基于人机工程的汽车驾驶座椅研究的文献综述.docx
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基于人机工程的汽车驾驶座椅研究的文献综述
基于人机工程的汽车驾驶座椅研究的文献综述
摘要:
汽车驾驶座椅设计中人机工程相当重要,而相关的研究论文不在少数。
本文对关于人机工程汽车驾驶座椅研究的论文进行汇总分析和对照,探讨汽车驾驶座椅设计中考量人机因素的普遍状况,得出汽车驾驶座椅设计的最普遍的设计标准,和其中的规律和方式。
并提出作者关于汽车驾驶座椅人机工程方面以后进展的可能性展望。
关键词:
汽车驾驶座椅;人机工程;设计标准;文献综述;
1.引言
汽车已经深切人们生活,成为人们日常出行的必备工具之一。
汽车在带给人们方便的同时,交通事故却频繁发生。
专家预估我国到2020年汽车保有量将达到2.5亿辆。
而我国交通事故已成为危害人类健康和社会进展的重大问题,也是我国人群损害死亡的第一缘故。
其中阻碍驾驶员平安驾车的重要因素确实是汽车驾驶座椅。
在如此的背景下,本文从人机工程角度对汽车座椅设计相关的论文进行分析和对照,以期得出汽车驾驶座椅设计的最普遍的设计标准,和其中的规律和方式。
人机工程学是一门新兴的边缘科学,又是一门多学科的交叉学科。
它致力于探讨“人、机、环境系统”之间的彼此作用和关系。
研究的目的那么是通过各学科知识的应用,来指导工作器具、工作方式和工作环境的设计和改造,使得作业在效率、平安、健康、舒适等几个方面的特性得以提高。
擅长利用人机工程的手腕来指导汽车驾驶座椅设计,将极大提高驾驶员的操控效率和平安系数。
2.驾驶座椅人机因素关于驾驶平安的阻碍
汽车驾驶员在长时刻驾驶后(持续约4个小时后),躯体生理和心理方面的性能将下降,同时驾驶员的大脑也会反映迟缓,这将直接阻碍到驾驶操作。
这些病症的显现是在驾驶者无心识的情形下显现的,往往驾驶员自身并非能及时意识到。
驾驶座椅作为驾驶员直接的载体,对驾驶体验关系很是紧密。
2.1驾驶座椅人机因素关于驾驶员疲劳度的阻碍
“驾驶疲劳”是交通平安隐患最大的因素,交通事故中超过一半的事故都是因此而引发的。
其阻碍因素要紧因为驾驶员的坐姿、驾驶座椅的震动、温度、湿度等。
驾驶员的坐姿是由“驾驶员自己的主动坐姿”和“驾驶座椅的形态而致使的被动坐姿”这两个方面决定的。
驾驶员能够主动调整自己的坐姿来达到特定的操作目的等,可是主动坐姿是费力的,需要驾驶员刻意去完成。
汽车驾驶进程中更多的姿态是由驾驶座椅的形状决定的,驾驶员的躯体会被动去适应座椅的姿态,达到最省力舒适的坐姿。
这是驾驶座椅的人机因素关于驾驶进程的重要阻碍。
不合乎人机关系的驾驶座椅将增加驾驶员的躯体负担,更易致使驾驶疲劳,增加事故发生率。
而且不贴合躯体的座椅长时间利用将使驾驶员患上躯体疾病。
而驾驶座椅关于跑运输的大货车驾驶员不但承担驾驶辅助的功能,在夜间休息的时候又充当休息睡觉临时的床,驾驶座椅的舒适度和可调剂性就加倍重要。
2.2驾驶座椅人机因素关于汽车操控的阻碍
汽车座椅一方面要贴合驾驶员的臀部和背部,另一方面也要给考虑到驾驶操作的便利性。
驾驶座椅为了达到操纵方便性和舒适性的要求,必需对座椅空间位置进行设计。
“让驾驶员有开阔的视野范围,对方向盘、聚散踏板、制动踏板等操作部件有适合的距离,以便驾驶员能够方便舒适地操作”。
【2】在进行驾驶座椅设计的时候,座椅的高、宽、倾斜度、座深,靠背的高度、与座面的夹角等依照舒适坐姿选择。
同时也要预留座椅在水平方向和垂直方向的调剂量。
关于大货车,需要考虑到驾驶员在车上睡觉的情形,座椅的可变形性十分重要,能够充当临时的床,给予驾驶员最舒适的驾车体验。
3.汽车驾驶座椅的人机工程学分析
3.1人机关系定性分析
