张更

摘要：运用人机工程学原理，针对汽车驾驶座椅，从人体测量、生物力学、心理学、机械振动、作业空间等角度分析了驾驶疲劳的成因，并从座椅的静态特性和动态特性两方面论述了汽车驾驶用座椅的人机工程设计以及今后的发展方向。

关键词：驾驶座椅；驾驶疲劳；人机工程

1 驾驶疲劳成因

驾驶工作是一项脑力与体力并重的劳动，具有耗时长、能量消耗不大的特点。对于驾驶员来说，疲劳是以神经系统相当紧张的劳动而引起的复合性疲劳为主，主要表象为全身乏力。当疲劳达到一定程度以后，驾驶员的意志减弱，注意力分散，反应迟钝，对信息输入方向性的选择能力降低，信息处理缓慢，信息输出形式混乱，动作缺乏准确性，甚至出现失误，难以确保交通安全。

2 驾驶座椅对疲劳的影响分析

驾驶座椅对人体的刺激主要是肤觉刺激，驾驶员只是被动接收和反应，不需要进行处理。其对驾驶疲劳的影响分析如下：

2.1 坐姿

2.1.1 对脊椎及肌肉活动的影响

对坐姿的分析主要是腰柱椎间盘的受力情况及竖直肌的肌腱活动。由于椎骨的定位是借助于肌腱的作用，一旦脊椎偏离自然状态，肌腱组织就会受到相互压力（拉或压）的作用，使肌肉活动度增加，招致疲劳酸痛。

2.1.2 体压分布

人体与座椅之间的压力分布称为坐姿的体压分布，坐姿的体压分布是影响乘坐舒适性的重要因素。人就坐时，身体重量的大部分（约80%）经过臀部、背部隆起部分及其附着的肌肉压在坐椅面上。图1为座椅各部位的受力分布。

2.2 振动

振动对驾驶员的直接影响涉及躯干和身体局部的生物动态反应行为、生理反应、性能减退和敏感度障碍。表1列出了人体各个主要部位的共振频率[2，3]

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。

3.3 温湿度

研究表明，驾驶员在驾驶状态下的舒适温度为18℃～23℃，舒适湿度为40%～60%，代谢量为1.0～2.0met。座椅对人体热环境的主要影响因素有：座椅表面的温度和湿度。座椅表面的温湿度特性将影响人体背部、臀部、下体等部位的散热性能及皮肤的呼吸功能，当其温湿度特性与人体生理机能不适应时将引起人体局部不快感，从而加速人体疲劳的形成。

4 座椅的人机工程设计

根据以上分析，驾驶员长期保持坐姿工作，疲劳很大程度上受座椅影响，乘坐舒适性是汽车座椅系统设计开发中的重要问题。乘坐舒适性包括静态舒适性和动态舒适性，前者主要与尺寸参数、表面质量、调节特性等有关，后者则主要与振动特性有关。

4.1 座椅的静态舒适性设计

座椅的静态舒适性设计须考虑的因素很多，可以概括为以下基本原则：

（1）座椅的形式和尺度与其功用有关；

（2）座椅的尺度必须参照人体测量学数据确定；

（3）座椅可适当调节，以满足坐姿变换；

（4）座椅所使用的材料应适应人体的舒适性；

由坐姿生物力学分析，最舒适的坐姿是臀部稍离靠背向前移，使上体略向上后倾斜，保持上体与大腿间角在90°～115°。同时，小腿向前伸，大腿与小腿、小腿与脚掌之间也应达到一定角度，如

由于汽车驾驶的特点，在驾驶座椅设计时还应考虑座椅与空间的协调问题，驾驶空间以坐姿活动空间为依据。图6列出了驾驶作业空间设计的主要指标[6]。

4.2 座椅的动态舒适性设计

驾驶用座椅动态舒适性主要与振动特性有关。影响驾驶疲劳的振动主要是行驶中因道路凹凸不平而引起车辆随机振动和车辆本身的机械振动。驾驶员受到纵向、横向及垂直方向的直线振动，以及绕这3个方向的角振动。其中垂直振动和绕纵、横坐标轴的角振动对人体的影响较大。在设计汽车座椅时应尽量隔离人体敏感的振动。

在座椅设计中可采取如下措施[7]：减小座椅共振频率，降低对人体最有影响的高频区；降低共振时的振动传递率；降低乘员10Hz附近的振动传递率，以减轻弹簧以下的共振的影响和减少来自座椅靠背的高频振动；把路面—轮胎、悬架、座椅—人三者看作一个整体大动力学系统，寻求在各种路面随机输入情况下使乘员不易疲劳的最优结构。另外，对于座椅的动态特性按照传入人体的能量最小、使人体在敏感频率区域动态响应最小、传给人体的加速度均方根值最小等目标进行优化[3]，与汽车的其他减振系统相匹配，使人体处于更合适的振动环境，这些都是减轻驾驶疲劳的重要措施。

5 结束语

汽车驾驶座椅的舒适性研究，是目前汽车产品人机工程设计中值得深入探讨的问题，在今后的研究中，应对以下几方面加以重视：

（1）中国人的体群反映特性研究。目前，我国的评价标准是建立在国际标准的基础上的。由于人群存在着差异，建立中国人的人体模型，尤其是动态模型，研究人体承受多方向振动情况下的反映及评价方法是十分迫切的。

（2）采用系统的设计思想和研究方法。一般研究方法只是把汽车地板以上的座椅系统作为研究对象，并未考虑到人体的动态性能，建立的座椅模型较为简单，不能准确地反映实际。因此建立一个详尽的、操作性强的分析方法有着非常重要的现实意义。

参考文献：

[1]周美玉.工业设计应用人类工程学[M].北京：中国轻工业出版社，2001.

[2]袁修干，庄达民.人机工程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[3]黄斌，蒋祖华，严隽琪.汽车座椅系统动态舒适性的研究综述[J].汽车科技，2001，10（6）：13-16.

[4]郭伏，杨学涵.人因工程学[M].沈阳：东北大学出版社，2001.

[5]Gault T.Case study：Mercedes-bezs-class[J].Automotive.Engineer，1999，24（1）：46-57.

[6]Tilly AR.人体工程学图解———设计中的人体因素[M].朱涛译.北京：中国建筑工业出版社，1998.

[7]李增勇，王成焘.驾驶疲劳与汽车人机工程学初探[J].机械设计与制造工程，2001，30（5）：12-14.