第二章 座椅设计参数及其对舒适性的影响
1986年Grieco提出了一个新概念“Postural fixity撼路者 [2],这是指驾驶员在较长的一段车辆行驶过程中,肢体很少移动。这种情况的确可以想象,在驾驶席开车的人仅仅需要脚踩一下踏板,把握一下方向盘,操纵一下档位而已。此时轿车座椅设计时需要更多考虑人体生理结构,避免使人体受到静态载荷,否则肌肉长期受载会对人体生理机能产生不良的影响。在受迫情况下血液循环将受影响从而涉及到正常新陈代谢过程中营养物质的交换,严重的更会形成硬化区域。为了防止这种现象的产生,一个设计合理的座椅系统首先应当考虑人体生理结构,其次需要考虑结合人体工程学原理,最后需要优化座椅本身的设计参数。
2.1人体生理结构与乘坐舒适性的关系
2.1.1舒适坐姿时人体的解剖学原理
图二
人体直立时,脊柱呈S型,一般成年人的脊柱具有四个生理弯曲,即颈曲、腰曲、胸曲和骶尾曲,这称为脊柱的正常生理弯曲。就座时,身体的负担主要施加在躯干上。脊柱总长约70
cm,有26块独立游离的骨块[3],详细分布见图2-1
研究资料表明,凡是符合人体生理要求的乘坐姿势,就是最舒适的乘坐姿势。从图2-1中分析在自然状态下脊柱呈现S型曲线,腰椎构成前弯,也就是向前突起的形状。当人体以正常姿势入座后,靠背腰椎部分承受的负荷最大,腰曲最易于变形,即腰曲部位向前倾。形成诸如猫背姿势,腰椎会变得笔直或向后弯的不自然状态,使人体感觉不舒适,脊柱处于非正常生理弯曲状态,使腰曲弧度减小,椎间盘的前缘受压、后缘受拉,从而导致韧带受压迫绷紧,容易引起腰酸等不适的感觉[4]
图2-1人体脊椎的基本组成
大切诺基2013荣威350俱乐部Fig.2-1 Humanbeing acantha’s configuration
因此,汽车乘员,尤其是驾驶员首先感到疲劳的部位就是腰部。
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由此可见,最舒适的乘坐姿势要求[5]
(1).腰曲弧形应保持正常的生理弯曲而不受载变形,腰部的肌肉应处于松弛休息状态。
(2).腹部通向大腿的血管和神经不受压迫,保持血液循环畅通。尼桑车型及报价
考虑到人体生理结构的影响,座椅设计应使乘员脊柱处于正常生理弯曲状态,各部分肌肉处于放松状态,身体屈伸部位的角度以及受压都要有利于人体保持正常的血液循环。由于下体的腰椎承重最大,弯曲度也最大。据医学统计,几乎95%的病变均发生于第4和第5腰椎的椎间盘,所以一般座椅设计需要在这个位置设置腰托装置,同时它还能够为胸曲部分的肩胛骨提供凭靠,减轻胸曲变形。当然身体某一部分受力也不能够过大,否则人体同样会产生不适感[6]
2.1.2座椅合理体压分布
所谓体压分布是指人坐在座椅上,人体与座椅之间的接触压力分布。
座椅的体压分布分座垫压力分布与靠背压力分布,体压分布和乘坐姿势互相影响。显然,这里所讲的合理体压分布是指舒适乘坐姿势状态下的体压分布, 合理的体压分布以保证全身肌肉放松及血液正常循环[7]
为了使座椅具有合理的体压分布,应考虑采用下列座椅设计参数:
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1.适当提高坐垫与水平方向的夹角,约5°~10°为宜
这样的话可以使压力集中于大腿后部的坐骨结节周围,同时还能够防止行车过程中乘客臀部向前滑动的趋势,避免造成生理和心理上的疲劳感。根据人体臀部的组织结构特点可以看出,臀部不同部位在产生不适感之前所承受的压力不同,构成骨盆的粗壮坐骨所承受的压力比周围大腿的肌肉承受的压力大,是人体重量的主要支承部位,另外,分布于大腿下面肌肉中的血管和神经极容易受压而使两腿发麻造成腿部疲劳。因此,合理的座椅体压分布并不是一种平均分配的分布,而是按照臀部的不同部位的在产生不适感之前所能承受的
压力大小的合理分布,即从坐骨的最大压力部位逐渐向外扩展减弱,大腿下面的压力最小。但也要注意坐垫的后倾角不宜过大,否则容易增大大腿前缘的压力,并减少双脚着地的负荷,这样反而会防碍血液循环而引起的双腿发麻。