人机工程学在设计里的应用（合集五篇）

第一篇：人机工程学在设计里的应用

人机工程学在设计里的应用

班级：工业设计

姓名：陈晓清

学号：090602015

一、椅子

我们根据古籍资料开发了多款“第一把交椅”，选用优质的鸡翅木做原料，充分体现了其木质肌理细密，紫褐色深浅相间成文，予人以羽毛璀璨闪耀之感的特点。还原了这款历史上最有名的椅子！这种椅子的特点是木头的双脚交叉，张开以后才能平稳，所以又称“交床”。大约在唐以后，人们才把带后背与扶手的坐具称为椅子。在宋元时已出现了带靠背的交椅，分为直背与圈背两大类。明代的交椅就是圈背交椅的延续与发展，而前者直后背交椅，《三才图会》名之曰“折叠椅”。

明代交椅以造型优美流畅而著称，它的椅圈曲线弧度柔和自如，制作工艺考究，通常由三至五节榫接而成，后背椅板上方施以浮雕开光，座面多以麻索或皮革所制，前足底部安置脚踏板，装饰实用两相宜。扶手、靠背、腿足间，一般都配制雕刻牙子，另在交接之处也多用铜装饰件包裹镶嵌，不仅起到坚固作用，更具有点缀美化功能。交椅可折叠，搬运方便。

在交椅进入厅堂时，它的交叉折叠的椅足已失去了原来野外使用的功能，于是有人将它改成常规椅子的四条直足，这便成了“圈椅”。现传世的明式交椅，以黄花梨最珍稀，而杂木交椅的存世量不少。

二、自行车

1886年，英国的约翰.k.斯塔利，是一位机械工程师，从机械学，运动学的角度设计出了新的自行车样式，为自行车装上了前叉和车闸，前后轮的大小相同，以保持平衡，并用钢管制成了菱形车架，还首次使用了橡胶的车轮。斯塔利不仅改进了自行车的结构，还改制了许多生产自行车部件用的机床，为自行车的大量生产利推广应用开辟了宽阔的前景，因此他被后人称为“自行车之父”。斯塔利所设计的自行车车型与今天自行车的样子基本一致了。

1888年，爱尔兰的兽医邓洛普，从医治牛胃气膨胀中得到启示，他把家中花园里用来浇水的橡胶管粘成圆形，打足了气，装在自行车轮子上，前往参加骑自行车比赛，居然名列前茅，引起了人们极大的兴趣。充气轮胎是自行车发展史上一个划时代的创举，它增加了自行车的弹性，不会因路面不平而震动；同时大大地提高了行车速度，增大了车轮与路面的摩擦力。这样，就根本上改变了自行车的骑行性能，完善了自行车的使用功能。

同样是1888年，英国考文垂市的约翰.k.斯塔利 生产出了第一辆现代自行车———“安全”自行车。其主要特点是采用菱形车架，使得车身有更高的刚度和强度，后轮用链条驱动，并通过前叉直接把握方向。

骑行性能与自行车的结构尺寸有关，骑行者的体材与车辆相互匹配才会骑行轻快、舒适和操纵自如。人体与车辆在A、B、C3点接触,3个点组成一个三角形，它的边长和角度是自行车的重要参数。AB和AC的长度关系到骑行者能否最有效地发挥体力。BC 的长度和位置依车型和骑行者习惯而定，它决定骑行者的姿势和舒适性。（降速自行车）

自行车前后轮中心距L、前叉倾斜角θ和前叉伸距T也是自行车的主要参数，根据车型选定。一般来说，L、T值大而θ值小时，车辆稳定性好，直线行驶的自复力强，但灵活性差；反之，L、T值小而θ值大时，车辆灵活性强而稳定性差些。L值是根据骑车人的体材来选择,一般在900～1200mm;θ值在65°～75°;T值决定于θ值。前叉翘度H通常控制在前叉转向轴线和前轮中心垂线交点J的位置，J点离地面的高度一般为车轮半径R的15％～60％。另外，制造精度以及车轮重量（含轮胎）也影响骑行性能。

