人机工程学在汽车座椅设计中的应用
新疆农业大学机械交通学院
人机工程课程(设计)论文
题 目: 人机工程学在汽车座椅设计中的应用
姓名与学号: 李振兴 083731432
指导教师: 王晓暄
年级与专业: 机制084
所在学院: 机械交通学院
课程评分:
二零一一年十二月十二
人机工程学在汽车座椅设计中的应用
摘要:驾驶员驾驶姿势直接影响着驾驶员的舒适和健康，关系着是否能够安全、高效准确地驾驶。同时它还决定着舒适程度，以及长期驾驶是否对驾驶员造成生理和心理上的有害的影响。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，并将舒适性、安全性都考虑到位的汽车座椅的设计。
关键词:人机工程学、座椅，舒适度、设计
一个性能优良的汽车座椅主要取决于以下五个方面:?座椅与人体的人机界面能否为人提供舒适而稳定的坐姿。?驾驶员(或乘坐)——座椅——车辆系统能否有效的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员所承受的全身震动负荷低于规定限值。?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。?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。?能否提高驾驶员的人身安全性，当发生翻车或撞车事故时，将驾驶员约束在驾驶座椅上面，
下面就从这四个方面来分析人机工程学在汽车座椅设计上的运用。
1.坐姿舒适的生理特征
坐姿是人体较自然的姿势，坐姿将以脚支撑全身的状况转变为以臀部支撑全身，有利于发挥脚的作用，特别是能够利用靠背来增大腿脚的蹬力这一特点，来控制操纵力较大的装置。但如果坐姿不正确，座椅设计不合理，也会给身体带来严重损害。
汽车靠枕1.1坐姿生理学
1.1.1脊柱结构
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块尾骨连接组成，如图1-1所示，其中椎骨自上而下又分为颈椎(共7节)、胸椎(共12节)、腰椎(共5节)三部分，每两节椎骨之间由软骨组织和韧带相联系，使人体得以进行屈伸、侧曲和扭转动作等有限度的活动。颈椎支撑头部，胸椎与肋骨构成胸腔，腰椎、骶骨和椎间盘承担人体坐姿的主要负荷。
图1-1 脊柱的构造
从图中可以看出脊柱呈现颈、胸、腰、骶四个弯曲部位，其中颈曲和腰曲凸向前，胸曲和骶曲凸向后。
1.1.2腰曲弧线
与坐姿舒适性直接相关的是腰曲。图1-2为各种不同姿势下所产生的腰曲弧线，人体正常腰曲弧线是松弛状态下侧卧的曲线，如图中曲线B所示;躯干挺直坐姿和前弯时的腰弧曲线会使腰椎严重变形，如图中曲线F和G所示;欲使坐姿
图1-2 不同姿势下所产生的腰椎曲度
能形成几乎正常的腰曲弧线，躯干与大腿之间必须有大于90度的角度，且在腰部有所支撑，如图中曲线C所示。可见保证腰弧曲线的正常形状是获得舒适性的关键。
1.1.3腰椎后突和前突
正常的腰线曲线是微微前突。为使坐姿下的腰弧曲线变形最小，座椅应在腰椎部提供所谓两点支撑。无腰靠或腰靠不明显将会使正常的腰椎成图1-3(a)中的后突形状。而腰靠过分凸出将会使腰椎呈图1-3(b)中的前突形状。腰椎后
图1-3 腰椎后突和前突
突和过分前突都是非正常状态，合理的腰靠应该是使腰弧曲线处于正常的生理曲
线。
1.2坐姿生物力学
1.2.1肌肉活动度
脊椎骨依靠其附近的肌肉和腱连接，椎骨的定位借助于肌腱的作用力。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(活动量)增加，招致疲劳酸痛。在挺直坐姿下，腰椎部位肌
肉活动度高，因为腰椎前向拉直使肌肉组织紧张受力。提供靠背支承腰椎后，活动力则明显减小;当躯干前倾时，背上方和肩部肌肉活动度高。
1.2.2体压分布
座垫上的体压分布。根据人体组织的解剖学特性可知，坐骨结节处是人体最能耐受压力的部位，合于承重，而大腿下靠近表面处因有下肢主动脉分布，故不宜承受重压。据此座垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来分布，即在坐骨处压力最大，向四周逐渐减少，自大腿部位时压力
图1-4 体压分布曲线
降至最低值，这是座垫设计的压力分布不均匀原则。图1-4是较为理想的坐垫体压分布线。