新型人机工程技术在公共设施设计中的应用[推荐阅读]

第一篇：新型人机工程技术在公共设施设计中的应用

河 南 科 技 大 学

题目：人机工程结业论文

新型人机工程技术在公共设施设计中的应用

姓 名 许 明 莉 学 院 机电工程学院

专 业 管理科学与工程

学 号

201201079

2013年 6 月 16 日

新型人机工程技术在公共设施设计中的应用

许明莉

摘要：公共设施体现着一个城市乃至一个民族的整体形象和发展水平，我国的工业化进程比较晚，对于公共设施的重视程度不够，在设计中存在一些问题，有些公共设施没有考虑与环境的协调性以及设施的适用性，及人机工程学相连接而影响设施本身的利用率和使用者的舒适度等，基于这种情况，本文通过绿色人机工程、人机交互技术两种新型人机工程技术在公共设施中的应用研究，充分证明人机工程学在公共设施设计中的重要性以及应用的合理规范性，当然也存在一定的局限性。因此，在设计中，我们需要灵活应用人机工程学，在科学数据与主观审美之间寻求平衡，使两者能够共同发展，在各自发展的同时能和够相辅相成。关键词：人机工程学；公共设施；人机关系

随着科学技术的发展和社会的进步，人们对公共设施的要求逐渐在变化。因此对于公共设施这个影响着人们生活质量和城市形象的产品，怎样对它进行设计以及规划，成为城市建设中很重要的一部分。公共设施的服务对象是它的使用者，如何让使用者感觉使用舒适、方便、快捷，从生理和心理上都得到满足，便是设计师的首要职责。人机工程学是一门研究人、机、环境之间如何很好的协作，并达到很好的效率的学科。公共设施设计中如何让使用者、公共设施和它们之间的环境三者较好的合作，有必要系统的研究人机工程学在公共设施设计中是如何应用，目前存在哪些问题，有无改善的地方，如何改善等等问题。公共设施设计简介

“公共设施是指为人们提供公共服务的各种公共性、服务性设施，按照具体的项目特点可分为教育、医疗卫生、文化娱乐、交通、体育、社会福利与保障、行政管理与社区服务、邮政电信和商业金融服务等。”城市的公共设施是随着城市的发展而发展的，因为我们国家的工业化进程比较晚，而且经济欠发达，税务制度不是很完善，政府在公共设施投入的资金不足，而导致我们国家现有的公共设施与西方国家相比较落后。随着我国经济的快速发展，城市公共设施的建设也越来越受到重视。

随着科学技术的发展，城市公共设施也增加了很多项目。随着信息技术的发展和移动电话的普及，逐渐出现了公共信息亭，手机加油站，自动贩卖机等等。产生了越来越多的公共设施来满足人们的日常需要，因此在研究公共设施的设计中，我们首先将它按照一定要求对它进行划分，以便系统的进行讨论。由于、目前公共设施种类繁多，其分类标准也众说不一，我们将城市公共设施按照使用功能划分成信息设施、卫生设施、照明设施、娱乐服务设施和交通设施系统。另外，由于我国对残障人士的关注，也相应提出了无障碍设计，因此对于无障碍系统设施设计也逐渐重视起来。而且公共设施的设计不仅包括公共设施产品本身，它所处的环境也在设计范围之内，因此公共环境也是设计的重点。

公共设施是为了实现人们生活的便利，满足日益增长的物质与精神需求。因此公共设施的设计除了在满足其基本物质功能的实现以外，通过其色彩，形态，材料的合理应用等带给人们视觉上的感受，对于该物质有更好的识别，这种视觉感受在某种程度上辅助实现了该设施的物质功能，进而体现了它的精神功能。另外，公共设施的设计由于地域，民族特征等的差异，在进行形态，色彩设计时要充分考虑这些差异，从而满足不同人群的需求。绿色人机工程及在公共设施设计中的应用

2.1 绿色人机工程基本理论

绿色设计(Green Design——GD)，或称生态设计、环境设计、生命周期设计、环境意识设计、可持续设计等，其基本思想是在设计阶段就将环境因素和预防污染措施纳入产品设计之中，将环境性能作为产品设计的目标和出发点，力求使产品对环境的影响最小。它是在生态哲学的指导下，运用生态思维，将物的设计引入“人－机－环境”系统，既考虑满足人的需要，又注重生态环境的保护和可持续发展的原则，既实现社会价值，又保护自然环境促进人与环境的共同繁荣，符合以人为本的设计理念。绿色设计是获得绿色产品的基础，具有决定性，它要求人、机、环境、未来四者和谐统一，即由原先的三维(人、机、环境)和谐统一，加上一维(时间、未来)，演进为四维的和谐统一。主要特点是减缓地球上资源财富的消耗、从源头上减少废弃物的产生、并行闭环设计。绿色设计过程及准则如下图1和图2。

图1 面向产品生命周期的绿色设计过程

图2 绿色设计准则

2.2 绿色人机工程在公共设施设计的应用

由于工业化进程的加快，现代科技文化引起了环境及生态的破坏的现状，一些设计师开始倡导绿色设计。公共设施是一个城市文化形象的代表，也是一个城市的主要组成部分，设计也应该遵从绿色设计的原则，它要求从材料选择到结构设计、生产加工工艺，产品的使用甚至废弃处理等每个环节都应该考虑资源节约和环境保护的理念。公共环境设施不同于普通的产品设计，公共环境设施与周围环境的融合统一是设计师必须要考虑到的一个因素。自然生态是一个平衡的系统，人类的活动一直以来都对这个平衡产生正面的和负面的影响。按照常理，我们就应该在设计中尽量避免负面影响，然而，现实的情况却不是这样的，有些设计师的设计往往是为了设计而设计，忽视自然生态之间的平衡关系，随意改变自然生态系统。现在好多设计就是用生硬的线条或者模块将城市划分成广场，道路和公共环境设施，居住区等，为了实现这些划分，肆意的破坏原有的绿色环境，而在进行了刻意的划分后，为了美观，又不惜人力物力和资金大量的投入，按照城市规划的意愿铺上草皮种上花草。人们总是破坏自然的生态系统，然后又按照自己的喜好随意增加一些本来原先就有的东西，人为的把人与自然用现代科技手段隔开，最终得不偿失。

现在，人们已经意识到某些行为的错误，开始有意的回归自然生态。当今世界，对绿色环境的渴望已成为人们的主导心理。然而，就在呼唤绿色设计的今天，公共环境设施设计中仍然存在着有悖于绿色宗旨非人性化的设计现象，比如在公共环境设施的设计上很少考虑到绿色设计的因素，不能全面地预测到设施在制造、使用、废弃等全部生命周期的各个阶段对环境和人体的影响，此外，对于设施的再利用化的重视程度不够。也就是说，不能很好利用拆卸技术、再制造技术和材料循环技术以及无害化处理技术，以确保设施退役后，零部件及材料以最高的附加值回收并重复利用。因此，公共设施设计要真正做到绿色人机需要注意材料的选择和管理，产品的可回收性和产品的装配与拆卸性设计等。我们在选择材料时就要考虑到它是否可再生回收，而且对环境的少污染及低能耗等问题，零部件之间最好能兼容的。

另外还要尽量减少材料的种类，以减少回收成本。在进行设计时尽量使用一些可以充分利用的零件和材料，而且要在设计中体现出来，因为一般资源的回收再利用是原材料再循环和零部件再使用，由于材料再循环成本较高，而且技术实施上也困难，因此零部件再利用是较为合理的资源回收方式。另外在进行设计时尽可能用简单的结构和外形，减少零部件的种类，而且采用简单的连接方式，易于拆卸，减少紧固件数量，这样可以方便装配和拆卸，且节约成本。人机交互技术及在公共设施设计中的应用