要提高驾驶座椅的舒适度和平安性,是需要多方面的考量的。
归根究底,汽车的驾驶者是人,汽车座椅的设计和制造也是为了更好地址便人而展开的,因此,“人性化”是进行汽车座椅设计的最重要的前提条件[5]。
从人动身来试探驾驶座椅的设计,是大体的起点。
因此该设计就不仅需要对人机尺寸方面的数据进行研究,也需要对整个驾驶体验进程中,座椅带来的所有触点进行分析。
3.1.1躯体贴合度和压力散布分析
第一驾驶座椅也是座椅的一种,其关于座椅舒适性的标准与一般做一是一致的。
关于一样座椅人机研究的论文指出:
“良好坐姿的必要条件是将最适当的压力散布于背脊椎骨之间的椎间盘上,并将最适当、最均匀的静负荷量散布于所附着的肌肉组织上”[9]。
必需对人体的坐姿生理特性进行分析研究:
坐姿时的脊柱形态;坐姿的体压散布;座垫上的体压散布;靠背上的体压散布。
[1]
(1)坐姿时的脊柱形态。
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状态,才会减少腰椎的负荷及腰背部肌肉的负荷,避免驾驶疲劳发生。
(2)坐姿的体压散布。
当座椅上的人处于坐姿状
态时,人的躯体重量作用于座垫和靠背上的压力散布,称作坐姿的体压散布;它包括座垫上的和靠背上的两种体压散布。
(3)座垫上的体压散布。
依照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,适合于繁重,而大腿下靠近表面处因有下肢主动脉散布,故不宜经受重压。
据此,座垫上的压力应依照臀部不同部位经受不同压力的原那么来散布,即在座骨处压力最大,向周围慢慢减少,至大腿部位时压力降至最低值,这是座垫设计的压力散布不均匀原那么。
(4)较好的背部和腰部的合理支承:
汽车座椅设计时应提供形状和位置适宜的两点支承,第一支承位于人体第5~6胸椎之间的高度上,作为肩靠能减轻颈曲变形;第二支承设置在腰曲部位,作为腰靠,能保证乘坐姿势下近似于正常的腰曲弧线。
[2]
3.1.2驾驶座椅的稳固性
驾驶座椅的稳固性包括“整体稳固性”和“横向稳固性”[2]。
整体稳固性是指驾驶座椅尽可能贴合驾驶者,对驾驶员的躯体进行包裹,从而保证在汽车驾驶进程中座椅作为一个最稳固的支点。
驾驶进程中驾驶员随时都要面对复杂的路况和突发情形,驾驶员关于座椅力的作用是多角度的。
这就必需引出第二个概念:
横向稳固性。
它要紧指的是在进行驾驶的进程中,驾驶员必然幸免不了遇见转弯的路段,而汽车进行转弯的时候,人体经受的横向加速度会让驾驶员的躯体显现摆动的现象。
为了让驾驶员的躯体加倍端正,在转弯的时候也尽可能地保证躯体的稳固性,就要在座椅的两边进行加高,如此尽管驾驶员经受着横向加速度,两跨和大腿也能够将躯体支撑住,维持驾驶的稳固。
[5]
3.1.3驾驶座椅的材质
支撑乘员的躯体是座椅的大体作用,它不只是一把安乐椅,将座椅表面设计坚硬一些能够避免疲劳,但硬度太高那么会与躯体贴合感差,反而会压迫躯体的某一部份,令人过快地感到疲劳。
支撑驾驶员的躯体是驾驶座椅大体的功用,尽管人机工程的目标之一是追求驾驶的舒适性,可是关于驾驶汽车来讲平安才是第一名的。
若是驾驶座椅的材质过于柔软,那么容易致使安逸疲劳。
而硬一些的座椅相较较于软一些的座椅能够更大程度地减轻驾驶员的疲劳感。
应当综合考虑汽车座椅与驾驶者的贴合度,合理地操纵座椅设计的软硬,在保证驾驶者不易疲劳的前提下,幸免座椅与驾驶者不贴合的情形发生,设计出减缓疲劳的硬座椅。
[5]。
另外,适合的材质选择将有良好的透气性,关于长时刻将躯体贴于座椅上的驾驶员来讲,这是提升舒适度的必要考量。
3.1.4驾驶座椅的振动和温度
驾驶员与驾驶座椅并非是完全独立的两个物体,而是一个典型的人机系统。
振动和温湿度关于整个系统的阻碍也十分重要,这是外部环境关于那个人机系统的阻碍。
