汽车座椅设计与人机工程

汽车座椅设计与人机工程

①张　昆1 韩　印2

(1:汽车工程学院,云南工业大学,昆明,650051;2:动力系,佳木斯工学院,佳木斯,154007)

摘要　运用人机工程学原理,对汽车座椅,汽车操纵特性和人机工程在汽车座椅设计中的发展情况进行了论述.

关键词:汽车座椅,操纵,人机工程

前　言

汽车在行驶中,驾驶员坐在座椅上对汽车进行操纵.汽车座椅的舒适性,安全性和在座椅上易于操纵方向盘,踏板和按钮开关等就显得十分重要.

在现代汽车产品设计中,应从工程技术,人机工程学,工程心理学,工业心理学,劳动生理学,社会学,形态美学,色彩学,市场学以及各种实用科学出发,寻求一种“人机—环境”和谐,统一和协调.如何运用人机工程学原理,使现代汽车为驾驶员提供安全、高效、方便而又舒适的工作环境,进一步提高工作效率和降低事故发生率,是目前汽车产品设计中值得深入探讨的问题.

1　汽车座椅与人机工程

汽车座椅对舒适性影响很大[8],世界各国有关厂家在设计和研究开发座椅时,都运用人机工程学原理,充分考虑人体尺寸,人体重量,乘座姿态和体压等因素.比如,在欧洲男性驾驶员的身高指数为176c m ,美国为189～193c m ,而女性驾驶员在这些国家中平均身高为153～158c m ,这些数字可作为座椅设计的重要依据,保证人体在座椅上有良好的操作姿态和休息姿态.

从生理学角度出发,站立的人从裸关节,膝关节到臀部都有一些肌肉处于静态受力状态,一旦坐下,就解除了这部分肌肉负荷,从而降低了人的耗能,减轻了血液负担.因而在座椅设计中就要考虑到这些问题.

根据人机工程学理论,首先腰锥承受人的上体全部质量,同时承受因人体运动的弯腰等活动,致使腰曲超出正常脊柱生理弧型而产生腰曲变形.因此,腰椎部分最易受到损伤,腰曲变形严重.为了使坐姿下的腰曲变形最小,汽车座椅靠背应提供两点支承.第一支承位于第5～6胸椎之间,形成肩靠.它的高度相当于肩胛骨高度.肩胛骨面积大,可承受较大的压力.第二支承设置在4～5腰椎之间的高度上,形成腰垫.在座椅设计时,要使乘坐人员有腰椎依托感、贴和感和侧向稳定感.其次,驾驶员坐在汽车座椅座垫上,长时间乘座会造成不舒适感,在造成这种不舒适感前,臀部所受的压力是不同的.坐骨粗壮,能承受比其周围肌肉更大的压力,大腿底部有大血管和神经系统,压力过大会影响血液循环和神经传导而感到不适.所以坐垫上的压力应按照臀部不同部位不同压力的原则来分布,即坐骨处压

第13卷第1期

1997年云南工业大学学报Journal of Yunnan Po lytechnic U niversity V o l .13N o.11997

①收稿日期:1995-11-17

图1　座垫人体压力分布曲线 图2　方向盘施加力随方向盘倾角的变化曲线

力最大,向四周逐渐减小,至大腿部位时压力降至最低值.这就是坐垫设计的压力分布不均匀原则.理想的座椅坐垫体压分布曲线见图1.(图中的封闭曲线为等压力线,数字的压力单位为102Pa ),这种情况使得座椅要有振动弹性感,坐垫与靠背要有软硬感.

2　汽车操纵与人机工程

汽车行驶涉及到驾驶员与车内环境和道路之间的密切关系,这就形成一个“人-汽车”系统,驾驶汽车与一般人机系统不同,驾驶汽车是根据道路和周围情况,进行信息处理,操纵时,驾驶员坐在复杂运动感觉的中心部位,一边观察车外情况,一边用方向盘,制动踏板,油门踏板控制车辆,并以操纵反馈来进行驾驶.

驾驶员在驾驶室内对汽车进行操纵是将操作信息通过操纵器传给汽车,使汽车按一定要求行驶.汽车操纵包括手操纵.手操纵主要是对方向盘的操纵,对方向盘来说,可单手,双手操纵,又可自由连续旋转,无须明确定位.方向盘的最大问题是能否保证驾驶员发出较大的扭矩.根据人机工程学原理,方向盘倾斜角度对驾驶员施加到方向盘上的力有很大影响,方向盘的安装角度越平缓,驾驶员可能施加的力越大,方向盘安装角度通常选在便于活图3　踏板上的力P 随坐垫位置的变化曲线

动的15～70间,角度与力的关系见图2.

脚操纵主要是脚对加速踏板,制动踏

板的控制.人脚发出力的大小与人的姿

态,脚的位置和方向等有关.踏板相对座

椅的位置与脚在踏板上所能产生的关系见

图3.通常踏板的高度应设置在脚能发出

最大力的位置.即脚踏板与座椅坐垫上表

面齐平或脚踏板稍低一些.为减轻驾驶员9

6第1期张昆,韩印:汽车座椅设计与人机工程

的疲劳,应力求减少驾驶员需要施加在方向盘和踏板上的力.

3　人机工程在汽车座椅设计中的研究动态

目前,世界各汽车生产大国都在利用人体工程学的研究成果和先进设计技术等,对汽车座椅进行设计,并设计出新型,美观和有利于提高驾驶质量的座椅.同时采用方便灵活的各种机械,液压和电动座椅调节装置,以适应多种身材和坐姿的要求.比如:沃尔沃公司的F 7型汽车在三个方面都可调.座高可调65mm ,倾斜度可调64度,纵向位置可调130mm ,德国堪培尔雷卡罗公司设计出一种能根据气候变化而自动调节通风换气的驾驶员座椅,通过换气装置,位于座椅和靠背中的通风孔道能自动消除驾驶员在座垫表面和背部表面所产生的热量,在长途行车或驾驶员疲劳过度时,就显示出它特有的优越性.特别是日产汽车公司已研制出一种能根据车速的变化自动调节驾驶员座椅.目前国内座椅厂家也向这一方向发展.

参　考　文　献

1　温吾凡.汽车人体工程学.长春:吉林科技出版社,1987,3～8

2　张洪欣.汽车设计.北京:机械工业出版社,1995,28～40

3　刘金秋.人机工程在汽车驾驶室设计中的应用研究.汽车技术,1989,(2)

4　GB 10000-88中国成年人人体尺寸.北京:国家技术监督局

5　SA E J 1517OCT .85.D rive Selected Seat Po siti on

6　Z BT 26.008-89汽车强度试验要求.北京:中国标准出版社,1989

7　庄国华.对汽车座倚设计的探讨(上).汽车技术,1988,(5)

8　D upuis H ,Zerlert G .杨延虎译.全身振动对人体的影响.西安:西安交通大学出版社,1989

Autu m ob ile Sea t D esign and M an -M ach i ne Eng i neer i ng

Zhang Kun 1 H an Y in

2(1:Schoo l of A utomobile Engineering ,YPU ,Kunm ing ,Ch ina ,650051;

2:D epartm ent O f M o tive Pow er ,J iam usi ,Institute of T echno logy ,J iam usi ,Ch ina ,154007)

Abstract A pp licati on som e theo ries of m an -m ach ine engineering ,to describ le au tom o 2b ile seat ,the characteristic of au tom ob ile handle ,the developm en t of au tom ob ile seat de 2sign and m an -m ach ine .

Key words :A u tom ob ile seat ,H andle ,M an -m ach ine engineering 07云南工业大学学报第13卷