第一篇：人機工程學在運動鞋鞋底設計中的應用

人機工程學在運動鞋鞋底設計中的應用

學院： 專業： 姓名： 學號：

關鍵詞：人機

運動鞋

心理學

磨耗

摘要：隨著社會的發展，人們對產品的要求逐漸提高，在運動鞋的設計上也要求我們做到更人性化，才能在競爭中脫穎而出，而對運動鞋鞋底的受力分析就是人機工程學在運動鞋設計中運用的關鍵，所以本文主要對運動鞋主要性能對鞋底的受力影響進行分析。一． 研究的必要性

21世紀的今天，科技、文化發展變化日新月異，設計趨勢也發生了很大的變化，對物品的理性需求越來越向感性需求轉化。如何面對要服務的人群需求變化；如何運用高科技手段，對待情感問題；如何適合日益突出的多元化、個性化、差異化的設計思潮等精神屬性上的需要是人體工程學應用的主要問題，是設計者要深思的問題。

但如今運動鞋的市場競爭激烈，且國內的運動品牌缺少自己的特色，國內運動鞋設計要考慮到人的更高層次的心理需求、精神需求，不斷探尋使用者心理和生理的需求，將人文關懷越來越多的傾注于設計當中，整合不同的專業資源，社會資源，以洞悉人性為設計主軸，體現設計的人性化，提升生活的品質，最終給人們以美好的生活體驗過程。中國的設計正在走向世界，設計的本土化有待我們正視，即設計必須融入當地的文化中去才可能得到持續性的發展，才能使中國的藝術設計更具民族性和本土文化的特性,人體工程學具有較強的民族性和地區性，開展自己民族自己國家的人體工程學在鞋類設計中的應用研究顯得更為迫切、重要。

二． 人機工程學與運動鞋簡介

人機工程學是一個新興的邊緣學科，它應用生理學，心理學和其它相關學科知識，研究人與產品和環境之間的相互關系，尋找三者的最佳匹配原則，使產品的和人能相互適應。從而，創造一個舒適，安全，美好的工作環境，給人提供一個健康的平臺，提高工作效率。將人機工程學融入到鞋類設計中，可以使鞋子與人和環境更和諧，更符合人們的需要。

運動鞋，顧名思義是指在健身或競技體育比賽時所穿的鞋。它能滿足人們運動的各種需求，保證人腳能夠在運動中發揮其基本功能。運動又分為競技體育運動和健身體育運動等。無論是哪一種運動都需要腳穿上具有保護作用，提高運動效果等方面的鞋，因此在運動鞋的設計與制造過程中應充分考慮人機工程學在其中的應用。三．

從運動鞋的幾個主要性能對鞋底受力影響進行分析

眾所周知，運動鞋鞋底與鞋面不同之處，就是它要承載一個人全身的體重，在跑步等快速運動時，甚至要受到約2～4倍體重的壓力。不僅如此，還要求它能具備耐磨性、避震性、彈性、防滑性、抗扭傷性、舒適透氣性，軟硬度適宜，重量輕和耐撓曲等功能。那么如何才能達到這么多的要求呢？這就必須要求制鞋從運動鞋的定位上進行受力分析，通過檢測分析手段，為鞋底設計 提供依據。現就運動鞋幾個關于人機工程的主要性能對鞋底受力的影響進行分析。1.耐曲撓性

運動鞋的耐折性是消費者優先考慮的要素，也是國內質量監督部門十分注重的一個物性

指標，其測試方法是GB/T3903.1 1994的國家標準，在鞋底跖趾關節處割口5mm長，以每秒約4次的折撓頻率進行測試，要求極其苛刻。所以，鞋底設計生產時，應考慮鞋底彎折溝的厚度和底材的韌性。一般彎折溝的設計均以圓弧形為主，可避免應力集中，起分散彎折力和延伸力的作用，同時，在彎折溝背面應以加強筋的方式加厚至2.0mm以上。2.耐磨性

在國內還處于較低消費水平的現階段，運動鞋的耐穿性無疑是消費者最關心的，其中除鞋底的耐折性外，能否耐磨也是耐穿性的決定因素之一。2.1周邊磨耗

一般情況下，鞋底周邊（前掌、中腰、后跟）邊緣向內10～15mm是受磨最多的部位，但其受磨程度小于鞋頭和后跟。其原因是，大拇指、小拇指和腳跟三點是主要的受力部位。2.2鞋頭磨耗

鞋頭受磨程度小于后跟，鞋頭外側受磨小于鞋頭內側。其原因是，走路或跑步時，都是后跟先著地，腳提離地面時，大拇指最后提起且向前推進并產生摩擦力。2.3后跟磨耗

后跟是受磨耗的主要部位，據統計：80%以上人的腳是以腳后跟外側先著地，又因腳在起步、落地時，均是朝向內心偏移，所以其外側受磨程度大于內側。2.4耐磨設計

根據以上的受磨分析，一些受磨功能要求高的運動鞋（如：球鞋），就須選用耐磨性能好的橡膠做大底，如采用意大利超強耐磨的vibra橡膠底。或者在鞋頭內側和后跟外側，特意設計耐磨的橡膠貼片，目前最佳的測試方法是以SATRATM174-94進行DIN測試評估。3.止滑性

在進行籃球運動時常常有急停、急轉動作，此時要求運動鞋（如：藍球鞋）具有較高止滑性，否則，不僅會引起一場精采賽事的失利，還可能會造成運動員受傷。然而，在鞋底其他方面條件不變的條件下，耐磨耗性和止滑性卻是成反比的，耐磨耗性越好，就意味著止滑性下降；止滑愈佳，則其耐磨性就差。所以應通過大量的測試對比，找到耐磨耗性和止滑性最佳的結合點，來進行設計生產。當然，還要從運動鞋的功能上去考慮鞋底紋路的設計，從而確定耐磨耗性和止滑性之間的最佳平衡點。4.透氣性

透氣性不僅只限于鞋面，鞋底同樣也要求有透氣性。因為在正常穿用運動鞋時，人足部皮膚的溫度可達到34～35℃；而在激烈運動時，其溫度將達到43～49℃；此外，大底紋路設計越粗糙、愈復雜，與地面摩擦力就愈大，熱度也愈高。因此，鞋底透氣性的設計是非常必要的，但同時要考慮其防水性，一般是在氣窗處涂抹一層能透氣的防水膠，或采用美國wL.GORE公司的GORE TE×材料。5.支撐力

支撐力是一個比較復雜的問題，具體說就是通過運動鞋緊縮厚實的設計，來保證腳對人體強有力的支撐。這種緊縮的設計，可以克服腳向四周分散力量，從而保證向上的支撐力。一般采用硬支撐片（如TPU片）從鞋腰延伸至后跟，插人中底或在大底與中底之間，對人腳起平穩支撐、固定的作用，也可防止運動中的扭傷。6.避震性

人在負重的狀態下徒步行走，每公里約走600～700步。這就意味著每步行一公里，一只腳要承受600～700次的重力沖擊，若是激烈運動，則其沖擊力就更大。有人做過統計，一個人在跑步時，腳觸地的瞬間，受到地面的沖擊力將達到人體重量的2～4倍。如果鞋沒有良好的減震系統來緩解這種沖擊，一定會使雙腳感到疲憊不堪，還會對大腦造成沖擊。一般情況下，采用具有一定彈性的中底（如EVA、PU）或在大底后跟嵌入具有彈性的墊片（如

EVA、PU），以減少沖擊力。同時，可以達到能量回輸的效果（能量回輸是指鞋底在沖擊到地面之后，借由受壓變形的彈性體將動能吸收，稍后，在它離地之前，因彈性體形狀的回復而將能量還給穿著者，使穿著者跑得更快、跳得更高）。7.抗扭傷性

