基于人机工程学的汽车座椅设计研究

汽车驾驶座椅的人机工程学设计

作者：许英 朱序璋 杨宏刚 来源：汽车与安全

摘要：本文以人因分析为手段，以设计出合理的驾驶座椅来满足驾驶员人体安全、舒适为设计目标，得到结论：驾驶座椅安全性设计应着重考虑人（驾驶员）坐姿生理特性及人体对车内振动、微气候的反应等两大方面。并从主动安全性设计、被动安全性设计两个方面详尽分析了驾驶座椅安全性设计的思路，以期达到对汽车驾驶座椅的安全性设计提供一定的指导作用。

引言

汽车中的座椅是影响驾驶与乘坐舒适程度的重要设施，而驾驶员的座椅就更为重要。舒适而操作方便的驾驶座椅，可以减少驾驶员疲劳程度，降低故障的发生率[1]。汽车驾驶员座椅设计优劣与否直接关系到驾驶质量。

本文以人因分析为手段，以设计出合理的驾驶座椅来满足驾驶员人体安全、舒适为设计目标，得到结论：驾驶座椅安全性设计应着重考虑人（驾驶员）坐姿生理特性及人体对车内振动、微气候的反应等两大方面。并从主动安全性设计、被动安全性设计两个方面详尽分析了驾驶座椅安全性设计的思路。

1. 人—座椅系统安全性设计中人的因素分析

任何系统实际上都是人机系统，人机系统包括人、机、环境三个方面[2]。显然驾驶员-座椅也属于人机系统研究的范畴。人机系统的安全模式多以人的行为为主体，即以人为本。对人机系统的研究始于第二次世界大战。在设计和使用高度复杂的军事装备中，人们逐步认识到必须把人和机器作为一个整体，在系统设计中必须考虑人的因素。

1.1 人（驾驶员）坐姿生理特性分析

（1）坐姿时脊柱形态

人坐着时，身体主要由脊柱、骨盆、腿和脚支承。脊柱位于人体的背部中央，是构成人体的中轴。人处于不同的坐姿时，脊柱形态不同，只有座椅的结构和尺寸设计使驾驶员的脊柱形态接近于正常自然状态，才会减少腰椎的负荷以及腰背部肌肉的负荷，防止驾驶疲劳发生。

（2）坐姿体压分布

当座椅上的人处于坐姿状态时，人的身体重量作用于座垫和靠背上的压力分布称作坐姿的体压分布[3]。可见，坐姿体压分布包括座垫上的体压分布和靠背上的体压分布两部分。

基于人机工程学的汽车工作座椅设计

摘要：运用人机工程学原理，针对汽车工作座椅，从工作人员生理特征与工作座椅的设计原则、基本要求这三个方面，分析了工作座椅的主要结构设计要点，并从安全性角度出发提出了工作座椅安全性设计原则。

关键词: 人机工程学、设计、汽车工作座椅

引言

随着自动化程度的提高，越来越多的作业需要工作人员采用坐姿完成。可以预计，坐姿将是操作人员未来作业的主要工作状态。

坐姿是人体较自然的姿势，它较其他姿势相比，具有很多优点，首先，坐姿比站姿更有利于血液循环。人站立时，血液和体液在地心引力作用下向腿部集中，而坐姿时的肌肉松弛，腿部血管内血流静压稳定，有利于减轻疲劳；其次，坐姿还有利于保持身体的稳定，这对于精细作业更为合适。

与此同时，坐姿也存在一定局限性，主要是限制人体的活动范围，尤其是需要上肢出力的场合，往往需要站立作业，而频繁的起坐交替也会导致疲劳。因此，坐姿不正确，座椅的设计不合理，会对身体产生严重的损害。汽车工作座椅人机工程学设计目的，就是使设计出来的座椅能够满足人机工程学标准。这样一来，所谓汽车工作座椅人机工程学设计也就转化为针对工作人员舒适性的设计。

从人机工程学原理出发考虑，一个性能优良的工作座椅应当符合的基本要求如下：为工作人员提供一个舒适而稳定的坐姿，符合人体舒适坐姿的生理特性；减轻传给工作人员身体的机械振动和冲击负荷，满足振动舒适性评价标准的要求；保证工作人员能安全而有效地完成各项操纵作业；为工作人员提供一个相对于各种操纵机构的合适位置，使其能方便地进行操作；此外，工作人员的作业安全性的保证也是尤其重要的。

1 舒适座椅的生理特征

坐姿状态下，支撑身体的是脊柱、骨盆、腿和脚。脊柱是人体的主要支柱，由24节椎骨以及5块骶骨和4块尾骨连结组成，其中椎骨自上而下又分为颈椎、胸椎、腰椎三部分。各节椎骨所承受的重量自上而下逐节增加，因而椎骨由上往下逐渐变粗变大。腰椎部分承担体重最大，所以腰椎也最粗大。这就是脊柱的基本生理形态。由于腰椎几乎承受着人的上体的全部重量，并且要实现弯腰、侧曲、扭转等人体运动。所以最容易损伤或腰曲变形。