3.1 人机交互技术基本概念

人机交互技术（Human-Computer Interaction Techniques）是指通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术。它包括机器通过输出或显示设备给人提供大量有关信息及提示请示等，人通过输入设备给机器输入有关信息，回答问题及提示请示等。人机交互技术是计算机用户界面设计中的重要内容之一。也指通过电极将神经信号与电子信号互相联系，达到人脑与电脑互相沟通的技术，可以预见，电脑甚至可以在未来成为一种媒介，达到人脑与人脑意识之间的交流，即心灵感应。我国对人机交互技术的研究起步较晚，但现在973、863、“十五"计划已经将其列为主要内容。

3.2 人机交互技术在公共设施设计中的应用

在公共设施设计中，随着计算机的发展，人机交互也成为设计的重点，我们在日常生活中用到的公共设施好多都有人机交互界面，例如ATM机，自动售货机，邮局、银行、营业厅里的自动排号机，电子书报亭，候车室的电子显示屏等都运用了人机交互技术，目前上海已建成装有电子显示屏的公交电子站牌1000多块，并将在年内再建800至1000块，并在60多条公交线路上开通公交车运行信息预告服务。可见人机交互技术用到公共设施建设中初步取得了很好的效果，并且在公共设施越来越人性化发展的同时，人机工程技术也在不断进步。使用ATM机时，屏幕上的信息可以不用通过鼠标等来进行操作，直接用手指触摸我们需要的选项便可进行操作，这便是应用了人机交互技术中的多点触控技术。“多点触控技术是采用人机交互与硬件设备共同实现的技术，能在没有传统输入设备如鼠标、键盘等的支持下进行计算机与人之间的交互操作。与单点触控技术相比，多点触控技术能够实现在一个触控屏如屏幕，桌面，墙壁等或触控面板上，同时接受多个点的输入信息。”这些人机交互软件的设计也为公共设施设计提供了很多帮助，在公共信息显示系统方面，数字化和系统化的信息显示提高了信息的传输效率，方便了人们的查询使用，为我们的工作和生活带来很大的便捷。随着我国城市建设力度的加大，相信人性化的人机交互技术会广泛应用于各类公共设施设计中，有了这些便利的公共设施，就算在一个陌生的环境中，人们也不会感到生疏紧张，能够迅速有效的到达目的地。希望随着科学技术的发展，更多的人机交互技术能够很好的应用到公共设施设计中，构建一个更加和谐便利的生活环境。

总的来说，人机工程学是一门理性的学科，它提供给公共设施设计以科学依据和理论依据。在公共设施设计中要全面的考虑这些因素，将理性与感性因素巧妙结合，才能更好做到人一机一环境的最优化设计。结论

随着科技的发展和人们对与生态环境质量的重视，人机工程学与科技的结合下出现了一些新兴的人机工程学技术，绿色人机工程和人机交互技术在公共设施设计中应用的较为广泛，但其中也存在一些问题，有些设计师对于绿色设计的误解，从而盲目设计等问题，公共设施设计要真正做到绿色人机需要注意材料的选择和管理，产品的可回收性和产品的装配与拆卸性设计等。对于人机交互技术在公共设施中的应用，将会有更多更好的技术逐渐应用到公共设施设计中，从而提高公共设施的科技化程度和设计水平，最终能够更方便人们的日常生活。本文通过分析这两种新型人机工程技术在公共设施设计中的应用，阐明了公共设施与人机工程学之间的关系，论证了人机工程学在公共设施设计中的重要性。通过论述，提出一些解决方法和应用原则，应当注意的是在公共设施尺寸设计时，需要有针对性。另外，公共设施在进行人机工程学的应用方面不能教条主义，应该与人文因素理性结合，考虑使用者的历史文化背景，心理层面的感受等，区别东西方文化的差别，在设计中做到灵活应用。希望通过本文的系统研究，在以后的公共设施设计时能够更加合理的灵活的应用人机工程学，能够为今后的设计起到一定的参考和指导作用。相信在不久的将来我国的公共设施也能够做到世界领先，而且设计出更丰富的公共设施，提高人们的日常生活水平的同时，加强我国在设计方面的竞争力。

参考文献：

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第二篇：人机工程学在整体厨房设计中的应用

人机工程学在整体厨房设计中的应用

摘要

追求安全、健康、舒适和美观是整体厨房设计的目的。本文通过设计调交 ,建立了整体厨房用户模型 ,通过人机工 程学中舒适人体尺寸的运用,研究了厨房空间的合理的平面布局方式、整体厨房的平面剖面尺度以及合理的储藏空间等使用户大大提高工作效率和操作的舒适度。

关键词 : 整体厨房 ； 厨房 ； 橱柜 ；人机工程学

abstract The pursuit of safety, health, comfort and beauty is the overall kitchen design.Through the design, the establishment of the overall kitchen user model, through the use of ergonomics in the comfort of human body size, the space of the kitchen.Reasonable.} plane arrangement, plane and the section sizes of the whole kitchen and reasonable storage space.The user can greatly improve the work efficiency and operating comfort.Key words: integral kitchen;kitchen;cabinet;Ergonomics

一、前言

整体厨房是将橱柜、抽油烟机、燃气灶具、消毒柜、洗碗机冰箱、微波炉、电烤箱、各式挂件、水盆、各式抽屉拉篮、垃圾粉碎器等厨房用具和厨房电器进行系统搭配而成的一种新型厨房形式。具有储存、清洗、加工、配俊、烹调、备俊、交流功能。进入21世纪,国民生活水平得到普遍提高,现代住宅设计已把设计重 点和 施 工精度放在起居室、洗手间和厨房上来了。消费者的生活行为发生大的改变 ,厨房的功能不再是过去单一的满足烹调行为要求 ,已发展为集仓储、加工、清洗、烹饪和配蟹等多功能为一体的综合服务空间。人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素;研究人和机器及环境的相互作用;研究在工作中 家庭生活中与闲暇时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科。在整体厨房“人一机一环境” 的特定系统中,“ 人” 即操作者,是主要因素;橱柜、设备及器具等是“机”，厨房的室内空间尺度、形状、色彩及声、光、热 空气条件是“环境”,更设计出使操作者使用最好适的“环境”和最省力的“ 机”,则首先要分析、了解“人”。

二、设计调查

厨房的空间规划需兼具实用、美观、安全、易清理及省时省力。因此,空间的妥善规划极为重要,这就必须进行设计调查,了解用户与整体厨房产品有关的生活方式、行为方式、各种使用环境和情景、用户的想象、用户的期待等t31。同时了解用户在厨房中进行操作的过程和思维过程,从而发现用户需要,获取这些信息后,建立厨房内的用户模型。

2.1用户模型

厨房用户的作业流程一般是:外购、储存一摘拣—洗涤一调理一烹饪一配餐一上桌一洗刷的顺序进行。如图1为厨房中的操作内容及操作路线。按照用户的一般操作流程 , 将厨房空间分为四大区,即储藏区、洗涤区、操作区、烹饪区、(进餐区)。如表2一1所示。依据流程分区,整体厨房的平面布置顺序依次应是储藏区、洗涤区、调理区、烹饪区。洗涤、调理均为湿作业场所,将后二个区域尽里安排在同一台面上〔5〕,这样操作更方便。2.2思维模型