人的腳是由26塊骨骼組成。人的行走過程是一個很復雜且科學的骨骼和肌肉協調運動的過程，腳從觸地到抬離地面，受到一個向上的沖力和向前的摩擦力，在腳觸地的瞬間，受到一個很大的沖力，在抬離地面前，需要對地面施加一定作用力以得到向前的摩擦力。在這一過程中，分析人腳的運動過程是這樣的：80%以上人的腳是以腳后跟外側先著地，此時腳后跟軸線略向外偏斜，著地時腳受到一個很大的沖力，它自然地向內翻轉，以分散地面沖擊造成的對腳關節的傷害，最后腳后跟軸線從向外偏斜位置轉到垂直地面位置；在抬離地面前，各相關肌肉群及關節收縮緊張，以提供對地面的作用力，此時腳后跟軸線由垂直地面位置又轉到外斜位置，以提供作用力。在這一過程中，通常會出現兩種情況：過度翻轉和翻轉不夠。如果腳落地后向內翻轉時，腳后跟軸線過了垂直面向內斜，那么在腳離地時，它來不及調整到外斜位置，使肌肉骨骼未能做好充分準備，易造成運動扭傷為了克服腳弓下塌的扁平足易出現運動扭傷的問題，鞋底一般設計成雙密度的彈性體，在鞋底后跟內側位置，設計一相對密度高的材料，以抵抗人腳過度翻轉而造成的扭傷。另一種情況是常發生在高腳弓的人身上的翻轉不夠的現象。由于高腳弓人的腳關節一般比較僵硬，在腳落地時，往往不能完全翻轉到垂直位置，不足以化解地面對腳及各關節的沖擊，而易造成扭傷，有此類腳的人，往往在其整個鞋外側，磨損比較厲害，后跟避震好和符合腳型的鞋楦是其最佳的選擇。當然，也可從鞋墊的設計上，來增強抗扭力和減輕疲勞感。四． 結論

有側重的研究人機工程學相關的運動鞋的耐磨性、避震性、彈性、防滑性、抗扭傷性、舒適透氣性，軟硬度適宜，重量輕和耐撓曲等功能，有助于我們設計出更有市場，更有競爭力的運動鞋，從而在鞋類產品市場占據更大的市場。

比如說鴻星爾克，它10年耕耘，斬獲諸多桂冠：中國第一網球品牌，北京奧運首金贊助品牌，第一家挺進世界杯盛宴、第一家在國外上市的中國運動品牌、第一家獲得CNAS國家級認證的鞋服檢測中心、第一家在國內倡導以科技為主、第一家航天科技恒溫鞋被國家級博物館收藏的運動品牌。而之所以取得這樣的成績，都源自于鴻星爾克對產品質量的精益求精，對于產品的人性化追求。一個品牌的形成，一方面是有優秀的企業經營管理贏得市場，另一方面也需要企業文化積淀來累積厚重感。通過提升產品質量，把產品做得更人性化，擴充產品種類，提供與品牌相應的售后保障體系等方式，加之將民族文化融入品牌之中，從而首先贏得本國民眾的喜歡，然后逐漸推向國際市場。

所以說人機工程學在運動鞋上的應用相當重要，在新的世紀里，我們以新的方式來感知世界，人們越來越多的在追求一種新的生存環境和生存空間，毫無疑義，未來的人性化設計具有更加全面立體的內涵，它將超越我們過去所局限的人與物的關系的認識，向時間、空間、生理感官和心理方向發展，符合人機工程學的人性化設計是人與產品完美和諧的結合，是人性化的設計，真正體現出對人的尊重和關心。參考文獻：《人機工程學》

《人機工程學在產品設計中的應用》

《2010運動鞋市場分析》

《鞋易》

第二篇：人機工程學在整體廚房設計中的應用

人機工程學在整體廚房設計中的應用

摘要

追求安全、健康、舒適和美觀是整體廚房設計的目的。本文通過設計調交 ,建立了整體廚房用戶模型 ,通過人機工 程學中舒適人體尺寸的運用,研究了廚房空間的合理的平面布局方式、整體廚房的平面剖面尺度以及合理的儲藏空間等使用戶大大提高工作效率和操作的舒適度。

關鍵詞 : 整體廚房 ； 廚房 ； 櫥柜 ；人機工程學

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

整體廚房是將櫥柜、抽油煙機、燃氣灶具、消毒柜、洗碗機冰箱、微波爐、電烤箱、各式掛件、水盆、各式抽屜拉籃、垃圾粉碎器等廚房用具和廚房電器進行系統搭配而成的一種新型廚房形式。具有儲存、清洗、加工、配俊、烹調、備俊、交流功能。進入21世紀,國民生活水平得到普遍提高,現代住宅設計已把設計重 點和 施 工精度放在起居室、洗手間和廚房上來了。消費者的生活行為發生大的改變 ,廚房的功能不再是過去單一的滿足烹調行為要求 ,已發展為集倉儲、加工、清洗、烹飪和配蟹等多功能為一體的綜合服務空間。人機工程學是研究人在某種工作環境中的解剖學、生理學和心理學等方面的因素;研究人和機器及環境的相互作用;研究在工作中 家庭生活中與閑暇時怎樣考慮人的健康、安全、舒適和工作效率的學科。在整體廚房“人一機一環境” 的特定系統中,“ 人” 即操作者,是主要因素;櫥柜、設備及器具等是“機”，廚房的室內空間尺度、形狀、色彩及聲、光、熱 空氣條件是“環境”,更設計出使操作者使用最好適的“環境”和最省力的“ 機”,則首先要分析、了解“人”。

二、設計調查

廚房的空間規劃需兼具實用、美觀、安全、易清理及省時省力。因此,空間的妥善規劃極為重要,這就必須進行設計調查,了解用戶與整體廚房產品有關的生活方式、行為方式、各種使用環境和情景、用戶的想象、用戶的期待等t31。同時了解用戶在廚房中進行操作的過程和思維過程,從而發現用戶需要,獲取這些信息后,建立廚房內的用戶模型。

2.1用戶模型

廚房用戶的作業流程一般是:外購、儲存一摘揀—洗滌一調理一烹飪一配餐一上桌一洗刷的順序進行。如圖1為廚房中的操作內容及操作路線。按照用戶的一般操作流程 , 將廚房空間分為四大區,即儲藏區、洗滌區、操作區、烹飪區、(進餐區)。如表2一1所示。依據流程分區,整體廚房的平面布置順序依次應是儲藏區、洗滌區、調理區、烹飪區。洗滌、調理均為濕作業場所,將后二個區域盡里安排在同一臺面上〔5〕,這樣操作更方便。2.2思維模型

經過調查分析,用戶對整體廚房產品的期待包括以下幾點 : 1.櫥柜的尺寸應根據人體尺寸,達到使用方便、省力、舒適、降低勞動強度、提高工作效率的目的;2.設備的安排要盡l 縮短人 在廚房操作時的行走路線;3.水池附近應有儲藏區 , 刀、叉、碗等俊具洗好可安放其中;4.盡量縮短廚房與俊桌之間的距離;5.給電器留一定的儲藏及操作空間。

三、整體廚房的平面和剖面尺度設計

整體廚房典型設備、櫥柜的平面、剖面尺度的確定,是依據人機工程學中人的操作機能來確定的,其目的在于要讓人使用的“ 機具”滿足人的各種使用要求,以達到使用方便、省力、舒適、降 低勞動強度、提高工作效率、合符科學的目的。整體廚房典型設備、組成有廚房操作臺 洗滌池、冰箱、爐灶及吊柜等,在設計時應考慮其平面、剖面的尺度關系。3.1整體廚房的平面布局

在整體廚房的功能區域中,儲藏區以冰箱為中心,洗滌區和操作區以水盆為中心 烹飪區以爐灶為中心。在20世紀五十年代進行的人體工程學研究(基于20世紀二十年代為提高工作效率所做的研究)中,提出一個“工作三角”的重要原則t6] 調整冰箱、水盆和爐灶這三個工作點的相對位工,達到使用方便 減輕炊事勞動量，提高工作效率的目的,是整體廚房平面布,的基礎,三者之間的連線圍成一個“工作三角”,人在這三個點之間走動自然形成一個三角形連線。

這項研究確立了這三個主要廚房活動區域之間的距離,經過l，這個三角形三條邊長之和宜在3.6m ~ 6.6 m之間:小于3.6m，則貯藏和工作面很狹窄;大于6.6m,則由于往返距離加大使人疲勞,廚房操作效率降低。總長在4.5m ~ 6.Om 之間的效率最高,稱為“省時省力三 角形”[ 7],其中洗滌池與爐灶之間的聯系最為頻繁,專家建議宜將它們之間的距離縮到最短,但距離最少為9OOmm。冰箱和水池間的距離 a 在1.2m ~2.lm較好,水池和爐灶間距離b在1.2 m ~ 1.8 m 較為合理,而冰箱和爐灶間距離c在1.2 m ~ 2.7 m 較為恰當,如圖2同時廚房交通還須避開工作三角形,使作業光線不致受到千擾。3.2操作臺設計 1.操作臺高度