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基于人机工程学的汽车座椅设计研究

作者：田福松 罗龙飞

来源：《农机使用与维修》2014年第10期

摘要基于人机工程学原理，探讨了汽车座椅设计当中应该考虑的因素。本文结合人机工程学的知识，从人的心理、生理特点出发，并结合汽车振动特性、视野范围以及空间分布，来分析人与座椅的相互关系和相互作用，从而得出能符合人机工程学标准的，并将安全性、舒适性考虑进来的汽车座椅的设计。

关键词人机工程学舒适度座椅设计

0引言

人机工程学是近年兴起的一门综合性强的交叉学科，它着重于研究人、机、环境相互作用和关系的规律。以此优化人-机-环境系统的一门边缘学科。其目的是让人在使用机械的过程中感到“安全、健康、舒适、高效”。

一个性能优良的汽车座椅主要取决于以下五个方面：①座椅与人体的人机界面能否为人提供舒适而稳定的坐姿。②驾驶员（或乘坐人）-座椅-车辆系统能否有效地隔离或衰减来自路面不平度的激励而产生的震动以及驾驶员或乘坐人所承受的全身震动负荷低于规定限值。③驾驶员（或乘坐员）-座椅-驾驶室系统的几何位置关系能否为驾驶员提供良好的视野。④能否为驾驶员提供一个相对于各种操纵机构的合适位置，使他能方便地进行操作。⑤能否提高驾驶人员的安全系数，当发生碰撞或翻车事故时，让驾驶员安全停留在驾驶座椅上。

1座椅的人机工程学要求

汽车的研发必须以人为本。因此汽车人机工程设计的任务就是开发出使驾乘人员觉得舒适、安全的，不易疲劳、操作高效方便的汽车产品。由于驾驶员身材体型相差较大，而一辆汽车又必须满足多种不同身材体型的顾客群对机械装置的操作使用要求，因此必须对人机工程进行深入地研究。

人机工程学对座椅的要求有：

（1）较好的贴合感：座椅坐垫和靠背的形状要求与人体背部、臀部及大腿底面的形状相贴合。座椅较强的贴合感改进了两者接触面积和部位。

基于人机工程学的汽车座椅设计研究

摘要：文章通过对重型商用车坐姿舒适性仿真的研究，并结合当令较流行的舒适度建模方法，进行了适宜驾驶姿势规律的实验研究。得到以人体姿势变量和汽车设计变量为预测因子的人体不舒适度预测模型，并将模型应用于实际项目的方案分析中。

关键词：人机工程；汽车座椅；人体舒适度

现代科学技术的突飞猛进，以及人们工作和生活空间的不断变化，就要求汽车座椅的生产企业在座椅的设计、生产方式等方面进行改革，同时也要考虑降低成本，提高汽车座椅的经济性。因此市场不断细分，多种不同类型和不同设计的汽车座椅不断进入市场。人体工程学的家具并不是人们头脑中所想象的仅有数据符合的座椅，它还包括除了人体生理数据之外的很多因素。它的设计原则除了常见的尺度设计原则，人体机能和环境设计原则，健康设计原则外还应该讲求黄金分割比的设计原则。

1 汽车座椅舒适性设计的重要性

关于人机工程学在汽车座椅设计中的应用的提出，其可行性可以分为概念化阶段、具体化阶段、周详设计阶段及检验校核阶段等多阶段进行设计。概念化阶段是整体设计的理念和宗旨，是保证今后具体设计得以顺利进行的前提条件。对椅子设计概念化进行设定的过程，涉及椅子相关的功能性、构造和材料以及形状等问题。

具体化阶段是按照在概念化阶段设定的设计方案，解决座椅的构造、功能和美观问题并创造出其基本形状；座椅周详设计的关键是将重点放在符合整体的外观和核心架构的设计上。产品的外观、座椅的造型以及稳定的构造应该既反映其精湛设计，又能实现人们对舒适的要求，这就是汽车座椅设计的重点。

2 基于汽车座椅的舒适性及安全性设计研究汽车

为考虑汽车座椅舒适性及安全性设计的充分性，汽车生产商们综观汽车座椅

的主要功能，结合其能给予驾驶员及乘客提供的最大舒适度和安全屏障的根本目的，达到足够能支撑驾驶员和乘客的身体，同时避免因路面不平而产生的车体振动从而减少其给人体带来的冲击，以给驾乘人员提供绝对舒适安全的驾乘环境。