经过调查分析,用户对整体厨房产品的期待包括以下几点 : 1.橱柜的尺寸应根据人体尺寸,达到使用方便、省力、舒适、降低劳动强度、提高工作效率的目的;2.设备的安排要尽l 缩短人 在厨房操作时的行走路线;3.水池附近应有储藏区 , 刀、叉、碗等俊具洗好可安放其中;4.尽量缩短厨房与俊桌之间的距离;5.给电器留一定的储藏及操作空间。

三、整体厨房的平面和剖面尺度设计

整体厨房典型设备、橱柜的平面、剖面尺度的确定,是依据人机工程学中人的操作机能来确定的,其目的在于要让人使用的“ 机具”满足人的各种使用要求,以达到使用方便、省力、舒适、降 低劳动强度、提高工作效率、合符科学的目的。整体厨房典型设备、组成有厨房操作台 洗涤池、冰箱、炉灶及吊柜等,在设计时应考虑其平面、剖面的尺度关系。3.1整体厨房的平面布局

在整体厨房的功能区域中,储藏区以冰箱为中心,洗涤区和操作区以水盆为中心 烹饪区以炉灶为中心。在20世纪五十年代进行的人体工程学研究(基于20世纪二十年代为提高工作效率所做的研究)中,提出一个“工作三角”的重要原则t6] 调整冰箱、水盆和炉灶这三个工作点的相对位工,达到使用方便 减轻炊事劳动量，提高工作效率的目的,是整体厨房平面布,的基础,三者之间的连线围成一个“工作三角”,人在这三个点之间走动自然形成一个三角形连线。

这项研究确立了这三个主要厨房活动区域之间的距离,经过l，这个三角形三条边长之和宜在3.6m ~ 6.6 m之间:小于3.6m，则贮藏和工作面很狭窄;大于6.6m,则由于往返距离加大使人疲劳,厨房操作效率降低。总长在4.5m ~ 6.Om 之间的效率最高,称为“省时省力三 角形”[ 7],其中洗涤池与炉灶之间的联系最为频繁,专家建议宜将它们之间的距离缩到最短,但距离最少为9OOmm。冰箱和水池间的距离 a 在1.2m ~2.lm较好,水池和炉灶间距离b在1.2 m ~ 1.8 m 较为合理,而冰箱和炉灶间距离c在1.2 m ~ 2.7 m 较为恰当,如图2同时厨房交通还须避开工作三角形,使作业光线不致受到千扰。3.2操作台设计 1.操作台高度

目前操作台的高度多数为860mm,二事实上人在切菜时上臂和小臂应呈一定夹角,这样可以最大程度地调动身体力量,双手也可相互配合地工作[8 ]。在抽样调查中,让一组不同身高的人去体验切菜台的高度 ,得出数据,见表2 通过数据分析发现,如果身高相差1cm的话,最舒适切菜台高度一般相差0.5c m左右。根据人体尺度的国家标准 可知,成年女子身高的10百分位数为150.3cm,90百分位数为164cm ,因此相对应的操作台 高度应在79 cm ~ 86 cm 之间具体的高度根据主妇的高度来调节,原则即为身高每增加1cm,操作台的高度增加 0.5cm,一般将操作台高度定为800m m ~ 850mm能适合于大多数人。如果厨房空间足够的大,可补充增设其他所希望高度的操作台,以满足不同功能的需要。

2.操作台宽度

人在站立操作时所占的宽度女为66cm,男为70cm ,但从人的心理需要来说，必须将其增大一定的尺寸。根据手臂与身体左右夹角15度时工作较轻松的原则,操作台面宽度应以760mm为宜[ 8](见图3),因此一般来说,在条件允许的情况下 , 操作台的宽度应>=760mm。3.操作台深度

如图3,人使用操作台的主要操作区的深度为45Omm ,而人略探身可触及的操作案台深度为600mm,因此从这方面看操作台的深度不宜小于450mm,也不宜大于600mm。

4.操作台下柜体的深度

相对应的台面下的柜体一般要比台面本身要浅5Om m,当台 面为5 Omm时,柜体的深度为5OOmm的标准柜体深度;而当台面的深度为 600mm时,柜体的深度选择55Omm的标准柜体深度。5.操作台下柜脚的容脚深度 为了使人身体能靠着案台的边缘、且能垂直站立操作,案台的柜脚就需容脚深度，约1OOmm。这样处理，可以提高案台站立操作的舒适性,大大减轻操作者的腰部疲劳。

3.3灶台设计

一般来说,灶台是和操作台的高度是在同一高度上的。但由于女性平均使用炉台的时间较长,因此为避免烹饪时胳膊架得很高,造成颈肩酸痛,灶台的高度应比操作台的高度下降约1Ocm ,视线得以轻松俯视煮食,手肘在炒菜时也可以轻松悬放,不会长时间处于紧绷状态。因 此,放置灶具的台面应扣除锅和灶具的高度,对于台式炉灶需要在普通操作台的基础上减去炉灶和锅的高度20Omm,即灶台柜在600mm一65Omm 之间;而对于嵌吞式炉灶则需要在普通操作台高度的基础上 减去锅的高度1OOmm ,即灶台在700mm ~ 750mm之间。但这种灶台和操作台不在一个平面的情况下需要保证：灶台一侧至少有23Omm的操作空间,而另一侧操作空间应达到38Omm。3.4 洗涤池设计

1.洗涤池高度

一般来说,洗涤池的高度偏低,长期使用会使用户产生腰部劳损,这就需要加高洗涤池的高度,使用户在正常站立的情况下就可轻松洗涤。根据人机工程学原理,女子50百分位数的“ 立姿肘高” 为960mm,加穿鞋修正,2Omm ,得980mm;由于立姿下在略低于肘高的位皿操作最适宜,所以取洗涤池的高度为 “立姿肘高”减去180mm ~ 13Om m ,即洗涤池的高度在800mm ~ 85Omm 之间,与操作台的高度一致,两者可用一 个高度满足洗涤和切菜的瓣要。2.洗涤池平面尺度

厨房洗涤池不应太靠近转角布工,否则没有足够的空间会影响人的操作,而且也不便于物的放置。一般在厨房洗涤池的一侧保留最小的操作台空间为46Omm ,而另一侧保留最小的操作台空间为 610mm [“9]。3.吊柜设计

在吊柜的设计上要考虑吊柜的深度和安装的高低,以避免碰头。以人为基准,人向上伸直手臂,指梢高度成年女性五十百分位数约为18OOmm ,这决定了吊柜最高的搁板不得超过1800mm ,1800 以上的空间无法站在地面上取物。因此,吊柜上沿高度应220cm。

四、整体厨房的储藏设计

厨房使用方便与否,与储藏空间的充实与否密切相关,零碎东西多的厨房必要的东西能够顺利地拿进、拿出是关键,根据所拥有的锅以及蟹具l的需要,确保足够的储藏空间,此外,有固赵姓酬蛛驴、电饭锅的场所也是十分必要的。频繁使用的东西应收藏在站着就可以够得到的范围内,其中经 常使用的调味品、工具等应收藏在与视觉高度接近的位置,作业效率会提高。操作台下面(里面)的收藏,使用不浪费进深空间的、带滑轮的柜橱比较方便。抽屉式的柜橱由于比较深,有些东西会被埋没其中,为便于使用应对所有储藏物品进行分类存放 [10]。考虑到厨房的东西还会有增加的可能,储藏的空间也应留有余地。

五、结束语

本文就主要通过了解人在厨房中的操作过程以及人体尺寸,将整体厨房进行人性化设计,设备的安排要以尽量缩短人在厨房操作时的行走路线为目的;而且还要根据人体的高度进行橱柜的尺寸设计;除此之外还要合理有效地利用空间,安排必要的贮物空间。