(1)汽车驾驶座椅的设计不同于一般座椅设计,因为汽车在驾驶中不可幸免要产生振动,而那个振动关于驾驶员的阻碍也是很重要的一方面。
驾驶员经受的振动属于全身振动的范围。
有关研究说明,人体最灵敏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,振幅迅速增大,现在引发器官的生理反映最大。
振动对驾驶员操作的阻碍要紧表现为视觉作业效率的下降和操作动作准确性变差。
当达到必然限度时,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。
[1]因此要求驾驶座椅的设计有良好的共振频率、静态刚度和衰减特性。
(2)温湿度。
人体处于高湿度和高温度的情形下,往往会感到躯体不适,同时也将阻碍驾驶的持久度。
研究说明[1],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,高于或低于那个范围都会增加驾驶员的疲劳程度。
驾驶座椅对驾驶员人体热环境的阻碍要紧来源于座椅外表面的温度和湿度。
座椅的外表面直接与人体接触,接触到人的背部、臀部和腿部等。
这将直接阻碍到人体的散热性能和皮肤的呼吸功能。
若是温湿度不适宜,将加速人体疲劳感的形成。
3.2人机关系定量研究
3.2.1驾驶座椅的压力测试和接触面积研究
基于压力散布实验的汽车座椅人机形态研究[3]的论文中指出:
压力散布实验是目前国内外研究汽车座椅舒适性的要紧方式之一,通过压力散布实验,能够取得接触面积、最大压强、平均压强和不对称系数等8个压力散布指标,其中,接触面积、峰值压强和平均压强最能直观地反映乘坐的舒适度。
而且文章顶用三款座椅进行压力测试,如图1所示。
图1三款座椅照片
座椅靠背纵切面曲线及坐垫中心纵冠面曲线,形态如图2所示,其中B座椅的人及形态最为明显,A座椅次之,C座椅再次之。
图2三款座椅的人机曲线
三款座椅的大体尺寸如表1所示:
表1三款座椅的尺寸
该实验对6个人(4男2女)进行实验,得出的接触面积对照图如图3所示:
图3接触面积对照图
平均压强对照如图4所示:
图4平均压强数据对照
该实验最终对三款椅子的舒适度总评成绩为A座椅6.07435,B座椅6.71245,C座椅5.640275。
实验结论为:
A款座椅的在人机形态方面只注重了坐垫的设计,而靠背的设计缺有欠缺,尤其是A款座椅的腰部支撑,下腰部骶骨处位置空缺,因此造成了靠背接触面积与坐垫的关系成正比转变。
B座椅在人机形态方面,其靠背的高度有所增加,因此背部的接触面积与人体能较好的贴合,而且随着身高的改变而增大背部的人机接触面,因此可知,靠背尺寸高一些、人机形态更贴合的座椅拥有更高的舒适性。
C款座椅的这种特殊性还需要进一步分析缘故。
可是,缺少人机形态的造型,令人机接触面通过人体压力自然形成的情形会降低舒适感。
[3]
那个实验中舒适度要紧与接触面积相关,接触面积越大,平均压强将减小。
关于特定的驾驶者来讲,单位面积所受到的压强也将减小。
而合理的驾驶座椅设计不仅要考虑审美上的愉悦,而是需要通过人机工程实验的反复检测才能确信最理想的形态。
从而减缓驾驶员的疲劳程度,取得更好的驾驶体验。
而从汽车座椅静态舒适度研究[6]中能够得知人体在座垫上最适宜的体压散布图,如图5所示。
图5人体在座垫上最适宜的体压散布图
从图中能够明显的看到人的臀部收到的压力最为集中,通过座椅形态的设计来分解臀部压力集中部位的压力是相当重要的。
3.2.2驾驶座椅的人机尺寸研究
驾驶员的最正确坐姿是臀部离开座椅的靠背并轻微前移,论文汽车驾驶座椅人机工程设计[3]中关于人机尺寸进行了客观测量,并依照国标进行修正。
舒适驾驶坐姿的人体生理角度值如图6所示:
