汽车驾驶座椅人机工程设计

沈青

汽车驾驶座椅人机工程设计

沈青

（江西江铃李尔内饰系统有限公司，江西南昌，330200）

汽车驾驶座椅设计的科学化、人性化，有助于提高汽车驾驶员的舒适度，避免疲劳驾驶引发交通安全事故。基于疲劳驾驶影响因素分析，引入人机工程设计理念，探讨了汽车驾驶座椅设计原则和方法。将坐姿、温度和湿度舒适度作为静态设计重点，将共振频率规避作为动态设计重点。研究表明：汽车生产厂商必须从静态和动态两方面对汽车驾驶座椅设计加以重视，将舒适度指标纳入研发工作中。

汽车驾驶座椅；人机工程设计；驾驶安全；疲劳驾驶；舒适度；共振

引言

汽车对我国百姓来说已不再是奢侈品，而仅仅成为一种出行的代步工具。然而，随着汽车数量的激增，交通事故已经成为危害人民生命安全的一大问题，引起社会对汽车安性的极大关注。根据相关部门统计数据，大约有50%以上的交通事故是由疲劳驾驶引起的。

造成汽车驾驶员疲劳的因素有很多，其中汽车座椅的舒适度是其中之一。针对这种情况，本文意图引入人机工程设计原理，对汽车驾驶员行驶途中出现疲劳感的基本因素进行考察，并结合这些因素提出改进汽车驾驶座椅的设计；根据人体舒适感，提出座椅动态设计理念。

1　疲劳驾驶影响因素分析

所谓疲劳驾驶，一般是指当汽车驾驶员在长时间（持续约4个小时）驾驶后，其身体的生理和心理机能出现大幅度下降，大脑的思考判断能力、身体的反应操作能力会受到较大程度的削弱，而这些症状会通过驾驶员自觉或不自觉的意识而有所表现。当驾驶员出现以上这些情况时，就很可能已处于疲劳驾驶状态[1]。一般来说，疲劳驾驶主要来源于坐姿、震动、温度和湿度等因素。

1.1人体坐姿舒适度

当人体处于最佳坐姿时，其体重会得到均衡分配。当大腿呈水平状自然放松，双脚着地，手臂也不承受身体压迫时，驾驶员会感觉较为舒适。一般来说，人处于坐姿时，身体所产生的大约3/4的压力由座椅承受，因此座椅的设计要尽可能使得乘坐者的臀部受重更为合理均匀。

1.2震动产生疲劳

汽车在行驶过程中会不可避免地发生震动。当驾驶员坐在汽车上时，震动会通过座椅传递到驾驶员身体，从而对驾驶员造成影响。震动对人体所带来的影响不容忽视，当震动幅度过大，或者持续时间较长时，人体的动态反应能力和身体生理机能等都会出现减退。此外，当驾驶人员长期处于震动的空间中时，震动特性传递到驾驶人员的神经中枢，会刺激大脑皮层，使人产生兴奋。如果驾驶员长时间处于这种状态，其脑细胞的工作效率将会衰减，从而产生疲劳感。

1.3温度和湿度影响身体感受

研究人员发现，汽车驾驶员在20℃左右的驾驶温度和50%左右的驾驶相对湿度时的驾驶状态最佳。就汽车座椅来说，其对驾驶员所处温度、湿度的影响主要表现在座椅表面温度和湿度上，座椅表面状况会对人体的背部、臀部等部位造成影响。当座椅所用材质透气性不佳时，会造成人体产生不适感，从而加剧人体疲劳感。

2　汽车驾驶座椅人机工程设计

2.1静态设计

从人体生物学的角度来看，驾驶员的最佳坐姿是臀部离开座椅的靠背并稍向前移，这时驾驶人员的上半身和大腿之间的夹角保持在100°左右。与此同时，大腿、小腿和双脚脚掌之间也要有一定的角度[2]，具体参见图1和表1[3-4]。

图1　舒适驾驶坐姿的人体生理角度示意图

表1　舒适驾驶坐姿的人体生理角度值

一个好的汽车座椅设计通常体现在整车布局提供的空间内。根据百分位假人要求，按照人体工程学要求设计出符合H点（Hip Point，躯干与大腿相连的旋转点）、外观及舒适度的座椅，如图2所示。