参考文献：

[1]陈波.实用人机工程学.中国水利水电出版社[M].2013.3.[2]李东岂.人际工程学厨房应用[M].2007.3.[3]段晓丹.厨房卫生间设计布置及装修技[M].成都: 四月l科学技术出版社,2003.3.[4]刘爽.厨房人机工程社[J].艺术探索,2002.3

考查课（论文）

题 目名称 人机工程学在整体厨房设计中的应用

课 程 名 称

人机工程学 学生姓名文龙

学号

1341101138 系、专

业机械与能源工程系机电一体化 指导教师

邓维克

2016年11月03日

第三篇：人机工程学在汽车座椅设计中的应用

人机工程学在汽车座椅设计中的应用

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，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。

二、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。

三、汽车座椅人机工程学分析

1、人体坐姿生理特性分析（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

2、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：

（1）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。

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。

（2）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影响人体背部、臀部、下体等部位的散热性能及皮肤的呼吸功能，当其温湿度特性与人体生理机能不适应时将引起人体局部不快感，从而加速人体疲劳的形成。

四、汽车座椅的人机工程设计

汽车驾驶座椅的人机工程学分析，安全舒适的汽车驾驶座椅的设计必须满足以下要求：意识坐姿舒适性（静态舒适性）；二是振动舒适性（动态舒适性）；三是操作舒适性；四是安全性（包括主动安全性及被动安全性两个方面）。

上述要求具体到驾驶座椅的设计中满足驾驶员坐姿舒适性的座椅尺寸结构设计、满足驾驶员振动舒适性的座椅抗振减振设计、满足操作舒适性的座椅空间位置设计以及满足驾驶员的安全性的汽车驾驶座椅主动安全性及被动安全性的设计。

1、座椅尺寸结构设计

驾驶座椅尺寸结构设计的研究把注意力集中在人体生理结构特点对驾驶舒适程度的影响上，寻求最佳的座椅结构形式、尺寸、轮廓形状及材料选择。

（1）座椅尺寸设计

座椅尺寸设计主要参数包括：椅面高度、宽度、深度、椅面倾角；靠背的高度、宽度和倾角。座椅尺寸设计涉及主要参数如图2所示。

椅面高度A：椅面高度定义为椅面前缘至驾驶员踵点的垂直距离。在设计时主要考虑到两点：椅面过高会使大腿肌肉受压，椅面过低就会增加背部肌肉负荷，驾驶座椅的椅面高度应低些。

椅面宽度B：在空间允许的条件下，以宽为好。但对于汽车驾驶座椅来讲，驾驶员坐姿单一，不涉及变换姿势，通常设计应满足最宽人体需要为准。

椅面深度C：指椅面前缘至靠背前面水平距离。其尺寸应满足：腰部得到靠背的支撑；椅面前缘与小腿之间留有适当距离，以保证大腿肌肉不受挤压，腿弯部分不受阻碍。

靠背高度D及宽度：靠背的高度和宽度与坐姿肩高和肩宽有关，对于汽车驾驶座椅靠背的高度应采取高靠背，最好加靠枕。

靠背倾角α：靠背倾角是指靠背与椅面水平方向的夹角。

椅面倾角β：指椅面与水平之间的夹角。主要考虑到为了防止人体臀部向前滑动而是椅面前缘向后倾。此角不易过大，否则会增加大腿下平面与座垫前缘的压力，从而减少双脚着地的负荷，阻碍血液循环，引起身心疲劳。

通过以上座椅尺寸参数的确定，以保证驾驶员人体脊柱曲线更接近于正常生理脊柱曲线。舒适坐姿的各关节的角度应该满足图3中所示的要求角度。

（2）座椅结构设计

为了保证座垫上合理的体压分布，座垫应坚实平坦。太软的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，从而导致腰酸背痛现象的产生。研究表明：过于松软的椅面，使臀部与大腿的肌肉受压面积增大，不仅增加了躯干的不稳定性，而且不易改变坐姿，容易产生疲劳。

依据靠背上体压分布不均匀原则，在座椅靠背设计时应保证有靠背两点支撑，即就是人体背部和腰部的合理支撑。汽车座椅设计时应提供形状和位置适宜的两点支撑，第一支撑不位位于人体第5—6胸椎之间的高度上，作为肩靠；第二支撑设置在腰曲部位，作为腰靠。肩靠能减轻颈曲变形，腰靠能保证坐姿下的近似于正常的腰弧曲线。

（3）座椅材料选择

座椅材料的选择主要考虑到以下两个方面：振动舒适性以及座椅对人体热环境的主要影响。座椅材料是座椅的主要减振元件，要想使座椅获得较低的振动传递率，使座椅有较高的振动舒适性，必须采用合适的座垫和靠背减振材料。根据驾驶室的微气候环境，调整座椅表面的湿温度特性，可以适当调节人体代谢，达到减轻疲劳的目的。

2、座椅舒适性设计 通过查阅相关资料并对当前市民针对汽车座椅舒适性的市场调查考证，由生物动力学研究表明，长时间地承受高强度的全身振动对于人体健康的损害是相当严重的。主要是腰脊和相关的神经系统会受到影响。新陈代谢以及源于机体内部的一些其他因素会恶 化这个影响，通常认为环境因素，如身体姿势、低温及气流会引起肌肉疼痛。由本小组研究人员取证分析，得到以下结论：

（1）、座椅舒适度的指标

根据人机工程学原理,为保证良好的舒适度，针对静态舒适度，设计中应遵循以下原则：① 座椅尺寸应与人体测量尺寸相适宜；②座椅应可调节，能使乘坐者变换姿势，并最大范围 满足各类人体的乘坐要求；③座椅应能使乘坐者保持舒适坐姿，靠背结构和尺寸应给腰部 充分的支撑,使脊柱接近于正常弯曲状态。

（2）、座椅舒适度的影响因素 座椅的几何尺寸是影响座椅舒适度的因素，但研究发现这并非唯一最主要的影响因素。许多 文献都提及腰部支撑的重要作用。腰托的形状和位置，对于是否能使人保持良好坐姿，减少 人体疲劳具有重要作用。从人机工程学的角度来讲，腰部是体现座椅功能的关键部位。因此，座椅的腰托是影响舒适性的关键因素。腰托的安装位置在座椅靠背结构设计中十分重要。

（3）、座椅舒适度的研究方法 从汽车座椅设计及改善的角度出发，消除座椅不舒适性最理想的方法是能建立定量模型，预测座椅的不舒适性。国内外研究中,建立的模型主要有如下3种：利用模糊理论建立的模型、线性模型和神经网络模型。

目前，国内在座椅舒适度的研究上还存在一些缺陷：①没有针对中国人体特征尺寸的座椅舒 适性研究；②对于座椅静态舒适性评价还没有形成一套客观系统的体系；③在应用神经 网络建模方法评价舒适性中，对输入量的界定还不够清晰明确，有待进一步研究。

3、座椅空间位置设计

座椅空间位置设计就是为了达到操作舒适性的目标，而进行驾驶室座椅空间位置设计以确保驾驶员有良好的视野，同时对汽车转向盘、脚踏板等操作部件有恰当的操作要求距离，以达到操作舒适性的最终目的。

图4列出了驾驶作业空间设计的主要指标。

4、座椅安全性设计

座椅安全性设计的内容主要包括以下几个方面:座椅强度的设计、座椅结构型式的设计、靠 背的设计、坐垫的设计、头枕的设计。

（1）座椅强度的设计

座椅强度的设计是安全性设计的首要内容。汽车行驶中，座椅要承受复杂的载荷。汽车座椅 必须有足够的强度，以确保座椅上的人所受的伤害最小；座椅的寿命应足够长，不致过早变 形或损坏；受冲击载荷作用时，座椅不应发生断裂、严重变形等损坏现象。所以设计座椅时 必须对汽车座椅的强度进行计算，尽量以最少的材料、最小的质量满足强度要求。