目前操作臺的高度多數為860mm,二事實上人在切菜時上臂和小臂應呈一定夾角,這樣可以最大程度地調動身體力量,雙手也可相互配合地工作[8 ]。在抽樣調查中,讓一組不同身高的人去體驗切菜臺的高度 ,得出數據,見表2 通過數據分析發現,如果身高相差1cm的話,最舒適切菜臺高度一般相差0.5c m左右。根據人體尺度的國家標準 可知,成年女子身高的10百分位數為150.3cm,90百分位數為164cm ,因此相對應的操作臺 高度應在79 cm ~ 86 cm 之間具體的高度根據主婦的高度來調節,原則即為身高每增加1cm,操作臺的高度增加 0.5cm,一般將操作臺高度定為800m m ~ 850mm能適合于大多數人。如果廚房空間足夠的大,可補充增設其他所希望高度的操作臺,以滿足不同功能的需要。

2.操作臺寬度

人在站立操作時所占的寬度女為66cm,男為70cm ,但從人的心理需要來說，必須將其增大一定的尺寸。根據手臂與身體左右夾角15度時工作較輕松的原則,操作臺面寬度應以760mm為宜[ 8](見圖3),因此一般來說,在條件允許的情況下 , 操作臺的寬度應>=760mm。3.操作臺深度

如圖3,人使用操作臺的主要操作區的深度為45Omm ,而人略探身可觸及的操作案臺深度為600mm,因此從這方面看操作臺的深度不宜小于450mm,也不宜大于600mm。

4.操作臺下柜體的深度

相對應的臺面下的柜體一般要比臺面本身要淺5Om m,當臺 面為5 Omm時,柜體的深度為5OOmm的標準柜體深度;而當臺面的深度為 600mm時,柜體的深度選擇55Omm的標準柜體深度。5.操作臺下柜腳的容腳深度 為了使人身體能靠著案臺的邊緣、且能垂直站立操作,案臺的柜腳就需容腳深度，約1OOmm。這樣處理，可以提高案臺站立操作的舒適性,大大減輕操作者的腰部疲勞。

3.3灶臺設計

一般來說,灶臺是和操作臺的高度是在同一高度上的。但由于女性平均使用爐臺的時間較長,因此為避免烹飪時胳膊架得很高,造成頸肩酸痛,灶臺的高度應比操作臺的高度下降約1Ocm ,視線得以輕松俯視煮食,手肘在炒菜時也可以輕松懸放,不會長時間處于緊繃狀態。因 此,放置灶具的臺面應扣除鍋和灶具的高度,對于臺式爐灶需要在普通操作臺的基礎上減去爐灶和鍋的高度20Omm,即灶臺柜在600mm一65Omm 之間;而對于嵌吞式爐灶則需要在普通操作臺高度的基礎上 減去鍋的高度1OOmm ,即灶臺在700mm ~ 750mm之間。但這種灶臺和操作臺不在一個平面的情況下需要保證：灶臺一側至少有23Omm的操作空間,而另一側操作空間應達到38Omm。3.4 洗滌池設計

1.洗滌池高度

一般來說,洗滌池的高度偏低,長期使用會使用戶產生腰部勞損,這就需要加高洗滌池的高度,使用戶在正常站立的情況下就可輕松洗滌。根據人機工程學原理,女子50百分位數的“ 立姿肘高” 為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適宜,所以取洗滌池的高度為 “立姿肘高”減去180mm ~ 13Om m ,即洗滌池的高度在800mm ~ 85Omm 之間,與操作臺的高度一致,兩者可用一 個高度滿足洗滌和切菜的瓣要。2.洗滌池平面尺度

廚房洗滌池不應太靠近轉角布工,否則沒有足夠的空間會影響人的操作,而且也不便于物的放置。一般在廚房洗滌池的一側保留最小的操作臺空間為46Omm ,而另一側保留最小的操作臺空間為 610mm [“9]。3.吊柜設計

在吊柜的設計上要考慮吊柜的深度和安裝的高低,以避免碰頭。以人為基準,人向上伸直手臂,指梢高度成年女性五十百分位數約為18OOmm ,這決定了吊柜最高的擱板不得超過1800mm ,1800 以上的空間無法站在地面上取物。因此,吊柜上沿高度應220cm。

四、整體廚房的儲藏設計

廚房使用方便與否,與儲藏空間的充實與否密切相關,零碎東西多的廚房必要的東西能夠順利地拿進、拿出是關鍵,根據所擁有的鍋以及蟹具l的需要,確保足夠的儲藏空間,此外,有固趙姓酬蛛驢、電飯鍋的場所也是十分必要的。頻繁使用的東西應收藏在站著就可以夠得到的范圍內,其中經 常使用的調味品、工具等應收藏在與視覺高度接近的位置,作業效率會提高。操作臺下面(里面)的收藏,使用不浪費進深空間的、帶滑輪的柜櫥比較方便。抽屜式的柜櫥由于比較深,有些東西會被埋沒其中,為便于使用應對所有儲藏物品進行分類存放 [10]。考慮到廚房的東西還會有增加的可能,儲藏的空間也應留有余地。

五、結束語

本文就主要通過了解人在廚房中的操作過程以及人體尺寸,將整體廚房進行人性化設計,設備的安排要以盡量縮短人在廚房操作時的行走路線為目的;而且還要根據人體的高度進行櫥柜的尺寸設計;除此之外還要合理有效地利用空間,安排必要的貯物空間。

參考文獻：

[1]陳波.實用人機工程學.中國水利水電出版社[M].2013.3.[2]李東豈.人際工程學廚房應用[M].2007.3.[3]段曉丹.廚房衛生間設計布置及裝修技[M].成都: 四月l科學技術出版社,2003.3.[4]劉爽.廚房人機工程社[J].藝術探索,2002.3

考查課（論文）

題 目名稱 人機工程學在整體廚房設計中的應用

課 程 名 稱

人機工程學 學生姓名文龍

學號

1341101138 系、專

業機械與能源工程系機電一體化 指導教師

鄧維克

2016年11月03日

第三篇：人機工程學在汽車座椅設計中的應用

人機工程學在汽車座椅設計中的應用

摘要：運用人機工程學原理，針對汽車駕駛座持，從駕駛員生理特性與作業環境兩個方面分析了影響駕駛舒適性及安全性的原因，在此基礎上從坐姿舒適性，振動舒適性，操作舒適性，安全性等四個方面論述了人機工程學在汽車座椅設計中的應用，完成了對汽車駕駛座椅從分析到設計的系列開發過程。

關鍵詞：汽車駕駛座椅 人機工程學 設計

一、引言

隨著時代的發展，當今社會已由工業社會向信息社會即后工業社會過渡，人類賴以生存的生活空間和生活方式，處處都是經過設計并不斷完善的設計世界。現代設計，作為一種廣泛的文化活動，已成為人們生活中的一部分。人們開始追求高品質的舒適生活,于是按照人體工程學設計的產品也就越來越受到大眾的歡迎。人體工程學的產品也就成了現代社會人們追求的目標。先以汽車座椅為例,人體工程學的家具并不是人們頭腦中所想象的僅有數據符合的座椅,它還包括除了人體生理數據之外的很多因素。它的設計原則除了常見的尺度設計原則,人體機能和環境設計原則,健康設計原則外還應該講求黃金分割比的設計原則。并指出在這些原則的指導下好的人體工程學座椅是功能與美學相結合的產品,可以為人帶來身心兩方面的享受。

二、舒適駕乘首要在于座椅設計

通過對汽車座椅設計中的人機因素分析,即尺度、形態、功能、色彩四方面的具體分析,尋求汽車座椅設計與人機工程學的關系,從而論證目前汽車座椅設計中人機工程學應用的一些局限性,即學科內涵與目標的矛盾、共性原則與個性需求的矛盾、統計與個案的矛盾以及合理與合情的矛盾,通過對這些應用矛盾的透析,探求出汽車座椅設計中人機工程學應用的原則,從而最終為汽車座椅產品設計中人機工程學的應用探索出一條道路。