三、电话

提起人机工程学首先要介绍一个人物――亨利·德雷夫斯（Henry Dreyfess，1903-1972），他是人机工程学的奠基者和创始人。德雷夫斯起初是做舞台设计工作的，1929年他建立了自己的工业设计事务所。他1930年开始与贝尔公司合作，德雷夫斯坚持设计工业产品应该考虑的是高度舒适的功能性，提出了“从内到外（from the inside out）”的设计原则，贝尔公司开始认为这种方式会使电话看来过于机械化，但经过他的反复论证，公司同意按照他的方式设计电话机。这以后德雷夫斯的一生都与贝尔电话公司有结缘，他是影响现代电话形式的最重要设计师。

贝尔公司1927年首次引进横放电话筒，改变了以往纵放电话筒的设计，1937年德雷夫斯提出了从功能出发，听筒与话筒合一的设计。德雷夫斯设计的300型电话机，今天看起来虽然老式，但这一设计首次把过去分为两部分、体积很大的电话机缩小为一个整体。由于这个设计的成功，使贝尔公司与德雷夫斯签订了长期的设计咨询合约。

五十年代初期，制作电话机的材料由金属转为塑料，从而基本确定了现代电话机的造型基础。到五十年代末，德雷夫斯已经设计出一百多种电话机。

德雷夫斯的人机工程学的其它研究成果是在1955年以来他为约翰·迪尔公司开发的一系列农用机械中，这些设计围绕建立舒适的、以人机学计算为基础的驾驶工作条件这一中心，特点是外型简练，其中与人相关的部件设计合乎人体舒适的基本要求，这是工业设计的一个非常重要的进步与发展。德雷夫斯的设计信念是设计必须符合人体的基本要求，他认为适应于人的机器才是最有效率的机器。

四、汽车

1769年，法国人N.J.居纽(Cugnot)制造了世界上第一辆蒸汽驱动三轮汽车。1879年德国工程师卡尔.苯茨(KartBenz)，首次试验成功一台二冲程试验性发动机。1883年10月，他创立了“苯茨公司和莱茵煤气发动机厂”，1885年他在曼海姆制成了第一辆苯茨专利机动车，该车为三轮汽车，采用一台两冲程单缸0.9马力的汽油机，此车具备了现代汽车的一些基本特点，如火花点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬架、后轮驱动前轮转向和制动手把等。1886年的1月29日，德国工程师卡尔?本茨为其机动车申请了专利。同年10月，卡尔本茨的三轮机动车获得了德意志专利权（专利号：37435a）。这就是公认的世界上第一辆现代汽车。由于上述原因，人们一般都把1886年作为汽车元年，也有些学者把卡尔.苯茨制成第一辆三轮汽车之年(1885)，视为汽车诞生年。一辆汽车）

甲壳虫型汽车

（世界第 1934年，流体力学研究中心的雷依教授，采用模型汽车在风洞中试验的方法测量了各种车身的空气阻力，这是具有历史意义的试验。1934年，美国的克莱斯勒公司首先采用了流线型的车身外形设计。1937年，德国设计天才费尔南德?保时捷开始设计类似甲壳虫外形的汽车。甲壳虫不但能在地上爬行，也能在空中飞行，其形体阻力很小。保时捷博士最大限度地发挥了甲壳虫外形的长处，使“大众”汽车成为当时流线型汽车的代表作。船型汽车

这种汽车改变了以往汽车造型的模式，使前翼子板和发动机罩，后翼子板和行李舱罩溶于一体，大灯和散热器罩也形成整体，车身两侧形成一个平滑的面，车室位于车的中部，整个造型很象一只小船，所以人们把这类车称为“船型汽车”。鱼型汽车

为了克服船型汽车的尾部过分向后伸出，在汽车高速行驶时会产生较强的空气涡流作用这一缺陷，人们又开发出像鱼的脊背的鱼型汽车。1952年，美国通用汽车公司的别克牌轿车开创了鱼型汽车的时代。如果仅仅从汽车背部形状来看，鱼型汽车和甲壳虫型汽车是很相似的。但如仔细观察，会发现鱼型汽车的背部和地面所成的角度比较小，尾部较长，围绕车身的气流也就较为平顺些，所以涡流阻力也相对较小。