（2）座椅结构型式的设计

座椅整体结构的安全性设计应考虑的是其对其他约束系统效能的影响及与其他约束系统之间 的连接方式等。

（3）靠背的设计

靠背的安全性设计应考虑靠背的强度、倾角、基本尺寸及其形状。靠背的强度设计不但应该 在“追尾”等后部碰撞时给乘员提供良好的保护，而且也要考虑侧碰时对乘员的保护。而靠 背倾角、基本尺寸及其形状对尾部碰撞的严重程度有很大影响。

（4）坐垫的设计

坐垫一般不会造成对乘员的直接冲击伤害，但坐垫的结构可以影响到乘员运动过程、约束力 加到乘员身体上的方式及外部载荷(加速度、力等)的绝对值大小。坐垫深度设计的原则是在 充分利用靠背的情况下，使臀部得到合理的支撑。坐垫深度不应该超过人的大腿长度。（5）头枕的设计

头枕是一种用以限制乘员头部相对于躯干向后移位的弹性装置，其作用是在发生碰撞时，减 轻乘员颈椎可能受到的损伤。尤其是在汽车受到追尾碰撞时，可抑制乘员头部后倾，防止或 减轻颈部损伤。现多采用模拟计算和试验验证相结合的研究方法，该方法重复性好、存储信 息量大、开发周期短且开发费用低。

五、汽车座椅人机工程学的应用

所谓人机工程学，亦即是应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数；还提供人体各部分的出力范围、活动范围、动作速度、动作频率、重心变化以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。

人机工程学的显著特点是，在认真研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上，不单纯着眼于个别要素的优良与否，而是将使用“物”的人和所设计的“物”以及人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究。在人机工程学中将这个系统称为“人——机——环境”系统。

六、结束语

从人机工程学的角度出发，进行汽车驾驶座椅的设计，是使驾驶座椅具有良好坐姿舒适性、振动舒适性、操作舒适性和安全性的必要手段。

目前，虽然已有企业在利用人机工程学的研究成果来设计驾驶员座椅了，但对设计出来的驾驶座椅还不够完善，因此建立一个从分析——设计的系列开发过程有着非常重要的意义。参考文献

[1]王惠军 《汽车造型设计》 国防工业出版社，2007年 [2]郭竹亭 《汽车车身设计》 吉林科学技术出版社，1992年 [3]黄天泽 《汽车车身结构与设计》 机械工业出版社，2003年

[4]李少波 《汽车车身计算机辅助设计与分析》[硕士论文] 贵州工业大学，1999年 [5]吴翔 《产品系统设计》 中国轻工业出版社，2000年

第四篇：人机工程学在汽车座椅设计中的应用

题目 人机工程学在汽车座椅设计中的应用

熊雯

湖北汽车工业学院 机械工程系,湖北 十堰,442002 摘要：驾驶员驾驶姿势直接影响着驾驶员的舒适和健康，关系着是否能够安全、高效准确地驾驶。同时它还决定着舒适程度，以及长期驾驶是否对驾驶员造成生理和心理上的有害的影响。本文结合人机工程学的知识，从人的心理，生理特点出发并结合汽车振动特性，视野范围以及空间分布来分析人与座椅的相互关系和相互作用，从而得出能符合人机工程学标准的，并将舒适性、安全性都考虑到位的汽车座椅的设计。关键词：人机工程学、座椅，舒适度、设计

Ergonomics application in automobile seat design

xiongwen hubei automotive industry institute department of Mechanical Engineering,Hubei shiyan,442002 Abstract: Driving position directly influences the driver's comfortable and healthy, relationship with whether can be safe, efficient accurately driving.At the same time it also determines the comfort levels, and long-term driving to drivers whether caused by physical and mental harmful effects.Combining with the ergonomics knowledge from man's psychology, physiology characteristics and combined with auto vibration characteristics, the vision scope and empty room distribution to analyze the relationship between man and seat and interaction, thus developed can accord with standard of ergonomics and will comfort, safety is considered the car seat in the Keywords: Ergonomics, seat, comfort, design

正文：

一个性能优良的汽车座椅主要取决于以下五个方面：①座椅与人体的人机界面能否为人提供舒适而稳定的坐姿。②驾驶员(或乘坐)——座椅——车辆系统能否有效的隔离或衰减来自路面不平度的激励而产生的震动以及驾驶员或乘坐员所承受的全身震动负荷低于规定限值。③驾驶员(或乘坐员)——座椅——驾驶室系统的几何位置

关系能否为驾驶员提供良好的视野。④能否为驾驶员提供一个相对于各种操纵机构的合适位置，使他能方便地进行操作。⑤能否提高驾驶员的人身安全性，当发生翻车或撞车事故时，将驾驶员约束在驾驶座椅上面，下面就从这四个方面来分析人机工程学在汽车座椅设计上的运用。

1.舒适坐姿的生理特征

坐姿是人体较自然的姿势，坐姿将以脚支撑全身的状况转变为以臀部支撑全身，有利于发挥脚的作用，特别是能够利用靠背来增大腿脚的蹬力这一特点，来控制操纵力较大的装置。但如果坐姿不正确，座椅设计不合理，也会给身体带来严重损害。1.1坐姿生理学 1.1.1脊柱结构

坐姿状态下，支撑身体的是脊柱、骨盆、腿和脚。脊柱是人体的主要支柱，由24节椎骨以及5块骶骨和4块尾骨连接组成，如图1-1所示，其中椎骨自上而下又分为颈椎（共7节）、胸椎（共12节）、腰椎（共5节）三部分，每两节椎骨之间由软骨组织和韧带相联系，使人体得以进行屈伸、侧曲和扭转动作等有限度的活动。颈椎支撑头部，胸椎与肋骨构成胸腔，腰椎、骶骨和椎间盘承担人体坐姿的主要负荷。

图1-1 脊柱的构造

从图中可以看出脊柱呈现颈、胸、腰、骶四个弯曲部位，其中颈曲和腰曲凸向前，胸曲和骶曲凸向后。1.1.2腰曲弧线

与坐姿舒适性直接相关的是腰曲。图1-2为各种不同姿势下所产生的腰曲弧线，人体正常腰曲弧线是松弛状态下侧卧的曲线，如图中曲线B所示；躯干挺直坐姿和前弯时的腰弧曲线会使腰椎严重变形，如图中曲线F和G所示；欲使坐姿能形成几乎正常的腰曲弧线，躯干与大腿之间必须有大于90度的角度，且在腰部有所支撑，如图中曲线C所示。可见保证腰弧曲线的正常形状是获得舒适性的关键。

图1-2 不同姿势下所产生的腰椎曲度

1.1.3腰椎后突和前突

正常的腰线曲线是微微前突。为使坐姿下的腰弧曲线变形最小，座椅应在腰椎部提

供所谓两点支撑。无腰靠或腰靠不明显将会使正常的腰椎成图1-3（a)中的后突形状。而腰靠过分凸出将会使腰椎呈图1-3（b）中的前突形状。腰椎后突和过分前突都是非正常状态，合理的腰靠应该是使腰弧曲线处于正常的生理曲线。