而人機工程學在汽車座椅設計中的作用主要體現在以下幾方面：

1、為確定汽車空間范圍提供依據。

2、為設計汽車座椅提供依據。

3、為確定感覺器官的適應能力提供依據。

三、汽車座椅人機工程學分析

1、人體坐姿生理特性分析（1）坐姿時脊柱的形態

人坐著時，身體主要由脊柱、盆骨、腿和腳支撐。脊柱位于人體的背部中央，是構成人體的中軸。人處于不同的坐姿時，脊柱形態不同，只有座椅的結構和尺寸設計使駕駛員的脊柱形態接近于正常自然形態，才會減少腰椎的負荷以及腰背部肌肉的負荷，防止駕駛疲勞發生。

（2）坐姿體壓分布

當座椅上的人處于坐姿狀態時，人的身體重量作用于座墊和靠背上的壓力分布稱作坐姿的體壓分布。可見，坐姿體壓分布包括座墊上的體壓分布和靠背上的體壓分布兩部分。

（3）座墊上的體壓分布

根據人體組織的解剖學特性可知，坐骨結節處是人體最能耐受壓力的部位，適合于承重，而大腿下靠近表面處因有下肢主動脈分布，故不宜承受重壓。據此座墊上的壓力應按照臀部不同部位承受不同壓力的原則來分布，即在坐骨處壓力最大，自大腿部位時壓力降至最低，這是座墊設計的壓力分布不均勻原則。圖1為坐姿時座墊上的體壓分布。

（4）靠背上的體壓分布

靠背上的體壓分布也以不均勻分布，壓力相對集中在肩胛骨和腰椎兩個部位。從這兩個部位向外，壓力應逐步降低。

2、環境分析

把駕駛員——座椅組成的系統看作一個典型人機系統，該系統所處的環境對系統中的駕駛員的影響主要體現在以下兩個方面，具體分析如下：

（1）振動

駕駛員坐在行使中的汽車上所承受的振動屬于全身振動的范疇。有關研究表明，人體最敏感的頻率范圍為縱向振動4~8Hz，橫向振動1~2Hz。當外界振動接近器官的共振頻率時，即產生共振，振幅迅速增大，此時引起器官的生理反應最大。

振動對駕駛員操作的影響主要表現為視覺作業效率的下降和操作動作準確性變差。當振動頻率低于2Hz時，由于眼肌的調節補償作用，使視網膜上的映像相對穩定，因此對視覺的干擾作用不大，但當振動頻率大于4Hz時，視覺作業效率將受到嚴重的影響，振動頻率為10~30Hz時，對視覺的干擾最大，振動頻率為50Hz、加速度為2m/s2時，視覺下降約50%。振動對操作動作準確性的影響，主要是由于振動降低了手（或腳）的穩定性，從而使操縱動作的準確性變差，而且振幅越大，影響越大。

（2）溫濕度

研究表明，駕駛員在駕駛狀態下的舒適溫度為18℃～23℃，舒適濕度為40%～60%，代謝量為1.0～2.0met。座椅對人體熱環境的主要影響因素有：座椅表面的溫度和濕度。座椅表面的溫濕度特性將影響人體背部、臀部、下體等部位的散熱性能及皮膚的呼吸功能，當其溫濕度特性與人體生理機能不適應時將引起人體局部不快感，從而加速人體疲勞的形成。

四、汽車座椅的人機工程設計

汽車駕駛座椅的人機工程學分析，安全舒適的汽車駕駛座椅的設計必須滿足以下要求：意識坐姿舒適性（靜態舒適性）；二是振動舒適性（動態舒適性）；三是操作舒適性；四是安全性（包括主動安全性及被動安全性兩個方面）。

上述要求具體到駕駛座椅的設計中滿足駕駛員坐姿舒適性的座椅尺寸結構設計、滿足駕駛員振動舒適性的座椅抗振減振設計、滿足操作舒適性的座椅空間位置設計以及滿足駕駛員的安全性的汽車駕駛座椅主動安全性及被動安全性的設計。

1、座椅尺寸結構設計

駕駛座椅尺寸結構設計的研究把注意力集中在人體生理結構特點對駕駛舒適程度的影響上，尋求最佳的座椅結構形式、尺寸、輪廓形狀及材料選擇。

（1）座椅尺寸設計

座椅尺寸設計主要參數包括：椅面高度、寬度、深度、椅面傾角；靠背的高度、寬度和傾角。座椅尺寸設計涉及主要參數如圖2所示。

椅面高度A：椅面高度定義為椅面前緣至駕駛員踵點的垂直距離。在設計時主要考慮到兩點：椅面過高會使大腿肌肉受壓，椅面過低就會增加背部肌肉負荷，駕駛座椅的椅面高度應低些。

椅面寬度B：在空間允許的條件下，以寬為好。但對于汽車駕駛座椅來講，駕駛員坐姿單一，不涉及變換姿勢，通常設計應滿足最寬人體需要為準。

椅面深度C：指椅面前緣至靠背前面水平距離。其尺寸應滿足：腰部得到靠背的支撐；椅面前緣與小腿之間留有適當距離，以保證大腿肌肉不受擠壓，腿彎部分不受阻礙。

靠背高度D及寬度：靠背的高度和寬度與坐姿肩高和肩寬有關，對于汽車駕駛座椅靠背的高度應采取高靠背，最好加靠枕。

靠背傾角α：靠背傾角是指靠背與椅面水平方向的夾角。

椅面傾角β：指椅面與水平之間的夾角。主要考慮到為了防止人體臀部向前滑動而是椅面前緣向后傾。此角不易過大，否則會增加大腿下平面與座墊前緣的壓力，從而減少雙腳著地的負荷，阻礙血液循環，引起身心疲勞。

通過以上座椅尺寸參數的確定，以保證駕駛員人體脊柱曲線更接近于正常生理脊柱曲線。舒適坐姿的各關節的角度應該滿足圖3中所示的要求角度。

（2）座椅結構設計

為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應堅實平坦。太軟的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，從而導致腰酸背痛現象的產生。研究表明：過于松軟的椅面，使臀部與大腿的肌肉受壓面積增大，不僅增加了軀干的不穩定性，而且不易改變坐姿，容易產生疲勞。

依據靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設計時應保證有靠背兩點支撐，即就是人體背部和腰部的合理支撐。汽車座椅設計時應提供形狀和位置適宜的兩點支撐，第一支撐不位位于人體第5—6胸椎之間的高度上，作為肩靠；第二支撐設置在腰曲部位，作為腰靠。肩靠能減輕頸曲變形，腰靠能保證坐姿下的近似于正常的腰弧曲線。

（3）座椅材料選擇

座椅材料的選擇主要考慮到以下兩個方面：振動舒適性以及座椅對人體熱環境的主要影響。座椅材料是座椅的主要減振元件，要想使座椅獲得較低的振動傳遞率，使座椅有較高的振動舒適性，必須采用合適的座墊和靠背減振材料。根據駕駛室的微氣候環境，調整座椅表面的濕溫度特性，可以適當調節人體代謝，達到減輕疲勞的目的。

2、座椅舒適性設計 通過查閱相關資料并對當前市民針對汽車座椅舒適性的市場調查考證，由生物動力學研究表明，長時間地承受高強度的全身振動對于人體健康的損害是相當嚴重的。主要是腰脊和相關的神經系統會受到影響。新陳代謝以及源于機體內部的一些其他因素會惡 化這個影響，通常認為環境因素，如身體姿勢、低溫及氣流會引起肌肉疼痛。由本小組研究人員取證分析，得到以下結論：

（1）、座椅舒適度的指標

根據人機工程學原理,為保證良好的舒適度，針對靜態舒適度，設計中應遵循以下原則：① 座椅尺寸應與人體測量尺寸相適宜；②座椅應可調節，能使乘坐者變換姿勢，并最大范圍 滿足各類人體的乘坐要求；③座椅應能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結構和尺寸應給腰部 充分的支撐,使脊柱接近于正常彎曲狀態。