楔形汽车

“鱼型鸭尾式”车型虽然部分地克服了汽车高速行驶时空气的升力，但却未从根本上解决鱼型汽车的升力问题。在经过大量的探求和试验后，设计师最终找到了一种新车型――楔形。这种车型就是将车身整体向前下方倾斜，车身后部像刀切一样平直，这种造型能有效地克服升力。

楔形造型主要在赛车上得到广泛应用。因为赛车首先考虑流体力学(空气动力学)等问题对汽车的影响，车身可以完全按楔形制造，而把乘坐的舒适性作为次要问题考虑。如20世纪80年代的意大利法拉利跑车，就是典型的楔形造型。楔形造型对于目前所考虑到的高速汽车来说，无论是从其造型的简练、动感方面，还是从其对空气动力学的体现方面，都比较符合现代人们的主观要求，具有极强的现代气息，给人以美好的享受和速度的快捷感。日本丰田汽车有限公司的MR2型中置发动机跑车(尾部装有挠流板)，可以称之为楔形汽车中的代表车。汽车造型的发展是以更好地将空气动力学设计方案与乘坐舒适性恰当地予以结合，在充分考虑到以上两个关键问题的基础上，努力开发人体工程学领域的新技术，以设计、制造出更完美、更优秀的汽车为目标的。

五、飞机

莱特兄弟与人类历史上第一架飞机。大多数飞机由五个主要部分组成：机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置。

二十世纪最重大的发明之一，是飞机的诞生。人类自古以来就梦想着能像鸟一样在太空中飞翔。而2000多年前中国人发明的风筝，虽然不能把人带上太空，但它确实可以称为飞机的鼻祖。

1927年至1932年中，座舱仪表和领航设备的研制取得进展，陀螺技术应用到飞行仪表上。这个装在万向支架上的旋转飞轮能够在空间保持定向，于是成为引导驾驶员能在黑暗中、雨雪天中飞行的各种导航仪表的基础。这时飞机中就出现了人工地平仪，它能向飞行员指示飞机所处的飞行高度；陀螺磁罗盘指示器，在罗盘上刻有度数，可随时显示出航向的变化；地磁感应罗盘，它不受飞机上常常带有的大量铁质东西的影响，也不受振动和地球磁场的影响。这些仪表以灵敏度高、能测出离地30多米的高度表和显示飞机转弯角速度的转弯侧滑仪，此外还有指示空中航线的无线电波束，都是用来引导驾驶员通过模糊不清的大气层时的手段。

1939年9月14日世界上第一架实用型直升机诞生，它是美国工程师西科斯基研制成功的VS－300直升机。西科斯基原籍俄国，1930年移居美国，他制造的VS－300直升机，有1副主旋翼和3副尾桨，后来经过多次试飞，将3副尾桨变成1副，这架实用型直升机从而成为现代直升机的鼻祖。

飞机的机翼的上下两侧的形状是不一样的，上侧的要凸些，而下侧的则要平些。当飞机滑行时，机翼在空气中移动，从相对运动来看，等于是空气沿机翼流动。由于机翼上下侧的形状是不一样，在同样的时间内，机翼上侧的空气比下侧的空气流过了较多的路程（曲线长于直线），也即机翼上侧的空气流动得比下侧的空气快。根据流动力学的原理，当飞机滑动时，机翼上侧的空气压力要小于下侧，这就使飞机产生了一个向上的升力。当飞机滑行到一定速度时，这个升力就达到了足以使飞机飞起来的力量。于是，飞机就上了天。说的再直观点：上表面数据一律假设为1，下表面一律假设为2。则：机翼上表面长度为S1，下表面为S2，上表面和下表面在空气中移动的时间一定，设为T，T1=T2，由此可以得出：V1=S1/T1 V2=S2/T2 S1＞S2 T1=T2，所以：V1＞V2，根据帕奴利定理——“流体对周围的物质产生的压力与流体的相对速度成反比。”，因此上表面的空气施加给机翼的压力F1小于下表面的F2。F1、F2的合力必然向上，这就产生了升力。

