孟祥杰，王文军，Dennis E. Anderson，Alexander G. Bruno，成 波

(1.清华大学，汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084； 2.哈佛医学院，波士顿 02215； 3.麻省理工学院，波士顿 02139)

2016033

腰靠支撑对驾驶人腰部负载影响的研究*

孟祥杰1，王文军1，Dennis E. Anderson2，Alexander G. Bruno3，成 波1

(1.清华大学，汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084； 2.哈佛医学院，波士顿 02215； 3.麻省理工学院，波士顿 02139)

为提高驾驶人的乘坐舒适性，本文中对汽车座椅腰靠进行研究。基于驾驶人肌肉骨骼生物力学模型，对坐姿驾驶人在第三腰椎部位处3种不同凸出量(0,2和4cm)的腰靠支撑条件下，仿真求解了腰部椎间关节力和肌肉负载。结果表明，4cm凸出量的腰靠支撑下，驾驶人腰部的椎间关节力平均下降8%、肌肉负载平均下降15%，而2cm凸出量的腰靠支撑却使腰部椎间关节力和肌肉负载均略有升高。本文从腰部载荷的角度解释了腰靠凸出量对改善乘坐舒适性影响的内在机理，所提出的仿真方法可实现不同腰靠支撑下腰部载荷的定量评估，为座椅腰靠的舒适性设计提供指导。

汽车座椅；腰靠；肌肉骨骼生物力学模型；人机工程；Matlab-OpenSim联合仿真

前言

职业驾驶人具有高于普通人的腰背痛发病率[1]，而腰背痛被认为是导致社会卫生保健支出和残疾率增加的一个主要原因[2]。腰靠支撑的合理使用可以降低腰背痛的发病率[3]，而不舒适的腰靠设计也被列为汽车设计的十大问题之一[4]。

驾驶姿势下，驾驶人腰部前凸程度降低被认为是最可能致使腰背痛发病率提高的力学原因之一[4]。基于X光片测量显示，较站立姿势，驾驶姿势下驾驶人腰椎前凸角从63°降低为20°[5]，而腰靠的支撑可以将腰椎前凸角从21°恢复到41°[6]。……