（2）、座椅舒適度的影響因素 座椅的幾何尺寸是影響座椅舒適度的因素，但研究發現這并非唯一最主要的影響因素。許多 文獻都提及腰部支撐的重要作用。腰托的形狀和位置，對于是否能使人保持良好坐姿，減少 人體疲勞具有重要作用。從人機工程學的角度來講，腰部是體現座椅功能的關鍵部位。因此，座椅的腰托是影響舒適性的關鍵因素。腰托的安裝位置在座椅靠背結構設計中十分重要。

（3）、座椅舒適度的研究方法 從汽車座椅設計及改善的角度出發，消除座椅不舒適性最理想的方法是能建立定量模型，預測座椅的不舒適性。國內外研究中,建立的模型主要有如下3種：利用模糊理論建立的模型、線性模型和神經網絡模型。

目前，國內在座椅舒適度的研究上還存在一些缺陷：①沒有針對中國人體特征尺寸的座椅舒 適性研究；②對于座椅靜態舒適性評價還沒有形成一套客觀系統的體系；③在應用神經 網絡建模方法評價舒適性中，對輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進一步研究。

3、座椅空間位置設計

座椅空間位置設計就是為了達到操作舒適性的目標，而進行駕駛室座椅空間位置設計以確保駕駛員有良好的視野，同時對汽車轉向盤、腳踏板等操作部件有恰當的操作要求距離，以達到操作舒適性的最終目的。

圖4列出了駕駛作業空間設計的主要指標。

4、座椅安全性設計

座椅安全性設計的內容主要包括以下幾個方面:座椅強度的設計、座椅結構型式的設計、靠 背的設計、坐墊的設計、頭枕的設計。

（1）座椅強度的設計

座椅強度的設計是安全性設計的首要內容。汽車行駛中，座椅要承受復雜的載荷。汽車座椅 必須有足夠的強度，以確保座椅上的人所受的傷害最小；座椅的壽命應足夠長，不致過早變 形或損壞；受沖擊載荷作用時，座椅不應發生斷裂、嚴重變形等損壞現象。所以設計座椅時 必須對汽車座椅的強度進行計算，盡量以最少的材料、最小的質量滿足強度要求。

（2）座椅結構型式的設計

座椅整體結構的安全性設計應考慮的是其對其他約束系統效能的影響及與其他約束系統之間 的連接方式等。

（3）靠背的設計

靠背的安全性設計應考慮靠背的強度、傾角、基本尺寸及其形狀。靠背的強度設計不但應該 在“追尾”等后部碰撞時給乘員提供良好的保護，而且也要考慮側碰時對乘員的保護。而靠 背傾角、基本尺寸及其形狀對尾部碰撞的嚴重程度有很大影響。

（4）坐墊的設計

坐墊一般不會造成對乘員的直接沖擊傷害，但坐墊的結構可以影響到乘員運動過程、約束力 加到乘員身體上的方式及外部載荷(加速度、力等)的絕對值大小。坐墊深度設計的原則是在 充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理的支撐。坐墊深度不應該超過人的大腿長度。（5）頭枕的設計

頭枕是一種用以限制乘員頭部相對于軀干向后移位的彈性裝置，其作用是在發生碰撞時，減 輕乘員頸椎可能受到的損傷。尤其是在汽車受到追尾碰撞時，可抑制乘員頭部后傾，防止或 減輕頸部損傷。現多采用模擬計算和試驗驗證相結合的研究方法，該方法重復性好、存儲信 息量大、開發周期短且開發費用低。

五、汽車座椅人機工程學的應用

所謂人機工程學，亦即是應用人體測量學、人體力學、勞動生理學、勞動心理學等學科的研究方法，對人體結構特征和機能特征進行研究，提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動時的相互關系和可及范圍等人體結構特征參數；還提供人體各部分的出力范圍、活動范圍、動作速度、動作頻率、重心變化以及動作時的習慣等人體機能特征參數，分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機能特性；分析人在各種勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞機理以及人對各種勞動負荷的適應能力；探討人在工作中影響心理狀態的因素以及心理因素對工作效率的影響等。

人機工程學的顯著特點是，在認真研究人、機、環境三個要素本身特性的基礎上，不單純著眼于個別要素的優良與否，而是將使用“物”的人和所設計的“物”以及人與“物”所共處的環境作為一個系統來研究。在人機工程學中將這個系統稱為“人——機——環境”系統。

六、結束語

從人機工程學的角度出發，進行汽車駕駛座椅的設計，是使駕駛座椅具有良好坐姿舒適性、振動舒適性、操作舒適性和安全性的必要手段。

目前，雖然已有企業在利用人機工程學的研究成果來設計駕駛員座椅了，但對設計出來的駕駛座椅還不夠完善，因此建立一個從分析——設計的系列開發過程有著非常重要的意義。參考文獻

[1]王惠軍 《汽車造型設計》 國防工業出版社，2007年 [2]郭竹亭 《汽車車身設計》 吉林科學技術出版社，1992年 [3]黃天澤 《汽車車身結構與設計》 機械工業出版社，2003年

[4]李少波 《汽車車身計算機輔助設計與分析》[碩士論文] 貴州工業大學，1999年 [5]吳翔 《產品系統設計》 中國輕工業出版社，2000年

第四篇：人機工程學在汽車座椅設計中的應用

題目 人機工程學在汽車座椅設計中的應用

熊雯

湖北汽車工業學院 機械工程系,湖北 十堰,442002 摘要：駕駛員駕駛姿勢直接影響著駕駛員的舒適和健康，關系著是否能夠安全、高效準確地駕駛。同時它還決定著舒適程度，以及長期駕駛是否對駕駛員造成生理和心理上的有害的影響。本文結合人機工程學的知識，從人的心理，生理特點出發并結合汽車振動特性，視野范圍以及空間分布來分析人與座椅的相互關系和相互作用，從而得出能符合人機工程學標準的，并將舒適性、安全性都考慮到位的汽車座椅的設計。關鍵詞：人機工程學、座椅，舒適度、設計

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：

一個性能優良的汽車座椅主要取決于以下五個方面：①座椅與人體的人機界面能否為人提供舒適而穩定的坐姿。②駕駛員(或乘坐)——座椅——車輛系統能否有效的隔離或衰減來自路面不平度的激勵而產生的震動以及駕駛員或乘坐員所承受的全身震動負荷低于規定限值。③駕駛員(或乘坐員)——座椅——駕駛室系統的幾何位置

關系能否為駕駛員提供良好的視野。④能否為駕駛員提供一個相對于各種操縱機構的合適位置，使他能方便地進行操作。⑤能否提高駕駛員的人身安全性，當發生翻車或撞車事故時，將駕駛員約束在駕駛座椅上面，下面就從這四個方面來分析人機工程學在汽車座椅設計上的運用。

1.舒適坐姿的生理特征

坐姿是人體較自然的姿勢，坐姿將以腳支撐全身的狀況轉變為以臀部支撐全身，有利于發揮腳的作用，特別是能夠利用靠背來增大腿腳的蹬力這一特點，來控制操縱力較大的裝置。但如果坐姿不正確，座椅設計不合理，也會給身體帶來嚴重損害。1.1坐姿生理學 1.1.1脊柱結構

坐姿狀態下，支撐身體的是脊柱、骨盆、腿和腳。脊柱是人體的主要支柱，由24節椎骨以及5塊骶骨和4塊尾骨連接組成，如圖1-1所示，其中椎骨自上而下又分為頸椎（共7節）、胸椎（共12節）、腰椎（共5節）三部分，每兩節椎骨之間由軟骨組織和韌帶相聯系，使人體得以進行屈伸、側曲和扭轉動作等有限度的活動。頸椎支撐頭部，胸椎與肋骨構成胸腔，腰椎、骶骨和椎間盤承擔人體坐姿的主要負荷。