第二篇：人机工程学及其应用

人机工程学及其应用

一、人机工程学的定义

人机工程学是从人的生理和心理出发，研究人－机－环境相互关系和相互作用的规律，以优化人－机－环境系统的新兴学科。人机工程学研究在设计人机系统时如何考虑人的特性和能力，以及人受机器、作业和环境条件的限制。人机工程学还研究人的训练，人机系统设计和开发，以及同人机系统有关的生物学或医学问题。

二、人机工程学的应用领域

人机工程的应用领域是十分广泛的，几乎涉及人类工作和生活的各个方面。下面列出几大类主要应用方向：

（1）人体工作行为解剖学和人体测量；工作事故，健康与安全包括人体测量和工作空间设计；姿势和生物力学负荷研究；与工作有关的骨骼、肌肉管理问题；健康人机工程；安全文化与安全管理；安全文化评价与改进；

（2）认知工效学和复杂任务；环境人机工程认知技能和决策研究；环境状况和因素分析；工作环境人机工程；

（3）计算机人机工程；显示与控制布局设计；人机界面设计与评价软件人机工程；计算机产品和外设的设计与布局；办公环境人机工程研究；人机界面形式；

（4）专家论证：多工作环境；人的可靠性专家论证调查研究；法律人机工程；伤害原因；人的失误和可靠性研究；诉讼支持；

（5）工业设计应用医疗设备；坐的设计与舒适性研究；家具分类与选择；工作负荷分析；

（6）管理与人机工程人力资源管理；工作程序；人机规则和实践；手工操作负荷；

（7）办公室人机工程与设计；医学人机工程办公室和办公设备设计；心理生理学；行为标准；三维人体模型；（8）系统分析；产品设计与顾客；军队系统；组织心理学；产品可靠性与安全性；服装人机工程；三维人体模型；军队人机工程；自动语音识别；

（9）人机工程战略；社会技术系统；暴力评估与动机；

（10）可用性评估与测试；可用性审核；可用性评估；可用性培训；试验与验证；仿真与试验；仿真研究；仿真与原型；

三、人机工程学的设计原理

人机工程设计基本原则主要是：

(1)以人为中心；(2)合理的人、机功能分配；(3)防错容错设计；(4)评价，再设计。

设计时把与人有关的诸因素统一、协调地加以考虑。机器和环境的设计要考虑人的特性，不能超过人的能力限度，而且要力求人操作时最省力、最方便、最舒适，使机器和环境宜人。使人适应机器和环境。

评价一件产品是否符合人机工程学的规范，主要标准为：（1）产品与人体的尺寸、形状及用力是否配合；（2）产品是否顺手和好使用；

（3）是否防止了使用操作时意外伤害和错用时产生的危险；

（4）各操作单元是否实用，各元件在安置上能否使其意义毫无疑问的被辨认；（5）产品是否便于清洗、保养及修理。

在人机工程学中，产品的设计重点是放在操作者方面。一般来说，有反复性或持久性的使用动作，都会受到人体尺寸的影响，这包括静态和动态两种人体测量尺寸数据的影响。一般在产品的设计中，许多问题并不都能得到充足的人机工程学方面的数据，此时设计者就要采取假设、验证、综合等方法加以解决。

人的因素对工业产品设计的影响。有些，如人体测量尺寸、人的肌力、运动特性、生理特性等是可以测量的，是理性方面的；有些，如心理变化、环境作用等则不易直接测量，有些属于情感方面的，还难找出一套标准作为依据。因此，人机工程学的设计，不能以机械的态度对待。

人的需求分为7个方面：生理的需求，指人类免于饥饿、口渴、寒冷等的基本要求；安全的需求：指人免于危险的要求；归属需求：指人免于孤独的需求；尊严的需求：指人要求有成就感的需求等；认知需求：即人要求了解、探索的需求；审美需求：即人们追求秩序的需求；自我实现的需求：指人要求发挥自己的潜能，发展自己的个性，要求表现自己的需求。人的需求与产品之间的关系如下图所示：

与设计关系最为密切的需求因素可归纳为3个方面：生理性需求、心理性需求、智性的需求。

1、生理性需求：对待这种类型的需求，最重要的观念就是借助产品功能来弥补人们无法达到或不方便完成的许多工作。这种设计，不外乎就是把设计看成是人类本身系统的再延伸。例如，电话的设计就是听觉能力的再延伸，计算机是人脑的延伸。又如各类椅子、床等的设计，就是弥补人们自身所能承担的支撑能力范围的不足而产生的。