图1-3 腰椎后突和前突

1.2坐姿生物力学

1.2.1肌肉活动度

脊椎骨依靠其附近的肌肉和腱连接，椎骨的定位借助于肌腱的作用力。一旦脊椎偏离自然状态，肌腱组织就会受到相互压力(拉或压)的作用，使肌肉活动度（活动量）增加，招致疲劳酸痛。在挺直坐姿下，腰椎部位肌肉活动度高，因为腰椎前向拉直使肌肉组织紧张受力。提供靠背支承腰椎后，活动力则明显减小；当躯干前倾时，背上方和肩部肌肉活动度高。1.2.2体压分布

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，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，向四周逐渐减少，自大腿部位时压力 降至最低值，这是座垫设计的压力分布不均

匀原则。图1-4是较为理想的坐垫体压分布线。

图1-4 体压分布曲线

1.2.3骨盘受力分析

人体结构在骨盘下面有两块圆骨，称为坐骨结节。如图1-5所示。坐骨结节下面的底座呈近似水平时，可使两坐骨结节外侧的股骨处于正常的位置而不受过分的压迫，如1-5（a）。当坐面呈斗形时，会使股骨向上转动，这种状态会使肘部和肩部受力，从而引起不舒服。所以在座椅设计中，斗形坐面是应该避免的。

图1-5 座面对股骨的影响

1.2.4椎间盘受力分析 当坐姿腰弧曲线正常时，椎间盘上受的压力均匀而轻微，几乎无推力作用于韧带，韧带不拉伸，腰部无不舒适感，如图1-6（a）所示。但是，当人体处于前弯坐姿时，椎骨之间的间距发生改变，相邻两椎骨前端间隙缩小，后端间隙增大，如图1-6（b）。这会引起腰部的不舒适感，长期积累作用，可造成椎间盘病变。

图1-6 不同坐姿时椎间盘受力分析

1.3坐姿人体测量尺寸

坐姿人体测量尺寸是座椅静态尺寸设计的主要依据。与座椅设计相关的人体测量主要尺寸见图1-7，具体测量数值如表1-8所示。

图1-7 对座椅设计有用的人体尺寸

表1-8坐姿人体尺寸

综合来看，从坐姿生理学角度，应保证要弧线正常，腰背肌肉处于松弛状态，从上体通向大腿的血压不受压迫，保持血液正常循环。因此，最舒适的坐姿是臀部稍离靠背向前移，使上体略微向后倾斜，保持腿夹角在90度到115度之间，小腿向前伸，大腿与小腿，小腿与脚面之间也有合适的夹角。如图1-9所示：

图1-9 大腿、小腿和脚面的夹角

2.人体对乘坐振动的反应

座椅及悬架等部件隔离、吸收、缓和、衰减行驶中所产生的各种冲击和振动激励如果超出了人体承受振动的舒适性界限，就会使人产生不舒服感。车辆驾驶员所受的机械震动分为全局振动和全身震动两大类。局部振动是指作用于人体特殊部位（如头部和四肢）的震动，一般不会给驾驶员造成损害，但是对操纵的精确度有影响。全身震动是指通过人体支撑表面作为整体传给人体的震动。车辆驾驶员承受的乘坐振动属于全身震动，是对驾驶员可能造成严重伤害的主要震动形式。人体承受全身震动将产生机械的、生理、病理的和心理的效应。2.1乘坐振动的机械效应

乘坐振动通过驾驶员的臀部、腰部传给驾驶员，激起人体的全身震动。当振动激励频率接近人体的主要器官的固有频率时，将引起相应器官的共振而产生相对位移，从而使人感到不舒适。

在正常重力情况下，人体对4～8Hz频率的震动的能量传递最大，其生理效应也最大，称为第一共振峰。10 12Hz的震动频率时出现第二共振峰，其生理效应仅次于第一共振峰。在20 25Hz时出现第三共振峰，其生理效应较第二共振峰稍低。以后随着频率的增高，震动在人体内的传递逐步衰减，其生理效应也相应减弱。如图2-1所示。

图2-1 坐姿时人体对垂直振动的传递率

坐在驾驶座上的驾驶员承受垂直振动时，人体各主要器官的固有频率如图2-2所示。

图2-2 人体器官的固有频率 将人置于震动台上进行各种典型工况下的激振试验，测得人体的坐姿震动特性如图2-

3、2-

4、2-5所示。图2-3 人体坐姿承受垂直振动的传递特性

图2-4 人体坐姿承受左、右水平振动的传递特性

图2-5 人体坐姿承受前、后水平振动的传递特性

2.2乘坐振动的生理效应

全身振动引起的主诉症状及生理反应与振动频率有关。低于10Hz的震动，主要引起胸脯部不适；高于10Hz的振动，引起头部症状的增强。全身振动英气的生理效应如图2-6所示：

图2-6 全身振动的生理效应

全身振动最明显的生理反应时人体姿势的变化，低频高强度的振动使人难以保持

稳定的姿态。

2.3全身振动的病理效应

研究表明，驾驶员常患的两种职业病：胃病和脊椎损伤。图2-7为拖拉机驾驶员的胃病患病率。主要原因是因为急剧的乘坐振动对胃的消化功能产生了有害影响。

图2-7 拖拉机驾驶员的胃病患病率

图2-8为拖拉机驾驶员为脊椎病与年龄的关系。由此可以看出，驾驶员的脊椎畸形的发病率都很高，主要原因是因为驾驶员承受剧烈的乘坐振动和不方便的乘坐姿势。

图2-8 拖拉机驾驶员脊椎患病率与年龄的关系

实线——男人；虚线——女人

2.4乘坐振动的心理效应

对车辆驾驶员来说，乘坐振动的心理效应主要表现为操作能力的变化。让人在座椅上用振动台进行各种典型情况下的激振试验，测得振动对人的操作能力的影响如图2-9至2-11所示。

图2-9 人体坐姿承受垂直振动时的实力降低情况

（a）加振中；（b）加振终了时

2-10 人体坐姿承受水平振动时脚踩加速踏板压

力保持不变的能力

左边—振动频率的影响；右边—振动加速度的影响图2-11 坐姿人体承受垂直振动时的平衡能力降

低情况（a）加振时；（b）加振终了时

图2-12 人体坐姿承受横向水平振动时跟踪误差

图2-13 人体坐姿承受横向水平振动选择时的反应时间

图2-14 人体坐姿承受垂直振动的手眼协调平均动作时间

根据受振者的感觉，《人体承受全身振动的评价指南》即ISO2631—1982把振动划分为三个不同的认为界限：

（1）保持舒适性界限：在此振动界限内，没有不舒服的感觉，受振者能顺利的完成读、写、吃等动作。

（2）保持工作效率界限：在此振动界限内，操作人员能在规定的时间保持正常的工作效率。超过此界限，则因疲劳而降低工作效率。

（3）保持健康与安全界限：它是身体所能承受振动的上限。超过此界限将使受振者的健康受到损害。

一般对于小轿车和旅游车，选取保持舒

适性界限作为评价振动舒适性的标准；对于拖拉机、工程机械和各种越野车辆，宜选择保持工作效率界限作为评价振动舒适性的标准。

3.座椅空间位置的设计

座椅空间位置设计就是为了达到操作

舒适性的目标，而进行驾驶座椅空间位置设计以确保驾驶员有良好的视野，同时对汽车转向盘、脚踏板等操作部件有恰当的操作要求距离，以达到操作舒适性的最终目的。

好的驾驶设计必须要保证驾驶员在连续几个小时操作的情况下，身体能够得到很好的支持。并且座椅必须有额外的空间，允

许驾驶员坐在座椅上的任一边或改变在座椅上的角度，以便暂时使他的肌肉放松。

确定驾驶座椅在车辆上的安装位置之前，必须先确定坐着的驾驶员与座椅结构的相对位置。美国汽车工程师协会SAE已将车辆驾驶座椅设计的参考点标准化，这个参考点称为座椅标志点，即SIP，其位置如图3-1所示。图3-1 人体H点与座椅标志点之间的关系 图3-2为轿车驾驶座椅的作业空间布置和尺寸推荐数据。