图2　座椅舒适度校核图

此外，对汽车座椅的表面温度和湿度进行调控，可以实现对驾驶员身体状况的调整。汽车座椅在设计时要选用透气性更为良好的材料包覆座椅，并在座椅中加入通风式设计，以降低人体长时间倚靠在椅背上所产生的热量感和潮湿感。例如，空调座位上使用孔网状面料，使得座椅下有多个风扇产生空气流通，通过空气循环穿过皮肤，移动的空气带走体内的热量，可以更好地提升驾驶人员的驾驶舒适度，实现缓解疲劳的作用[5]。而在座椅上安装按摩、顶腰、智能化传感和监测系统等，也作为提高舒适度的要求逐渐被纳入到座椅人机工程设计中。

2.2动态设计

汽车座椅动态设计主要指减少震动对人体的影响。在章节1.2中已提到震动对人体的影响，这里再对震动产生的主要机理和座椅设计的注意事项加以探讨。

一般来说，震动是由各种路面状况和汽车本身机械工作而产生的。在汽车行驶时，驾驶员会受到来自水平和竖直两个方向震动的叠加，其中包含直线震动和角震动。在这些震动模式中，竖直震动和角震动对驾驶人员的影响最大，人体各主要部位的共振频率参见表2。

表2　人体各主要部位共振频率

汽车座椅在设计时要参照整车路谱，在座椅震动试验台（图3）上模拟道路行驶，找出座椅共振点，并将其作为设计要点，避开敏感震动频率，以保证座椅舒适度[6]。此外，座椅空气悬挂和纵向减震系统（图4）也作为动态设计内容加入座椅设计行列中。

图3　座椅震动试验台

图4　座椅空气悬挂和纵向减震系统

3　结语

通过全文论分析可以发现：汽车驾驶座椅人机工程设计研究对提升驾驶安全具有重要意义。当前，我国大部分汽车厂家对这一问题仍未起到足够重视，对汽车座椅舒适度研究仍较薄弱，在设计座椅时更多只是考虑其美观性，而忽视了对其静态、动态舒适度的设计。对此，呼吁各大汽车生产厂商加以重视，将汽车座椅舒适度的研发纳入重点工作日程中。

[1]马国忠, 张学尽. 汽车驾驶用座椅的抗疲劳人机工程设计[J].人类工效学, 2004, 10(3): 34-36.

[2]李彦晶, 张亚萍, 尹新权. 基于人机工程的汽车驾驶座椅舒适度设计研究[J]. 机械研究与应用, 2014(5): 28-30.

[3]鞠峰, 薛红军, 苏润娥, 等. 基于人机工程学的汽车驾驶室函数化设计方法[J]. 人类工效学, 2007, 13(4): 33-35.

[4]孙凌玉, 陈全世. 人机工程学在轿车车身安全性设计中的应用[J]. 中国公路学报, 2001, 14(2): 107-110.

[5]李姝瑶, 金昕. 人机工程学下轿车座椅舒适尺度设计研究[J].机械设计与制造, 2014(6): 188-190.

[6]张兰江, 王贵杰. 基于人机工程学汽车驾驶员理想坐姿的研究[J]. 现代科技: 现代物业下旬刊, 2009, 8(11): 20-22.

Ergonomic Design of Automobile Seat

SHEN Qing
(Jiangxi Jiangling Lear Interior System Co. Ltd., Nanchang, Jiangxi, 330200, China)

Scientific and humanized design of automobile seat is beneficial to comfort improvement for automobile drivers and traffic accident avoidance caused by fatigue driving. Based on analysis of fatigue driving factors, concept of ergonomic design is carried out for discussion on principles and methods of design of automobile seat. Sitting posture, temperature and humidity are treated as key to static design, and avoidance of resonance frequency as key to dynamic design. The study shows that, automobile manufacturers should attach importance to design of automobile seat from aspects of both static and dynamic, and focus on key routines for research and development of comfort factor.

Automobile Seat; Ergonomic Design; Driving Safety; Fatigue Driving; Comfort; Resonance Frequency

TB21

A

2095-8412 (2016) 05-966-03工业技术创新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.037

沈青(1966-)，女，江西人，大学本科学历，工程师。主要研究方向：座椅设计及制造装配。

E-mail: qshen1@jmc.com.cn