角。座椅尺寸设计涉及主要参数如图2中所示。A.持面高度B.持面宽度C.持面深度 D.金背高度Q.余背倾角尽持面倾角图 2 座椅尺寸设计主要参数椅面高度A：椅面高度定义为椅面前缘至驾驶员踵点的垂直距离。在设计时主要考虑到两点：椅面过高会使大腿肌肉受压，椅面过低就会增加背部肌肉负荷。驾驶座椅的椅面高度应低些。 : C P, o# v* U6

13、Q椅面宽度B：在空间允许的条件下，以宽为好。但对于汽车驾驶座椅来讲，驾驶员坐姿单一，不涉及变换姿势，通常设计应以满足最宽人体需要为准。 j7 Y5 S8 椅面深度C：指椅面前缘至靠背前面水平距离。其尺寸应满足：腰部得到靠背的支承；椅面前缘与小腿之间留有适当距离，以保证大腿肌肉不受挤压，腿弯部分不受阻碍。三维网技术论坛 N1 Q/ T& l三维网技术论坛8 J; |2 1 E$ r9 A+ x! I/ 靠背高度D及宽度：靠背的高度和宽度与坐姿肩高和肩宽有关，对于汽车驾驶座椅靠背的高度应采取高靠背，最好加靠枕。三维网技术论坛: y. p! xK$ S- o) y0 q; # ; W三维|cad

14、|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa8 q/ e- |; G& r; D# |* t8 ; p9 b% u1 靠背倾角：靠背倾角是指靠背与椅面水平方向的夹角。椅面倾角：指椅面与水平之间的夹角。主要考虑到为了防止人体臀部向前滑动而是椅面前缘向后倾。此角不易过大，否则会增加大腿下平面与座垫前缘的压力，从而减少双脚着地的负荷，阻碍血液循环，引起身心疲劳。 ,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江8 N7 nzu7 w;

15、t i通过以上座椅尺寸参数的确定，以保证驾驶员人体脊柱曲线更接近于正常生理脊柱曲线。舒适坐姿的各关节的角度应该满足图3中所示的要求角度。图3舒适坐姿的关节角度% g( N) - E! k$ l5 m0 （2）座椅结构设计 .cn- y6 e- N9 x F) B为了保证座垫上合理的体压分布，座垫应坚实平坦。太软的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，从而导致腰酸背痛的现象的产生。研究表明4：过于松软的椅面，使臀部与大腿的肌肉受压面积增大，不仅增加了躯干的不稳定性，而且不易改变坐姿，容易差生疲劳。 cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa,时空,镇江, b: O4 g2 j7 m7 h依据靠背上体压分布不均匀原则，在座椅靠背设计时应保证有靠背两点支承即就是人体背部和腰部的合理支承。汽车座椅设计时应提供形状和位置适宜的两点支承，第一支承部位位于人体第56胸椎之间的高

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