基于人機(jī)工程學(xué)的汽車駕駛座椅設(shè)計

基于人機(jī)工程學(xué)的汽車駕駛座椅設(shè)計

0環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計的必要性機(jī)械工程學(xué)是一門綜合科學(xué)的新交叉學(xué)科。本文從人體生理和心理特征出發(fā)，研究了人類、機(jī)械和環(huán)境之間的關(guān)系和相互作用的規(guī)律。以期優(yōu)化人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)的一門邊緣學(xué)科。其目的是讓人在使用機(jī)械的過程中感到“安全、健康、舒適、高效”。隨著我國加入WTO和經(jīng)濟(jì)全球化,我國的汽車企業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn),其競爭的焦點是怎樣滿足顧客的需求。因而汽車設(shè)計是否符合人機(jī)工程的要求,這不僅關(guān)系到有效利用車內(nèi)空間及提高乘用舒適性,而且會影響整車內(nèi)外造型和尺寸參數(shù),進(jìn)而影響整車性能和市場競爭力。所以說它已成為關(guān)系到企業(yè)生存的一個重要因素。1操縱件的布置汽車的設(shè)計開發(fā)必須圍繞以人為中心的人性化前提展開。因此汽車人機(jī)工程設(shè)計的任務(wù)就是開發(fā)出使駕駛者感到操作方便、高效、不易疲勞,使乘坐者感到舒適、安全的汽車產(chǎn)品。由于駕駛者身材各異,而一種汽車的布置尺寸只有一種,要使一種操縱件的布置能最大限度地滿足不同身材駕駛者的手腳伸及性與姿勢舒適性的要求,必須對人機(jī)工程進(jìn)行仔細(xì)研究。例如,同是操縱油門踏板,高個子駕駛者比矮個的座椅要靠后一些,但他們的手臂和腿的長度相差并不大,因此,高大的男人比嬌小的女人更不易觸到儀表板(如圖1)。對操作姿勢來說,通過試驗研究,由座椅、踏板和轉(zhuǎn)向盤的位置以及駕駛姿勢參數(shù)的變化得到了駕駛者的舒適特性(如圖2)。22.11各層愈合感要求座椅靠背和坐墊的形狀與人體背部、臀部及大腿底面的形狀相貼合。貼合感強(qiáng)的座椅將有利于改進(jìn)接觸面積和部位。2高橫向穩(wěn)定汽車轉(zhuǎn)彎時,人體承受橫向加速度,為了提高乘員的身體保持性,要求座椅的側(cè)面稍加高,以便兩跨和大腿部能輕輕支承身體。3第一支柱的治療汽車座椅設(shè)計時應(yīng)提供形狀和位置適宜的兩點支承,第一支承位于人體第5～6胸椎之間的高度上,作為肩靠能減輕頸曲變形;第二支承設(shè)置在腰曲部位,作為腰靠,能保證乘坐姿勢下近似于正常的腰曲弧線。4硬強(qiáng)的環(huán)境座椅最重要的作用是支撐乘員的身體,不能只是一把安樂椅,表面硬一些的座椅不易使人疲勞,但與身體不是特別貼合的硬座椅會壓迫身體的某一部分,使疲勞感倍增。5振動舒適性需要設(shè)計好座椅的靜態(tài)剛度、共振頻率及衰減特性。2.2實施了適性的是否在座椅上保證了“駕行駛席的舒適性”汽車座椅的舒適性通常包括震動舒適性、坐姿舒適性和操作舒適性。震動舒適性一般不能只靠尺寸參數(shù)來保證,而駕駛席的坐姿舒適性和操作舒適性以及乘員席的坐姿舒適性則應(yīng)通過座椅的結(jié)構(gòu)和尺寸參數(shù)得到相應(yīng)程度的保證。座椅的尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù)可參考駕駛或乘坐姿勢下人體尺寸的測量值加以確定。2.3人體模模板在車輛管理中的應(yīng)用利用人體模板考察車輛室內(nèi)主要人機(jī)工程學(xué)設(shè)計參數(shù),用以了解和評價汽車的人機(jī)工程設(shè)計。以人體參數(shù)為基礎(chǔ)建立的人體模型是描述人體形態(tài)特征和力學(xué)特性的有效工具,是對人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行考察研究、分析評價、試驗設(shè)計不可缺少的重要輔助手段。目前SAEJ826人體模板是車身布置最常用的(如圖3),這種人體模板是根據(jù)人體測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和選擇而得到的標(biāo)準(zhǔn)人體尺寸來制作的。將人體模板置于1∶1模型或樣車的作業(yè)空間內(nèi),或?qū)⒍S人體模型置于設(shè)計圖紙的相關(guān)位置,可用于校核設(shè)計的可行性和合理性。