图3-3为载货汽车的驾驶座椅的作业空间布置和尺寸推荐数据。

图3-2 轿车驾驶座椅的推荐设计

图3-3 载货汽车的驾驶座椅的操作位置尺寸

4.汽车座椅的尺寸结构设计

座椅尺寸设计的合适与否，直接影响到驾驶员能否有一个舒适而稳定的坐姿和合适的操纵位置。4.1汽车座椅的主要尺寸

座椅尺寸设计主要参数包

括:椅面高度、宽度、深度、椅面倾角;靠背的高度、宽度和倾角。如图4-1所示：

图4-1 座椅尺寸设计主要参数

椅面高度A：为椅面前缘至驾驶员踵点的垂直距离。在设计时主要考虑到两点:椅

面过高会使大腿肌肉受压，椅面过低就会增加背部肌肉负荷。驾驶座椅的椅面高度应低些。

椅面宽度B :在空间允许的条件下，以宽为好。但对于汽车驾驶座椅来讲，驾驶员坐姿单一，不涉及变换姿势，通常设计应以满足最宽人体需要为准。

椅面深度C :指椅面前缘至靠背前面水平距离。其尺寸应满足:腰部得到靠背的支承;椅面前缘与小腿之间留有适当距离，以

保证大腿肌肉不受挤压，腿弯部分不受阻碍。

靠背高度D及宽度:靠背的高度和宽度与坐姿肩高和肩宽有关，对于汽车驾驶座椅靠背的高度应采取高靠背，最好加靠枕。

靠背倾角α:靠背倾角是指靠背与椅面水平方向的夹角。椅面倾角β :指椅面与水平之间的夹角。主要考虑到为了防止人体臀部向前滑动而是椅面前缘向后倾。此角不易过大，否则会增加大腿下平面与座垫前缘的压力，从而减少双脚着地的负荷，阻碍血液循环，引起身心疲劳。

通过以上座椅尺寸参数的确定，以保证驾驶员人体脊柱曲线更接近于正常生理脊柱曲线。舒适坐姿的各关节的角度应该满足图4-2中所示的要求角度。

图4-2 舒适坐姿的关节角度

4.2汽车座椅的结构设计

现代汽车座椅的机械结构主要由头枕、靠背、座垫、滑道等总成组成。4.2.1汽车座椅枕垫的设计 头枕是一种用以限制乘员头部相对于躯干向后移位的弹性装置，其作用是在发生碰撞时，减轻乘员颈椎可能受到的损伤。尤其是在汽车受到追尾碰撞时，可抑制乘员头部后倾，防止或减轻颈部损伤。如图4-3所示：

图4-3 汽车座椅的枕垫

4.2.2汽车座椅的靠背的设计

靠背的安全性设计应考虑靠背的强度、倾角、基本尺寸及其形状。靠背的强度设计不但应该在“追尾”等后部碰撞时给乘员提供良好的保护，而且也要考虑侧碰时对乘员的保护。而靠背倾角、基本尺寸及其形状对尾部碰撞的严重程度有很大影响。

依据靠背上体压分布不均匀原则，在座椅靠背设计时应保证有靠背两点支承即就

是人体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，第一支承部位位于人体第5 一 6胸椎之间的高度上，作为肩靠;第二支承设置在腰曲部位，作为腰靠。肩靠能减轻颈曲变形，腰靠能保证乘坐姿势下的近似于正常的腰弧曲线。如图4-4所示： 图4-4 汽车座椅的靠背 4.2.3汽车座椅座垫的设计 坐垫一般不会造成对乘员的直接冲击伤害，但坐垫的结构可以影响到乘员运动过程、约束力加到乘员身体上的方式及外部载荷(加速度、力等)的绝对值大小。坐垫深度设计的原则是在充分利用靠背的情况下，使臀部得到合理的支撑。坐垫深度不应该超过人的大腿长度。

为了保证座垫上合理的体压分布，座垫应坚实平坦。太软的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，从而导致腰酸背痛的现象的产生。研究表明间：过于松软的椅面，使臀部与大腿的肌肉受压面积增大，不仅增加了躯干的不稳定性，而且不易改变坐姿，容易产生疲劳。如图4-5所示：

图4-5 汽车座椅的坐垫

5.驾驶座椅设计的安全性

座椅安全性设计的内容主要包括主动安全性和被动安全性。5.1坐椅主动安全性

主动安全性是指汽车驾驶座椅防止事故的能力。汽车驾驶座椅的主动安全性设计主要从减轻驾驶员的疲劳人手进行分析设

计，以满足主动安全性要求。主动安全性主要考虑合理的座椅尺寸设计、座垫上合理的体压分布、靠背上理的体压分布等为驾驶员提供一个舒适的作业环境，减轻驾驶员的疲劳，从而保证驾驶座椅主动安全性的设计要求。

5.2坐椅被动安全性

被动安全性是指事故发生时，保护乘员的能力。驾驶座椅作为安全部件，是汽车被动安全性设计的主要考虑部件之一。考虑提高驾驶员的人身安全性，汽车驾驶座椅被动安全性设计目 标为： ①在事故中要保证驾驶员处在自身的生存空间之内，并防止其他车载体进人到这个空间;②要保持驾驶员在事故发生时，保持一定的姿态，以使其他的约束系统能充分发挥其保护效能；③在事故中，使得事故后果对驾驶员的伤害降低到最小限度。5.3安全措施

目前采取的主要安全措施：提高座椅骨架强度，达到汽车驾驶座椅强度的要求值；

设置座椅安全带，使在紧急制动或正面撞车时不致将驾驶员碰伤；达到一定的阻燃要求，坐垫和靠背材料应达到汽车内饰材料燃烧特性技术要求的规定。

现在越来越多的汽车座椅都开始利用人机工程学的知识及其研究成果进行设计了。只有从人机工程学的角度出发，进行汽车驾驶座椅的设计，才能使驾驶座椅具有良好坐姿舒适性、振动舒适性、操作舒适性及安全性。

参考文献：

【1】周一鸣，毛恩荣.《车辆人机工程学》，北京理工大学出版社，1999.【2】丁玉兰.《人机工程学》，北京理工大学出版社，2004.【3】许 英，杨宏刚.汽车驾驶座椅的人机工程学设计，机电产品开发与创新，第21卷第1期.【4】朕 勋.汽车座椅的舒适性评价，汽车科技1995（6）.【5】安田滋.车辆用座椅舒适度评价，国外铁道车辆，1995年第一期.【6】穆春虹，孔姗姗.车辆驾驶座椅的人机工程学设计，科技论坛，第15卷第2期.【7】冯飞燕，侯俊杰.基于人机工程学的抗疲劳汽车座椅设计，机械管理开发，第25卷第3期，2010（6）.