2、心理性需求：审美需求、归属需求、认知需求或自我实现的需求（马洛斯的分类）都是属于心理性的需求范围。产品设计中的造型美观、精致等一些使人赏心悦目的要求，就是出于这方面的考虑。为满足这种需求，对设计的要求是很高的。例如，要求产品能适合宜人性的要求，要体现某种使用者的身份、地位、个性，要满足使用者的成就感和归属要求等。

3、智性的需求：这类需求一般是指所设计的产品对人有一种特别的意义，例如具有开拓智慧、智力的意义。智性上的需求大致包括人们提高智能水平、解决问题的能力、效益、速度等方面。如现代计算机代替算盘的设计，现代电子衡器代替以前机械衡器，现代办公系统等的设计，都是为了满足人们的这种需求。广义上讲，现代的符号语言设计也是为了提高信息传递高效、简便、可靠的要求而设计的，也是为了满足人们的智性上的需求产品造型上强调信息传达性也是如此。

在人机工程学的具体设计中要考虑的人机工程学因素主要包括以下5个方面：

（1）运动学因素：即研究动作的几何形式，探讨产品操作上的动作形式、人的操作动作轨迹以及与此有关的动作协调性与韵律性等。

（2）动量学因素：即研究动作与产生动量的问题，如水龙头把手和打火机的设计等。

（3）动力学因素：主要讨论产品动态操作上所需花费的力量、动作的大小等。

（4）心理学因素：主要探讨操作空间和动作等对人的安全感、舒适感、情绪等的影响。

（5）美学因素：主要指在心理感受的基础上，在形态的设计方面如何满足认得精神审美要求。

四、人机工程学在生活中的应用

人机工程学不但可以应用于宇宙飞船、喷气飞机、电气火车、汽车等复杂的机械系统，而且可以应用于日常生活用品设计之中。如台架、水龙头、把手、椅子、桌子等。人机系统并不是人与机械的简单结合，它们之间有着复杂的关系．因此：在人机系统中，人和机械下能割裂开来研究，应该根据人与机械的相互关系，用系统的观点对作业和环境条件进行分析研究，并正确使用分析结果。

应用举例：从人机工程学的观点来看，“椅子是坐的机器”。从简单的板凳到牙科诊所的医疗椅，座椅的复杂程度以及它与人的关系大不相同。座椅的设计，要依据坐的场所（如飞机、轮船、舰艇、坦克、公共汽车、办公、家庭、车站等），座椅的功能（休息、工作、休闲等）、座椅的材料（皮革、木头、水泥等）、人机工程学原则来进行设计。

同一张座椅，如果其背部曲线与座面的设计不同，给人的感觉完全是两样的。这一点则要靠人机工程设计与试验检测来完成。

座椅根据其使用目的，可以分为三类：

第一类为工作座椅。这类座椅用于办公室及各种坐姿操作场所。设计时应将舒适性与操作效率一并考虑。靠背根据工作性质，可以上下调节或前后调节，最好支撑在4～5节腰椎处。座面应近于水平，座椅高度应可调。

第二类为休息用椅，这类座椅适用于休息室及各种交通运输工具中，如飞机、汽车、火车、轮船中的乘客座椅。这类座椅应以舒适性作为设计重点。

第三类为多功能座椅。适用于多种场合，既可就餐时用，也可作为工作用椅或备用椅，便于搬动和堆贮。

从人机工程学的角度出发，设计不同的椅子，才能适应不同的要求，如减少引起疲劳、干扰操作的因素，如温度、湿度、气压、光线、色彩、噪声、振动、沙尘、空间等，更好的发挥它们的作用。

在考虑人的特性时，不但要考虑人的生理、心理特点，如人体尺寸、体力、感知能力、认识能力等，还要考虑人的心理需求，如实现自我的需要，心理空间的需要，互相尊重和友情的需要等；不但要考虑人的普遍特性，还要考虑人与人之间的个体差异。随着对“人”的认识逐步深入和全面，人机设计将更趋完美，其效果也更加明显。

第三篇：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

第四篇：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

第五篇：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：

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