圖1-1 脊柱的構造

從圖中可以看出脊柱呈現頸、胸、腰、骶四個彎曲部位，其中頸曲和腰曲凸向前，胸曲和骶曲凸向后。1.1.2腰曲弧線

與坐姿舒適性直接相關的是腰曲。圖1-2為各種不同姿勢下所產生的腰曲弧線，人體正常腰曲弧線是松弛狀態下側臥的曲線，如圖中曲線B所示；軀干挺直坐姿和前彎時的腰弧曲線會使腰椎嚴重變形，如圖中曲線F和G所示；欲使坐姿能形成幾乎正常的腰曲弧線，軀干與大腿之間必須有大于90度的角度，且在腰部有所支撐，如圖中曲線C所示。可見保證腰弧曲線的正常形狀是獲得舒適性的關鍵。

圖1-2 不同姿勢下所產生的腰椎曲度

1.1.3腰椎后突和前突

正常的腰線曲線是微微前突。為使坐姿下的腰弧曲線變形最小，座椅應在腰椎部提

供所謂兩點支撐。無腰靠或腰靠不明顯將會使正常的腰椎成圖1-3（a)中的后突形狀。而腰靠過分凸出將會使腰椎呈圖1-3（b）中的前突形狀。腰椎后突和過分前突都是非正常狀態，合理的腰靠應該是使腰弧曲線處于正常的生理曲線。

圖1-3 腰椎后突和前突

1.2坐姿生物力學

1.2.1肌肉活動度

脊椎骨依靠其附近的肌肉和腱連接，椎骨的定位借助于肌腱的作用力。一旦脊椎偏離自然狀態，肌腱組織就會受到相互壓力(拉或壓)的作用，使肌肉活動度（活動量）增加，招致疲勞酸痛。在挺直坐姿下，腰椎部位肌肉活動度高，因為腰椎前向拉直使肌肉組織緊張受力。提供靠背支承腰椎后，活動力則明顯減小；當軀干前傾時，背上方和肩部肌肉活動度高。1.2.2體壓分布

座墊上的體壓分布。根據人體組織的解剖學特性可知，坐骨結節處是人體最能耐受壓力的部位，合于承重，而大腿下靠近表面處因有下肢主動脈分布，故不宜承受重壓。據此座墊上的壓力應按照臀部不同部位承受不同壓力的原則來分布，即在坐骨處壓力最大，向四周逐漸減少，自大腿部位時壓力 降至最低值，這是座墊設計的壓力分布不均

勻原則。圖1-4是較為理想的坐墊體壓分布線。

圖1-4 體壓分布曲線

1.2.3骨盤受力分析

人體結構在骨盤下面有兩塊圓骨，稱為坐骨結節。如圖1-5所示。坐骨結節下面的底座呈近似水平時，可使兩坐骨結節外側的股骨處于正常的位置而不受過分的壓迫，如1-5（a）。當坐面呈斗形時，會使股骨向上轉動，這種狀態會使肘部和肩部受力，從而引起不舒服。所以在座椅設計中，斗形坐面是應該避免的。

圖1-5 座面對股骨的影響

1.2.4椎間盤受力分析 當坐姿腰弧曲線正常時，椎間盤上受的壓力均勻而輕微，幾乎無推力作用于韌帶，韌帶不拉伸，腰部無不舒適感，如圖1-6（a）所示。但是，當人體處于前彎坐姿時，椎骨之間的間距發生改變，相鄰兩椎骨前端間隙縮小，后端間隙增大，如圖1-6（b）。這會引起腰部的不舒適感，長期積累作用，可造成椎間盤病變。

圖1-6 不同坐姿時椎間盤受力分析

1.3坐姿人體測量尺寸

坐姿人體測量尺寸是座椅靜態尺寸設計的主要依據。與座椅設計相關的人體測量主要尺寸見圖1-7，具體測量數值如表1-8所示。

圖1-7 對座椅設計有用的人體尺寸

表1-8坐姿人體尺寸

綜合來看，從坐姿生理學角度，應保證要弧線正常，腰背肌肉處于松弛狀態，從上體通向大腿的血壓不受壓迫，保持血液正常循環。因此，最舒適的坐姿是臀部稍離靠背向前移，使上體略微向后傾斜，保持腿夾角在90度到115度之間，小腿向前伸，大腿與小腿，小腿與腳面之間也有合適的夾角。如圖1-9所示：

圖1-9 大腿、小腿和腳面的夾角

2.人體對乘坐振動的反應

座椅及懸架等部件隔離、吸收、緩和、衰減行駛中所產生的各種沖擊和振動激勵如果超出了人體承受振動的舒適性界限，就會使人產生不舒服感。車輛駕駛員所受的機械震動分為全局振動和全身震動兩大類。局部振動是指作用于人體特殊部位（如頭部和四肢）的震動，一般不會給駕駛員造成損害，但是對操縱的精確度有影響。全身震動是指通過人體支撐表面作為整體傳給人體的震動。車輛駕駛員承受的乘坐振動屬于全身震動，是對駕駛員可能造成嚴重傷害的主要震動形式。人體承受全身震動將產生機械的、生理、病理的和心理的效應。2.1乘坐振動的機械效應

乘坐振動通過駕駛員的臀部、腰部傳給駕駛員，激起人體的全身震動。當振動激勵頻率接近人體的主要器官的固有頻率時，將引起相應器官的共振而產生相對位移，從而使人感到不舒適。

在正常重力情況下，人體對4～8Hz頻率的震動的能量傳遞最大，其生理效應也最大，稱為第一共振峰。10 12Hz的震動頻率時出現第二共振峰，其生理效應僅次于第一共振峰。在20 25Hz時出現第三共振峰，其生理效應較第二共振峰稍低。以后隨著頻率的增高，震動在人體內的傳遞逐步衰減，其生理效應也相應減弱。如圖2-1所示。

圖2-1 坐姿時人體對垂直振動的傳遞率

坐在駕駛座上的駕駛員承受垂直振動時，人體各主要器官的固有頻率如圖2-2所示。

圖2-2 人體器官的固有頻率 將人置于震動臺上進行各種典型工況下的激振試驗，測得人體的坐姿震動特性如圖2-

3、2-

4、2-5所示。圖2-3 人體坐姿承受垂直振動的傳遞特性

圖2-4 人體坐姿承受左、右水平振動的傳遞特性

圖2-5 人體坐姿承受前、后水平振動的傳遞特性

2.2乘坐振動的生理效應

全身振動引起的主訴癥狀及生理反應與振動頻率有關。低于10Hz的震動，主要引起胸脯部不適；高于10Hz的振動，引起頭部癥狀的增強。全身振動英氣的生理效應如圖2-6所示：

圖2-6 全身振動的生理效應

全身振動最明顯的生理反應時人體姿勢的變化，低頻高強度的振動使人難以保持

穩定的姿態。

2.3全身振動的病理效應

研究表明，駕駛員常患的兩種職業病：胃病和脊椎損傷。圖2-7為拖拉機駕駛員的胃病患病率。主要原因是因為急劇的乘坐振動對胃的消化功能產生了有害影響。

圖2-7 拖拉機駕駛員的胃病患病率

圖2-8為拖拉機駕駛員為脊椎病與年齡的關系。由此可以看出，駕駛員的脊椎畸形的發病率都很高，主要原因是因為駕駛員承受劇烈的乘坐振動和不方便的乘坐姿勢。

圖2-8 拖拉機駕駛員脊椎患病率與年齡的關系

實線——男人；虛線——女人

2.4乘坐振動的心理效應

對車輛駕駛員來說，乘坐振動的心理效應主要表現為操作能力的變化。讓人在座椅上用振動臺進行各種典型情況下的激振試驗，測得振動對人的操作能力的影響如圖2-9至2-11所示。

