◎乔明星

基于人机工程学的汽车驾驶室座椅设计研究

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随着汽车产业的发展、科技的进步，越来越多的汽车制造商都利用人机工程学知识来设计汽车座椅。在汽车座椅设计中渗透人机工程学知识，能有效提高座椅的舒适性、安全性，本文重点探讨基于人机工程学的汽车驾驶室座椅设计。

在驾驶汽车的过程中，汽车座椅的舒适性、安全性对于行车安全至关重要。新形势下，现代汽车在设计驾驶室座椅时，结合人机工程学理论，追求“人-机-环境”的完美结合，为驾驶员寻求舒适、安全、易操作的空间，有效降低了行车事故率。

驾驶室座椅的人机工程学要求

汽车的设计、制造都是以人为中心。所以，汽车人机工程设计致力于研发出让驾驶员舒适、安全、操作简单高效的汽车座椅。由于驾驶员身形不一，有高大壮硕的、有娇小玲珑的，而驾驶室座椅要满足不同身材驾驶员对机械装置的操作需求，因此，必须深入研究人机工程。笔者认为，驾驶室的座椅应满足以下几点：

第一，贴合感强。驾驶室座椅上的坐垫、靠背的形状应与人体背部、臀部、大腿底部的形状贴合。较强的贴合感有利于改进二者接触面积与部位。

第二，横向稳定性好。汽车行驶经过弯道时，车体受横向加速度作用，驾驶员的身体会发生倾斜，因此，座椅的侧面应稍高，从而帮助大腿与胯部来支撑身体。

第三，实现背部与腰部的合理支承。在设计驾驶室汽车座椅时，应提供形状和位置适当的两点支承。第一支承设计在人体第5-6胸椎之间，有助于防止劲曲变形；第二支承设计在腰曲位置，确保驾驶员有正常的腰曲弧线。

第四，软硬度要始终。汽车座椅最基本的用途就是支撑驾驶员的身体，提高座椅表面的坚硬度，有利于防止驾驶员疲劳瞌睡。但过于坚硬，会降低与身体的贴合感，对身体产生过度的压迫作用，从而增加疲劳感，因此，硬度要适中。

第五，振动时，舒适性好。共振频率、静态刚度、衰减特性要科学合理。

人机工程学在汽车驾驶室座椅设计中的具体应用

座椅的结构参数。应满足振动舒适性、操作舒适性、坐姿舒适性的需求，在设计座椅时，操作舒适性和坐姿舒适性能通过座椅的尺寸参数和结构来保证，而振动舒适性则不能只依靠尺寸参数来保证。我们在确定座椅尺寸结构参数时，会充分参考驾驶或乘坐姿势下人体尺寸的测量值。

驾驶室座椅制作材料的选择。在选择座椅材料时，应充分考虑振动舒适性、座椅对人体热环境两方面因素。座椅材料是座椅的减振元件，合适的座椅和靠背减振材料能有效降低座椅的振动传递率，提高振动的舒适性。改变座椅表面的温湿度特性，提高座椅材料的呼吸功能，提高材料的透气性，从而提高人体代谢质量，缓解驾驶员的疲劳程度。

驾驶室座椅的空间位置布局。座椅空间位置的布局应充分满足驾驶员舒适性、人体的布置要求，还要充分考虑座椅承受的压力分布情况。值得一提的是，坐姿体压分布是影响座椅舒适性的关键因素，因为人坐在座椅上时，体重的80%都是通过背部和臀部作用于座椅上的。

驾驶室座椅的设计要求。首先，静态特性要好，具体而言就是座椅的形状、尺寸要与人体的舒适性坐姿一致。提高座椅运转的灵活性，能随时调整尺寸大小、改变位置，提高驾驶员乘坐的舒适性、稳定性、操作的灵活性。其次，动态特性要好，能有效降低车体由于运动产生的冲击和振动，降低驾驶员在长途驾驶中的疲劳感。提高驾驶座椅静态舒适性可从以下几点着手：第一，座椅的位置与驾驶空间保持高度协调，方便驾驶；第二，座椅尺寸由人体尺寸而定；第三，确保座椅能灵活调节，以适用于各种坐姿；第四，实践证明，驾驶员最舒适的坐姿是臀部稍向前移、稍离靠背，人的上体稍向上后倾斜，确保上体与大腿间角呈90～105°，其次，小腿稍向前伸，大腿与小腿、小腿与脚底保持一定的角度，另外，要结合驾驶室特定环境来设计座椅，人体关节的舒适性是在设计驾驶室时需要考虑的首要因素。

另一方面，提高驾驶室座椅的动态舒适性，可从以下几点着手：由于汽车行驶过程中的振动是影响座椅动态舒适性的关键因素。其中，汽车座椅舒适性受坐垫的阻尼系数与刚度的影响非常大；那些非悬架座椅，座椅的舒适性受钢架结构的动态性能、阻尼系数、刚度的影响最大。而质量、摩擦等因素对于汽车座椅的动态舒适性影响可忽略不计。由此可见，座椅的刚度与阻尼系数是设计座椅时首要考虑的因素。而地面的不平等所产生的振动、汽车车内的机械振动是让驾驶员疲劳的主要原因。所以，要想减少对人体的振动，可从以下几点着手：降低对人体影响最大的高频振动、降低驾驶座椅与汽车的共振、降低振动的传递；减少驾驶员10Hz周边的振动传递。

提高驾驶座椅设计安全性的具体对策

座椅主动安全性。指汽车驾驶座椅防止事故发生的能力。笔者认为，要想提高座椅主动安全性，在设计驾驶员座椅时，应从降低驾驶员疲劳感的层面入手，为驾驶员提供舒适安全的开车环境，充分考虑座垫上压力分布、座椅的尺寸、靠背受到的压力等等因素，从而降低疲劳感。

座椅被动安全性。指汽车发生事故后，能有效保护车内人员，从而避免发生伤害或者将伤害程度降至最低。要想提高座椅的被动安全性，必须确保座椅的结构强度与刚度合理，从而与安全带、安全气囊一起在事故发生时缓和碰撞的强度，避免成员受到伤害。新形势下，在提高座椅结构本身吸能性时，在一些高档汽车中，设计人员开始着手将安全气囊安装到座椅靠背的侧面，以加强对成员的安全保护。

安全措施。提高驾驶座椅安全性的措施有：加强座椅骨架的强度；配置安全带、安全气囊；靠背和坐垫材料阻燃性能高，避免温度过高时发生自燃现象。

综上所述，在设计汽车座椅时，充分利用人机工程学理论，有利于满足乘员生理和心理的共同需求，从而有效提高乘车安全性和舒适性。随着科技的深入发展，人机工程理论在汽车座椅设计中的应用更加精确、完善。未来，人机工程学将更加重视对人的信息处理，实现“人-机-环境”的完美结合，从而推动汽车事业又快又好发展。

贵州工业职业技术学院）