车辆设计中的人机工程问题

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工业技术
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
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我国是劳动密集型制造大国,随着我国经济的高速发展,人民生活水平在不断提高,人们开始重视工作的舒适性,近十几年在国内制造业中人机工程学越来越多的重视。

而汽车作为典型的人机系统，在设计过程中它必须符合科学的设计方法。

科学的设计方法可概括为：明确系统的目的，明确系统分配制约条件，建立系统数学模型，研究和分析数学模型。

机动车辆的种类很多，因其用途、功能、使用条件各不相同，所以对其性能指标、结构参数、人机关系匹配等方面的具体要求的差别也很大。

其实各种机动车辆所面临的人机工程问题，在很大程度上是相似的。

汽车驾驶座椅的人机工程学设计目的就是使座椅能够满足人机工程学的标准，因此，驾驶员的舒适性在人机工程学上主要体现在驾驶座椅的设计。

影响汽车座椅舒适性的因素很多，根据人机工程学原理，主要从人的感受，座椅的舒适性，驾驶员的环境进行分析。

1 座椅对驾驶员舒适性的影响分析
人坐着时，身体主要由脊柱、盆骨、腿和
脚支撑，人脊柱是人体的主轴。

人在不同的坐姿时，脊柱形态不同，只有座椅的结构尺寸能使驾驶员的脊柱接近自然状态，才能减少脊椎的负荷，使驾驶员的疲劳损伤降到最低。

如图1所示人的坐骨节是所承受的压力最大为7 kPa，而大腿下靠近表面处下肢有主动脉分布，受力自大腿往下逐渐减小。

所以设计时应考虑到受力由坐骨节向四周逐渐减少，到大腿部位降到最低，如图1(b)。

肩胛骨与腰椎部位受力最大，腰椎受力为2.46 k Pa，肩胛骨受力为2.1 k Pa因此，设
计靠背时应考虑到受力是以肩胛骨和腰椎
为中心向外逐渐降低。

2 环境对驾驶员的舒适性影响因素为振动和湿度
(1)振动
驾驶员承受的振动属于全身振动，对驾驶员将造成严重的伤害，将会产生身体上的、生理上的和心里上的一些反应。

仅从机械角度来看，驾驶员最容易使脊椎损伤并易得胃病。

而全身振动引起的主要症状和生理反应与振动频率有关，在低于10 Hz的振动环境中，主要会引起胸腹不适，在高于10 Hz 的振动时，会造成头部不适（比如头晕、呕吐），全身振动对呼吸、消化、心血管、神经及感觉运动系统都有一定的影响。

一般情况下，弱的振动会引起人体组织器官的移位与挤压，从而影响其功能；强的振动则会引起组织器官的机械损伤，比如撞伤、压伤、撕裂等。

全身振动引起的生理效应如(图2)所示。

(2)温湿度
经过研究表明，18～23 ℃为最佳驾驶状态下的温度，人在空气相对湿度为30%～70%时感到舒适。

当温度与湿度与人体生理机能不匹配时，将增加人体不适感，从而增加驾驶员疲劳感。

座椅舒适性设计尺寸包括：椅面高宽度、深度、椅面倾角，靠背的高度、宽度和倾角。

例如图所示。

除了尺寸我们还要考虑座椅材料的选择，座椅材料是座椅的主要减震元件。

设计选择材料时应使座椅有较好的减振性和良好的舒适性。

座垫和靠背必须采用合适的减振材料，并能根据驾驶室的小气候环境，能适时的调整座椅表面的温湿度，以达到降低驾驶员疲劳强度的目的。

所以座垫材
料不能太硬也不能太软，要耐磨、耐脏、耐潮
湿，而且透气性还要求较好。

在设计的同时还要根据汽车驾驶室的特点，还应该考虑座椅与空间的协调问题，前提是要以保证驾驶舒适性为依据来协调驾驶空间。

由于人类具有天生的适应性，在设计时我们不一定要考虑使车辆适合大多数人,而是要让大多数人去适应车辆,这样就可以避免人体差异性带来的各类问题。

人机工程讲师Sa ma ntha Porter博士曾进行过多项研究,分析驾驶汽车与身体不适及因病休假的关系。

结果清楚地表明，腰部疾病是长途驾驶员患的主要疾病,其每年因腰部疾病休假的天数,与短途驾驶员相比是其约6倍之多。

Sa m a ntha Porter博士从1975年到1992年，长达近20年的跟踪调查表明,开车时间占工作时间一半或以上的人员,患有急性腰椎间盘突出的可能性要是正常工作人员的3倍；其研究还发现,在那些可以调节座椅高度和有自动变速器的汽车中,因患腰部疾病或因病休假的驾驶员人数明显减少(自动变速器可以减少对驾驶员姿势的约束和姿势的固定)。

这充分的说明设计在很大程度上能有效地满足人的差异性。

参考文献
[l] 毛恩荣,张红,宋正河.车辆人机工程学
[M].北京:北京理工大学出版社,2007.[2] 丁玉兰.人机工程学(修订版)[M].北京：
北京理工大学出版社，2000.[3] 赖维铁.人机工程学[M].武汉：华中工学
院出版社，2004.[3] 朱序璋.人机工程学[M].西安：西安电子
科技大学出版社，1999.
车辆设计中的人机工程问题
饶雨婷
(江西城市职业学院江西南昌 330100)
摘要：人机工程（Human Factors Engineering）或称人体工学，是探讨人类工作或日常生活中如何与工具、设备、机器及周围环境之间互动的关系，以及如何去改善这些会影响到人的事物及环境。

简而言之，人机工程就是要去改善那些人们常使用的机器与周围环境的协作性，使其与人本身的能力，本能极限与工作需求之间能有良好的配合，以求安全、省事、省力、快速、舒适、简单、正确等工作效益的提升。

使其他的子系统与人类身体的、生理的、生物力学的、心理的、社会心理的、文化的等因素相互兼容或相互适应，使人发挥它最大功能并保证人身体不受伤害，这就是人机工程的宗旨。