結(jié)合精確的人體模板中各種主要的人體參數(shù),按照一定的經(jīng)驗理論,考察汽車室內(nèi)主要人機(jī)工程學(xué)設(shè)計參數(shù)。根據(jù)人體模板的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù),包括人體靜態(tài)尺寸(主要是坐寸)、功能尺寸(坐姿活動范圍尺寸)、作業(yè)尺寸(主要是手部、腳部的力學(xué)參數(shù))等,確定相應(yīng)的汽車車廂空間、座椅位置、轉(zhuǎn)向盤、操控臺、扶手等的設(shè)計參數(shù)。具體分類上主要是人體的舒適性設(shè)計參數(shù)(座椅、室內(nèi)空間等),操作性設(shè)計參數(shù)(方向盤、控制臺、扶手、腳踏板等)以及安全性設(shè)計參數(shù)等。2.4確定座面的相對位置。根據(jù)舒適坐根據(jù)人體的舒適坐姿和汽車設(shè)計對人體的布置要求,對座椅進(jìn)行布置并確定座椅與操縱裝置的相對位置;按舒適坐姿選擇座椅的座面高度、座寬、座深、座面傾角、靠背的高、靠背與座面夾角;按汽車中利用人體樣板進(jìn)行人體布置的原則,來確定座椅與操縱裝置的相對位置,確定出座椅與方向盤和加速踏板的相對位置,同時確定座椅的水平調(diào)節(jié)量和垂直調(diào)節(jié)量。2.5影響坐舒適性的體壓分布人體與座椅之間的壓力分布稱為坐姿的體壓分布,坐姿的體壓分布是影響乘坐舒適性的重要因素。人就坐時,身體重量的大部分(約80%)經(jīng)過臀部、背部隆起部分及其附著的肌肉壓在座椅面上。座椅各部位的受力分布如圖4。2.6座椅的形式和尺度座椅的靜態(tài)舒適性設(shè)計須考慮的因素很多,可以概括為以下基本原則:1)座椅的形式和尺度與其功用有關(guān);2)座椅的尺度必須參照人體測量學(xué)數(shù)據(jù)確定;3)座椅可適當(dāng)調(diào)節(jié),以滿足坐姿變換;4)座椅所使用的材料應(yīng)適應(yīng)人體的舒適性;5)座椅的位置要與其作業(yè)空間相協(xié)調(diào),便于人員作業(yè)。2.7影響座椅系統(tǒng)動態(tài)性能的因素。根據(jù)言,認(rèn)為駕駛用座椅動態(tài)舒適性主要與振動特性有關(guān)。對于有懸架的座椅系統(tǒng),影響其動態(tài)特性的因素有:座墊的剛度和阻尼系數(shù),懸掛系統(tǒng)的質(zhì)量、剛度和阻尼系數(shù)以及座椅系統(tǒng)連接件的摩擦;對于非懸架座椅系統(tǒng)主要考慮座墊的剛度、阻尼以及座椅剛架結(jié)構(gòu)的動態(tài)性能。剛度決定座椅的共振頻率,而阻尼系數(shù)決定座椅的振動衰減特性。雖然座椅系統(tǒng)的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)連接件的摩擦?xí)绊懻麄€系統(tǒng)的動態(tài)性能,但由于質(zhì)量和摩擦受其他因素限制而不會變化太大,所以,剛度參數(shù)與阻尼系數(shù)就成為影響整個座椅系統(tǒng)動態(tài)性能的主要因素。影響駕駛疲勞的振動主要是行駛中因道路凹凸不平而引起車輛隨機(jī)振動和車輛本身的機(jī)械振動。駕駛員受到縱向、橫向及垂直方向的直線振動,以及繞這3個方向的角振動。其中垂直振動和繞縱、橫坐標(biāo)軸的角振動對人體的影響較大。振動通過座椅傳遞到人體的臀部、后背部而引起全身性振動。因此,在設(shè)計汽車座椅時應(yīng)盡量隔離人體敏感的振動。在座椅設(shè)計中可采取如下措施:減小座椅共振頻率,降低對人體最有影響的高頻區(qū);降低共振時的振動傳遞率;降低乘員10Hz附近的振動傳遞率,以減輕彈簧以下的共振的影響和減少來自座椅靠背的高頻振動;把路面—輪胎、懸架、座椅—人三者看作一個整體大動力學(xué)系統(tǒng),尋求在各種路面隨機(jī)輸入情況下使乘員不易疲勞的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。另外,對于座椅的動態(tài)特性按照傳入人體的能量最小、使人體在感頻率區(qū)域動態(tài)響應(yīng)最小、傳給人體的加速度均方根值最小等目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化,與汽車的其他減振系統(tǒng)相匹配,使人體處于更合適的振動環(huán)境,這些都是減輕駕駛疲勞的重要措施。3人車接口的設(shè)計綜上所述,人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用于汽車座椅設(shè)計,能使座椅符合人體需求,從而保證乘坐和駕駛的舒適性和行車安全性。能