圖2-9 人體坐姿承受垂直振動時的實力降低情況

（a）加振中；（b）加振終了時

2-10 人體坐姿承受水平振動時腳踩加速踏板壓

力保持不變的能力

左邊—振動頻率的影響；右邊—振動加速度的影響圖2-11 坐姿人體承受垂直振動時的平衡能力降

低情況（a）加振時；（b）加振終了時

圖2-12 人體坐姿承受橫向水平振動時跟蹤誤差

圖2-13 人體坐姿承受橫向水平振動選擇時的反應時間

圖2-14 人體坐姿承受垂直振動的手眼協調平均動作時間

根據受振者的感覺，《人體承受全身振動的評價指南》即ISO2631—1982把振動劃分為三個不同的認為界限：

（1）保持舒適性界限：在此振動界限內，沒有不舒服的感覺，受振者能順利的完成讀、寫、吃等動作。

（2）保持工作效率界限：在此振動界限內，操作人員能在規定的時間保持正常的工作效率。超過此界限，則因疲勞而降低工作效率。

（3）保持健康與安全界限：它是身體所能承受振動的上限。超過此界限將使受振者的健康受到損害。

一般對于小轎車和旅游車，選取保持舒

適性界限作為評價振動舒適性的標準；對于拖拉機、工程機械和各種越野車輛，宜選擇保持工作效率界限作為評價振動舒適性的標準。

3.座椅空間位置的設計

座椅空間位置設計就是為了達到操作

舒適性的目標，而進行駕駛座椅空間位置設計以確保駕駛員有良好的視野，同時對汽車轉向盤、腳踏板等操作部件有恰當的操作要求距離，以達到操作舒適性的最終目的。

好的駕駛設計必須要保證駕駛員在連續幾個小時操作的情況下，身體能夠得到很好的支持。并且座椅必須有額外的空間，允

許駕駛員坐在座椅上的任一邊或改變在座椅上的角度，以便暫時使他的肌肉放松。

確定駕駛座椅在車輛上的安裝位置之前，必須先確定坐著的駕駛員與座椅結構的相對位置。美國汽車工程師協會SAE已將車輛駕駛座椅設計的參考點標準化，這個參考點稱為座椅標志點，即SIP，其位置如圖3-1所示。圖3-1 人體H點與座椅標志點之間的關系 圖3-2為轎車駕駛座椅的作業空間布置和尺寸推薦數據。

圖3-3為載貨汽車的駕駛座椅的作業空間布置和尺寸推薦數據。

圖3-2 轎車駕駛座椅的推薦設計

圖3-3 載貨汽車的駕駛座椅的操作位置尺寸

4.汽車座椅的尺寸結構設計

座椅尺寸設計的合適與否，直接影響到駕駛員能否有一個舒適而穩定的坐姿和合適的操縱位置。4.1汽車座椅的主要尺寸

座椅尺寸設計主要參數包

括:椅面高度、寬度、深度、椅面傾角;靠背的高度、寬度和傾角。如圖4-1所示：

圖4-1 座椅尺寸設計主要參數

椅面高度A：為椅面前緣至駕駛員踵點的垂直距離。在設計時主要考慮到兩點:椅

面過高會使大腿肌肉受壓，椅面過低就會增加背部肌肉負荷。駕駛座椅的椅面高度應低些。

椅面寬度B :在空間允許的條件下，以寬為好。但對于汽車駕駛座椅來講，駕駛員坐姿單一，不涉及變換姿勢，通常設計應以滿足最寬人體需要為準。

椅面深度C :指椅面前緣至靠背前面水平距離。其尺寸應滿足:腰部得到靠背的支承;椅面前緣與小腿之間留有適當距離，以

保證大腿肌肉不受擠壓，腿彎部分不受阻礙。

靠背高度D及寬度:靠背的高度和寬度與坐姿肩高和肩寬有關，對于汽車駕駛座椅靠背的高度應采取高靠背，最好加靠枕。

靠背傾角α:靠背傾角是指靠背與椅面水平方向的夾角。椅面傾角β :指椅面與水平之間的夾角。主要考慮到為了防止人體臀部向前滑動而是椅面前緣向后傾。此角不易過大，否則會增加大腿下平面與座墊前緣的壓力，從而減少雙腳著地的負荷，阻礙血液循環，引起身心疲勞。

通過以上座椅尺寸參數的確定，以保證駕駛員人體脊柱曲線更接近于正常生理脊柱曲線。舒適坐姿的各關節的角度應該滿足圖4-2中所示的要求角度。

圖4-2 舒適坐姿的關節角度

4.2汽車座椅的結構設計

現代汽車座椅的機械結構主要由頭枕、靠背、座墊、滑道等總成組成。4.2.1汽車座椅枕墊的設計 頭枕是一種用以限制乘員頭部相對于軀干向后移位的彈性裝置，其作用是在發生碰撞時，減輕乘員頸椎可能受到的損傷。尤其是在汽車受到追尾碰撞時，可抑制乘員頭部后傾，防止或減輕頸部損傷。如圖4-3所示：

圖4-3 汽車座椅的枕墊

4.2.2汽車座椅的靠背的設計

靠背的安全性設計應考慮靠背的強度、傾角、基本尺寸及其形狀。靠背的強度設計不但應該在“追尾”等后部碰撞時給乘員提供良好的保護，而且也要考慮側碰時對乘員的保護。而靠背傾角、基本尺寸及其形狀對尾部碰撞的嚴重程度有很大影響。

依據靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設計時應保證有靠背兩點支承即就

是人體背部和腰部的合理支承。汽車座椅設計時應提供形狀和位置適宜的兩點支承，第一支承部位位于人體第5 一 6胸椎之間的高度上，作為肩靠;第二支承設置在腰曲部位，作為腰靠。肩靠能減輕頸曲變形，腰靠能保證乘坐姿勢下的近似于正常的腰弧曲線。如圖4-4所示： 圖4-4 汽車座椅的靠背 4.2.3汽車座椅座墊的設計 坐墊一般不會造成對乘員的直接沖擊傷害，但坐墊的結構可以影響到乘員運動過程、約束力加到乘員身體上的方式及外部載荷(加速度、力等)的絕對值大小。坐墊深度設計的原則是在充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理的支撐。坐墊深度不應該超過人的大腿長度。

為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應堅實平坦。太軟的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，從而導致腰酸背痛的現象的產生。研究表明間：過于松軟的椅面，使臀部與大腿的肌肉受壓面積增大，不僅增加了軀干的不穩定性，而且不易改變坐姿，容易產生疲勞。如圖4-5所示：

圖4-5 汽車座椅的坐墊

5.駕駛座椅設計的安全性

座椅安全性設計的內容主要包括主動安全性和被動安全性。5.1坐椅主動安全性

主動安全性是指汽車駕駛座椅防止事故的能力。汽車駕駛座椅的主動安全性設計主要從減輕駕駛員的疲勞人手進行分析設

計，以滿足主動安全性要求。主動安全性主要考慮合理的座椅尺寸設計、座墊上合理的體壓分布、靠背上理的體壓分布等為駕駛員提供一個舒適的作業環境，減輕駕駛員的疲勞，從而保證駕駛座椅主動安全性的設計要求。

5.2坐椅被動安全性

被動安全性是指事故發生時，保護乘員的能力。駕駛座椅作為安全部件，是汽車被動安全性設計的主要考慮部件之一。考慮提高駕駛員的人身安全性，汽車駕駛座椅被動安全性設計目 標為： ①在事故中要保證駕駛員處在自身的生存空間之內，并防止其他車載體進人到這個空間;②要保持駕駛員在事故發生時，保持一定的姿態，以使其他的約束系統能充分發揮其保護效能；③在事故中，使得事故后果對駕駛員的傷害降低到最小限度。5.3安全措施

目前采取的主要安全措施：提高座椅骨架強度，達到汽車駕駛座椅強度的要求值；

設置座椅安全帶，使在緊急制動或正面撞車時不致將駕駛員碰傷；達到一定的阻燃要求，坐墊和靠背材料應達到汽車內飾材料燃燒特性技術要求的規定。

現在越來越多的汽車座椅都開始利用人機工程學的知識及其研究成果進行設計了。只有從人機工程學的角度出發，進行汽車駕駛座椅的設計，才能使駕駛座椅具有良好坐姿舒適性、振動舒適性、操作舒適性及安全性。

參考文獻：

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第五篇：人機工程學在汽車設計中應用

題目:

人機工程學在汽車設計中的應用

學 生 姓 名：

學 生 學 號： 專 業 名 稱： 機械工程

所 屬 學 院： 機械工程

2015年6月

人機工程課程論文

人機工程學在汽車設計中的應用

摘要：隨著科學技術的發展，人機工程學理論在產品設計中占有越來越高的地位。而作為與人類生活息息相關的汽車，人機工程學在汽車設計之中的應用顯得尤為重要。無論是以駕駛員為中心還是以乘坐人員為中心，都應最大限度地滿足人們的需求。并且各種主、被動保護措施也使人們在突發危險時，能最大限度地減小傷害，確保人的安全。總之，汽車設計中的各種設計都應該將人的因素考慮其中，確保了以人為主的設計原則，使汽車更完美地服務于人們。本文主要闡述了人機工程學概念以及人機工程理論在汽車車身設計、汽車座椅設計、安全方面的設計中的應用。