图6舒适驾驶坐姿的人体生理角度示用意
舒适驾驶坐姿的人体生理角度值如表2所示:
表2舒适驾驶坐姿的人体生理角度值
并进一步通过研究实验得出汽车座椅外观尺寸与设计依据,如表3所示。
表3汽车座椅外观尺寸与设计依据
4.讨论和展望
4.1驾驶座椅人机尺寸的意义和进一步研究的方向
通过对这些文献的研读和分析,进一步熟悉到汽车驾驶座椅设计的难度和重要性。
座椅的人机考量从静态尺寸的研究中发觉舒适度与座椅形态设计之间的紧密关联,以后关于驾驶座椅的设计不但要从外观方面动身,更要参照国家标准和现有文献进行人机方面的修正。
座椅设计模型样品
也要进一步进行对如实验研究,通过压力散布和平均压强的测量,并进一步优化座椅造型,如此反复进行,直抵达到较为均匀的压力散布。
从而帮忙驾驶员减轻躯体负担,给予更舒适的支撑和爱惜。
可是进一步展望以后驾驶座椅研究,会发觉目前的研究大体都是基于静态的人机尺寸研究,尽管有关于动态的人机尺寸研究的描述,可是研究内容并非深切。
而驾驶员在驾车的进程中,往往会有除主任务“驾驶”之外的副任务,比如看电话、看地图、听音乐等等。
这些行为的作用范围是不是在驾驶员的合理人机范围之内,是不是会对驾驶员的驾驶产生负面阻碍而致使事故,这些都还有待研究验证。
另外,路况和身旁人、物品关于驾驶员的的阻碍和干扰都是不可轻忽的阻碍因素。
4.2驾驶座椅可变形性分析和展望
驾驶座椅人机研究还有待深切考虑可变性带来的一系列转变和阻碍。
一方面因为不同人的身高、体重、身材等不尽相同,关于可变形性座椅的需求显现出来;另一方面,关于跑远程的驾驶员,往往需要在驾驶座椅上短暂休息或睡觉,这时驾驶座椅需要临时变形成床的姿态。
这两方面都要求驾驶座椅需要进行可变形性的人机工程研究。
以期得出可变性座椅关于不同身材驾驶员身材的匹配方式和可行性,和可变形性驾驶座椅睡姿的人机工程分析。
这些将有助于构建加倍舒适、便利、平安的驾驶体验。
5.结论
本文通过对汽车驾驶座椅人机工程方面论文的汇总和研读,明确了驾驶座椅设计时既要考量躯体贴合度、稳固性、材质、振动和温度这些因素,又要进一步定量研究座椅的平均圧力散布情形,以指导座椅的造型设计。
同时对以后的驾驶座椅的动态尺寸研究和可变形性研究进行了试探和展望。
运用人机工程的方式将使汽车座椅的设计从生理指标的数据化、定量化进行研究,座椅的舒适度、便利性、合理性和平安性都将取得更好的保障。
参考文献
1.基于人机工程学的抗疲劳汽车座椅设计_冯飞燕
2.基于人机工程学的汽车座椅设计研究_田福松
3.基于压力散布实验的汽车座椅人机形态研究_张萍
4.汽车驾驶座椅人机工程设计_沈青
5.汽车座椅的人机工程学分析_陈杰
6.汽车座椅静态舒适性研究_张兰
7.基于人机工程学的汽车座椅设计研究_库拉什_沙亚别克
8.基于人机形态的汽车座椅舒适性研究_高雅
9.基于人机工程学的座椅设计研究综述_罗剑英
10.IncorporatingMalaysian’sPopulationAnthropometryDatainthe
11.DesignofanErgonomicDriver’sSeat.BabaMdDerosa,*,NorHassanilHaniefHassana,DianDarinaIndahDaruisb&ShamsulBahriMohdTamrina,b
12.ErgonomicsassessmentoflocallyfabricatedpassengerseatsintrotrovehiclesinAccra,Ghana.SophiaTetteha,⁎,LarisaBowen-Dodoob,SamuelKojoKwofieb
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