基于人体工程学的汽车座椅设计

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1、交通运输汽车车身结构与设计--汽车座椅设计基于人体工程学的汽车座椅设计任宝林指导老师：李恩颖摘要：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一、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，

2、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。7任宝林交通运输汽车车身结构与设计--汽车

3、座椅设计二、坐姿舒适性人体在座椅上坐着时的姿势，称为最终姿势。人体姿势由相邻关节的距离及每个关节的角度确定，通常情况下，各关节之间的距离是不能调整的，但每个关节的角度可以改变。在关节角度可变的范围内存在改变的最佳区间，在此区间内人不易疲劳。在座椅的设计中，使乘坐者的腰曲弧形保持正常，腰背部肌肉处于松弛状态，从腹部通向大腿的血管不受压迫，保持血液循环正常，舒适性的坐姿特点是：臀部离开靠背向前移，保持上体在腰椎以上的肩部与大腿下平面之间达到100°--115°角。根据“人体工程学’的研究,舒适坐姿时人体关节角度范围如图2-1所示。可根据此去确定

4、座椅的有关参数。为使不同身高的驾驶员获得良好的坐姿舒适性，必须是座椅尺寸合适，驾驶位置合理。以下尺寸外形必须在规定的范围内：a坐姿深度一般取400—450mm。b坐垫高度一般以取350—400mm为宜，最低不小于300mm，最高不大于400mm。c坐垫角度及靠背与座椅的夹角。为保证驾驶员身体不向前滑动，坐垫面一般设计成前高后低的倾斜状，一般以5—8°为宜。躯干与大腿间夹角在95—105°范围为宜。d坐垫宽度去450—7任宝林交通运输汽车车身结构与设计--汽车座椅设计500mm。e靠背宽度与坐垫宽度相同。图2-1舒适坐姿时人体的关节角度范围（

5、SAE267C）10°<<20°15°<<30°80°<<90°85°<<100°100°<<120°85°<<95°三、振动舒适性汽车座椅的振动舒适性与座椅及个人的振动特性密切相关。座椅振动舒适性是指个人出于震动环境中所感受到主观上的相对舒适程度。振动对驾驶员的直接影响涉及躯干和身体局部的动态反应、生理反应、性能进退和敏感度障碍。表3-1列出了人体各个主要部位的共振频率。表3-1人体主要部位共振频率身体部位全身头部眼胸部共振频率5-620-3020-254-6身体部位肩部手臂脊柱胃共振频率2-610-203-54-5在路面—汽车—人系统中

6、，人是振动的承受者，人体对振动的反应，是评价汽车平顺的基础。当汽车在不平路面上行驶时，将承受不规则的随机振动，从而导致乘员和驾驶员在不同程度上产生疲劳和不舒适。实验证明，影响座椅振动舒适性的因素有：坐垫的刚度和阻尼系数，悬挂系统的的质量、刚度和阻尼系数以及座椅钢架结构的动态性能。其中起决定性作用的是刚度和阻尼系数。刚度参数决定座椅的共振频率，而阻尼系数决定座椅的振动衰减特性。目前的研究和笔者的工作实践证明，座椅悬架系统的质量较大时对人体振动舒适性有利，但考虑到与座椅刚度的配合，座椅连接件的摩擦系数越小，对人体振动舒适性越有利，适当降低座椅悬

7、架的阻尼系数对振动舒适性有利。3-1座椅振动参数的选择汽车座椅的振动参数主要有两个，一个是刚度C，它决定了座椅的固有圆频率，其关系如下：式中C——座椅刚度；——座椅与人的质量。另一个是阻尼系数，它决定了座椅的振动衰减特性，对阻尼的评价常用相对阻尼系数表示，其关系如下：7任宝林交通运输汽车车身结构与设计--汽车座椅设计式中——座椅系统的阻尼系数；C——座椅的刚度；——人体与座椅的质量。3-2座椅的传递特性人坐在行驶中的汽车座椅上时，始终是处于有弹性的阻尼的状态下，由于大量道路试验结果所获的臀部加速度（w^2y）相对于车身地板垂直加速度（w^2

8、y）的放大因数y/x与激励频率（w/2π）的关系曲线。用传递率β表示即：β=y/x=w^2y/w^2x=ay/ax式中w-----------激振圆频率。ay----------