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论人机工程学在汽车座椅设计中的应用
论人机工程学在汽车座椅设计中的应用
T813-9 柳导夫 指导老师 程炎明
摘要:运用人机工程学原理,针对汽车驾驶座持,从驾驶员生理特性与作业环境两个方面分析了影响驾驶舒适性及安全性的原因,在此基础上从坐姿舒适性,振动舒适性,操作舒适性,安全性等四个方面论述了人机工程学在汽车座椅设计中的应用,完成了对汽车驾驶座椅从分析到设计的系列开发过程。
关键词:汽车驾驶座椅 人机工程学 设计
引言
随着时代的发展,当今社会已由工业社会向信息社会即后工业社会过渡,人类赖以生存的生活空间和生活方式,处处都是经过设计并不断完善的设计世界。现代设计,作为一种广泛的文化活动,已成为人们生活中的一部分。人们开始追求高品质的舒适生活,于是按照人体工程学设计的产品也就越来越受到大众的欢迎。人体工程学的产品也就成了现代社会人们追求的目标。先以汽车座椅为例,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。并指出在这些原则的指导下好的人体工程学座椅是功能与美学相结合的产品,可以为人带来身心两方面的享受。
舒适驾乘首要在于座椅设计
通过对汽车座椅设计中的人机因素分析,即尺度、形态、功能、色彩四方面的具体分析,寻求汽车座椅设计与人机工程学的关系,从而论证目前汽车座椅设计中人机工程学应用的一些局限性,即学科内涵与目标的矛盾、共性原则与个性需求的矛盾、统计与个案的矛盾以及合理与合情的矛盾,通过对这些应用矛盾的透析,探求出汽车座椅设计中人机工程学应用的原则,从而最终为汽车座椅产品设计中人机工程学的应用探索出一条道路。
而人机工程学在汽车座椅设计中的作用主要体现在以下几方面:
1、为确定汽车空间范围提供依据。
2、为设计汽车座椅提供依据。
3、为确定感觉器官的适应能力提供依据。
汽车座椅人机工程学分析
人体坐姿生理特性分析
坐姿时脊柱的形态
人坐着时,身体主要由脊柱、盆骨、腿和脚支撑。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形态,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。
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。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。
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,适合于承重,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,自大腿部位时压力降至最低,这是座垫设计的压力分布不均匀原则。图1为坐姿时座垫上的体压分布。
靠背上的体压分布
靠背上的体压分布也以不均匀分布,压力相对集中在肩胛骨和腰椎两个部位。从这两个部位向外,压力应逐步降低。
环境分析
把驾驶员——座椅组成的系统看作一个典型人机系统,该系统所处的环境对系统中的驾驶员的影响主要体现在以下两个方面,具体分析如下:
振动
驾驶员坐在行使中的汽车上所承受的振动属于全身振动的范畴。有关研究表明,人体最敏感的频率范围为纵向振动4~8Hz,横向振动1~2Hz。当外界振动接近器官的共振频率时,即产生共振,振幅迅速增大,此时引起器官的生理反应最大。外界振动传入人体时所引起的增大或减弱效应与身体在振动系统中的姿势有关,一般来说,坐姿工作时,由于人腿的减振作用大大降低,抗振性要比站姿工作时差,特别是脊柱和胃部受到振动的损害,因此坐姿作业者容易产生脊柱损伤和胃病这两种职业病。
振动对驾驶员操作的影响主要表现为视觉作业效率的下降和操作动作准确性变差。当振动频率低于2Hz时,由于眼肌的调节补偿作用,使视网膜上的映像相对稳定,因此对视觉的干扰作用不大,但当振动频率大于4Hz时,视觉作业效率将受到严重的影响,振动频率为10~30Hz时,对视觉的干扰最大,振动频率为50Hz、加速度为2m/s2时,视觉下降约50%。振动对操作动作准确性的影响,主要是由于振动降低了手(或脚)的稳定性,从而使操纵动作的准确性变差,而且振幅越大,影响越大。另外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。
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
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