第五篇：人机工程在车身设计中的应用

人机工程的应用 1.轿车内部空间尺寸和座位轮廓尺寸

轿车内部空间尺寸是以座椅为中心进行的，此阶段的主要工作任务是确定如图1所示尺寸。

具体确定内容如下：

（1）确定前、后R点的位臵及前R点的调节范围。

（2）确定头部空间尺寸H61、H63(这2个尺寸与造型风格密切相关，需与造型人员反复协商确定)。

（3）确定前座乘坐空间(L34、H30)。一般情况下，在开发平台选定后，踏板作为平台一部分不宜变化。这2个尺寸主要与前座的位臵及外形有关。

（4）确定后座舒适性尺寸(L48、L5l、H31)，这几个尺寸决定了后座乘员的坐姿角。

（5）横向空间尺寸W3、W4、W10、W11、W42、W43。这几个尺寸的确定应以侧围和车门为参考。一般来讲，除非特别需要，否则车门结构不宜作太大的变化。

后座空间尺寸因车型级别不同而有很大不同，如决定坐姿的关键尺寸L48、L51，级别越高，相应尺寸愈大。应该指出的是，在我国，后座设计应该侧重考虑成年人的要求，空间尺寸不应太小。根据中国人体尺寸的研究的推荐，L51、L48、H61应分别大于900 mm、50 mm、945 mm。

横向空间尺寸主要取决于车型级别，级别越高，车体越宽。2.驾驶员视野设计

驾驶员视野直接影响汽车主动安全性，是整车总布臵及造型设计要始终关注的基本方面。驾驶员视野设计主要包括以下几个方面：直接前方地面视野、交通灯视野、A柱障碍角、外后视镜视野、直接后方视野及间接后方视野、仪表板视野。

（1）直接前方视野：从驾驶员眼睛中心点作一条与发动机舱盖相切的直线，与设计地面线相交，其交点与前保险杠最前端的纵向距离越小越好，一般希望小于5m，见图2。

（2）交通灯视野：要求汽车在停车线lm以外能方便看到交通灯最上面的红灯，不能被车顶或其它零件所遮盖(内后视镜除外)。见图2所示。

（3）A柱障碍角和外后视镜视野参见国标GB11562—94和GB15084—94。

（4）直接后方、间接后方视野：直接后方视野主要与倒车性能有关。求作方法是从驾驶员眼睛中心点作一条与后挡风玻璃透明部分最下沿(或衣帽架最上沿、行李箱盖)相切的直线，并与设计地面线相交，交点与保险杠最后段的距离越小越好(一般要求小于20m)。间接后方视野即是内后视镜视野。关于后视镜视野，世界上有很多不同的规定，其中瑞典的规定最为严格，它要求眼点20m以后7m宽范围内可见。

（5）仪表板视野指的是由于转向盘而造成的驾驶员对于仪表板上指示装臵的视野障碍。根据人机工程要求，这些指示装臵应该在女子5百分位和男子95百分位的视野范围之内。其中，影响视野上限的为转向盘轮缘，影响视野下限的为转向盘中央盖板或转向盘柱上沿，见图3所示。只要转向盘、转向柱、仪表板的CAD数据及眼点位臵已知，就可以很方便求出；由于中国人体的特殊性，上眼点位臵同SAE(与眼椭圆相切)，下眼点取V2（见国标GB11562—94）。

影响仪表板视野的关键因素是转向盘的位臵及大小；转向盘位臵越高，视野范围越大，反之则越小；转向盘内径越大，视野范围也越大。现代轿车的转向盘多设计成高度及纵向可调的，这样在进行人机工程设计时，要更多地考虑极限位臵的仪表盘的可见性。3.驾驶员操纵方便性

驾驶员操纵方便性主要有3个方面：脚踏板(油门踏板、离合器踏板、制动踏板)的位臵和活动空间；手操纵杆(换挡杆、手制动杆、车门玻璃升降杆)；驾驶舱内服务元件(空调、收音机、转向开关、灯光开关等)。由此可见，影响操纵方便性的主要因素为座椅位臵及调节范围、脚踏板相对于座椅的距离、手操纵件相对于座椅及中央通道的距离、服务元件与驾驶员座椅间的距离。（1）脚踏板位臵

根据人机工程学的要求确定脚操纵空间的大小，从而检验踏板位臵的合理性是总布臵设计的一个重要工作。踏板位臵布臵的原则，是在尽量不改动踏板的前提下使其满足人体工程学的要求。需要指出的是：所有轿车的踏板位臵或大小没有太大的区别，即驾驶室基本遵循相同的设计原则；由于受平台结构的限制，有些尺寸可能不完全满足人机工程学的要求，但如没有特殊要求，一般不改动踏板结构，可以通过改变座椅位臵或其它车身零件的方法使其满足设计要求。（2）手操纵件

设计操纵杆时应保证：换挡杆无论在什么挡位，对于5百分位的女子和95百分位的男子，都应该很方便地触及。应该注意的是换挡杆拉到最前面时离副仪表板的最小距离(一般要求大于50mm)。不管在任何位臵，希望换挡杆与左、右座椅及前面乘员的身体(主要是大腿)保持足够的间隙(希望大于50 mm)。

（3）设计手制动杆时应考虑：手制动杆方便触及，驾驶员在拉手制动杆时不与任何其它的车身部件干涉。应注意手制动杆前端(制动时)至换挡杆拉到最后时的最小距离(一般要求大于30 mm)、手制动杆与中央通道的垂直距离和纵向距离(一般要求大于 40 mm)、手制动杆前端宽度(一般要求大于25mm)。

（4）车门把手及玻璃升降器：车门把手及玻璃升降器的位臵从理论上讲应该位于男子95百分位及女子5百分位人体手伸及界面的公共范围。在设计中应注意以下2点：车门内开扳手周围应该有足够的空间以方便手的操纵；车门把手长宽设计也应考虑人机工程学的要求。（5）驾驶舱内服务元件：轿车内服务元件一般包括空调、收音机、转向开关及大灯开关、手套箱甚至电动玻璃升降装臵等，这些功能元件应在驾驶员手伸及界面内。

4.上下车方便性

影响上下车方便性的结构主要是车门、座椅及车门槛。

（1）对于前座上下车方便性(图4)，H130、H74、HY1(R点到前车门上沿的垂直距离)、L18、LXl(前车门X方向最大开度)、LX2(前车门对角最小距离)起着最关键的作用，是在造型时要密切关注的问题。另外，不管车型大小，前门上下车的尺寸以驾驶员的要求为中心目的，它们大小大致相当。L18>450 mm，H130<400 mm(越野车除外)，H74>150 mm，HY1>750 mm。

（2）对于后座上下车方便性，H131、HY2（R点到后车门上沿的垂直距离)、L19、LX3(后车门X方向最大开度)起有直接的影响，造型时必须给予仔细考虑。一般而言，高度方向的上下车尺寸不因车型级别而异；而长度方向的尺寸则因车型的级别的不同有不同的要求，级别越高，尺寸应越大。L19>250 mm、H131<400 mm(越野车除外)、HY2>750mm。

现代轿车设计强调以人为中心，安全性、舒适性一直是轿车设计的主题和追求的目标。而舒适性、安全性直接与人相关，所以研究人机工程学在汽车上的应用越来越受到重视，美国、日本、德国等国在这一工程方面作了许多有益的探索，有许多理论和实践研究成果。目前，我们的轿车车型主要以国外引进为主，在引进吸收国外汽车技术的时候，我们经常可以注意到整车设计的某些方面特别是内部尺寸并不符合中国人的需要。如何吸收国外先进技术并加以改进以适合中国国情，是摆在我国轿车设计人员面前的一个问题。个人认为，首先应做好以下2个方面的基础工作。

（1）掌握人体尺寸的测量数据，其中不但包括静态尺寸，还需包括动态尺寸;不但要划分年龄及高矮，还需区分人体特征，如胖瘦、腿长短等;以此为基础，进行统计分析，建立标准的中国人体模型数据库。

（2）对中国人的活动能力大小进行研究，其中最关键的是手操纵力、脚操纵力等。