關鍵字：人機工程學；汽車車身設計；汽車座椅設計；安全性設計

Abstract：With the development of science and technology, ergonomics theory occupies more and more high status in the product design.As a car is closely related to human life, the application of ergonomics in automobile design is particularly important.Both for the center with the driver to take people as the center, should be maximally satisfy people’s needs.And all sorts of main and passive measures also make people safety and minimize harm in immediate danger, Anyhow, all sorts of design should consider including the human factor, to ensure that the design principle is given priority to people and make the car perfectly serve the people.This article mainly expounds the concept and the theory of ergonomics in the automobile body design, automotive seat design, the application of the safety aspects of the design.Key word：ergonomics;automobile body design;automotive seat design;security design

人機工程課程論文

0.緒論

人機工程學是工業工程研究的眾多重要學科領域之一。所謂的人機工程學，亦即是應用人體測量學、人體力學、勞動生理學、勞動心理學等學科的研究方法，對人體結構特征和機能特征進行研究，提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動時的相互關系以及范圍等人體結構特征參數；還提供人體各部分的出力范圍、以及動作時的習慣等人體機能特征參數，分析人的視覺、聽覺、觸覺以及膚覺等感覺器官的機能特性；分析人在各種勞動時的生理變化、能量消耗、疲勞機理以及人對各種勞動負荷的適應能力；探討人在工作中影響心理狀態的因素以及心理因素對工作效率的影響等。在汽車設計中的人機工程學稱為車輛人機工程學，它是以改善駕駛員的勞動條件和車內人員的舒適性為核心，以人的安全、健康、舒適為目標，力求使整個系統總體性能達到最優[1]。

1.人機工程學在車身設計中的應用

主動安全性是指汽車防止事故的能力。車身的主動安全性能包括：照明燈、信號燈的性能，汽車的前，后視野性能，實現操縱穩定性及制動性等。

1.1照明燈

前照燈的燈光強弱，照射距離及防炫目裝置就是根據人眼的生理特點和人機工程學原理設計而成。為了滿足不同駕駛環境(雨，霧和雪等)，路面狀況，交通密集以及駕駛條件（高速，轉彎等）下自動控制前照燈的光束模式，日KOITO公司研究的智能燈光系統，歐洲研究的先進前照燈系統，本田等公司的可動式前照燈系統、博世公司的光線疊加自適性前照燈系統以及VALEO公司的燈光系統等都能根據不同的外界條件自動控制前照燈所發出的光束形狀，強度和發光方向[2]。此外，霧燈，示寬燈，倒車燈，牌照燈，踏步燈，檢修用燈以及轉彎指示燈等也都是根據駕駛員的不同需要而設計的。

1.2汽車的前、后視野

為保證駕駛人員有盡可能寬廣的視野，前支柱（A柱）中央支柱（B柱）和后支柱（C柱）的粗細及位置很重要。設計上，必須根據駕駛員的眼橢圓范圍確定風窗玻璃掛掃面積和部位，并在滿足翻車安全保障和前窗振動抑制要求的前提下，以最細的支柱來減小視野死角。提供后視野的后視鏡也要保證駕駛員有足夠的后視范圍。FIAT公司的MULTIPLA采用的雙片可調式小圓鏡后視鏡不僅可以使駕駛員看到車后其它車輛的行駛

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狀況，而且也可觀察后車胎與路面的接觸情況。

圖1 普通后視鏡與采用雙片可調式小圓鏡后視鏡

1.3操作的穩性定與制動性

制動踏板和手柄的行程和位置，必須滿足一般身材人體的需要，踏板力，手柄等也應適應一般人群，因為這些都對制動性能影響較大，據報道，美國有5%的女性司機由于身材矮小為踩上腳踏板而使身體與方向盤的距離小于2cm，當氣囊膨脹時脖子常受到傷害。此外，車身總質量大小及軸荷分配，整體轉動慣量，車身空氣動力學特性，車身重心高度和相關部件剛度等也都對操作穩定性有一定影響。

2.人機工程學在座椅設計中的應用

汽車的座椅是汽車內部很重要的組成部分，汽車座椅設計主要包括座椅造型設計、結構設計、顏色設計等。在人體接觸車輛之前，首先給人的是視覺感官沖擊，好的座椅設計能在第一時間獲得人們的認同，因此，一個好的座椅設計能夠給使用者帶來良好的駕駛環境，營造舒適、安全的駕乘環境，有效的降低交通事故的發生。能夠很好的引起消費者的關注。

2.1座椅結構設計

為了保證座墊上合理的體壓分布，座墊應堅實平坦。太軟的椅子容易令使用者曲起身子，全身肌肉和骨骼受力不均，從而導致腰酸背痛現象的產生。研究表明：過于松軟

人機工程課程論文 的椅面，使臀部與大腿的肌肉受壓面積增大，不僅增加了軀干的不穩定性，而且不易改變坐姿，容易產生疲勞。

依據靠背上體壓分布不均勻原則，在座椅靠背設計時應保證有靠背兩點支撐，即就是人體背部和腰部的合理支撐。汽車座椅設計時應提供形狀和位置適宜的兩點支撐，第一支撐點位于人體第5—6胸椎之間的高度上，作為肩靠；第二支撐設置在腰曲部位，作為腰靠。肩靠能減輕頸曲變形，腰靠能保證坐姿下的近似于正常的腰弧曲線。

座椅材料是座椅的主要減振元件，要想使座椅獲得較低的振動傳遞率，使座椅有較高的振動舒適性，必須采用合適的座墊和靠背減振材料。根據駕駛室的微氣候環境，調整座椅表面的濕溫度特性，可以適當調節人體代謝，達到減輕疲勞的目的。

圖2.1 汽車座椅的結構

2.2座椅舒適性設計

根據人機工程學原理,為保證良好的舒適度，針對靜態舒適度，設計中應遵循以下原則：① 座椅尺寸應與人體測量尺寸相適宜；②座椅應可調節，能使乘坐者變換姿勢，并能最大范圍滿足各類人體的乘坐要求；③座椅應能使乘坐者保持舒適坐姿，靠背結構和尺寸應給腰部 充分的支撐,使脊柱接近于正常彎曲狀態[3]。

座椅的幾何尺寸是影響座椅舒適度的因素，但研究發現這并非唯一最主要的影響因素。許多 文獻都提及腰部支撐的重要作用。腰托的形狀和位置，對于是否能使人保持良好坐姿，減少 人體疲勞具有重要作用。從人機工程學的角度來講，腰部是體現座椅功能的關鍵部位。因此，座椅的腰托是影響舒適性的關鍵因素。腰托的安裝位置在座椅靠背結構設計中十分重要。乘員正常入座時，人體身軀與大腿的連接點—胯點(hip point)簡稱H點，H點的位置是決定 駕駛員操作方便、乘坐舒適性相關的車內尺寸的基準。此外，座椅的調節特性對座椅的舒適度影響很大，已成為座椅舒適度設計中重點考

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慮的因素。壓力分布是導致不舒適的最主要的 生物力學因素，通過界面壓力對座椅舒適度進行評價是一種重要客觀、有效的方法。

消除座椅不舒適性最理想的方法是能建立定量模型，預測座椅的不舒適性。國內外研究中,建立的模型主要有如下3種：利用模糊理論建立的模型、線性模型和神經網絡模型。

目前，國內在座椅舒適度的研究上還存在一些缺陷：①沒有針對中國人體特征尺寸的座椅舒 適性研究；②對于座椅靜態舒適性評價還沒有形成一套客觀系統的體系；③在應用神經 網絡建模方法評價舒適性中，對輸入量的界定還不夠清晰明確，有待進一步研究[4]。

2.3座椅空間位置設計

座椅空間位置設計就是為了達到操作舒適性的目標，而進行駕駛室座椅空間位置設計以確保駕駛員有良好的視野，同時對汽車轉向盤、腳踏板等操作部件有恰當的操作要求距離，以達到操作舒適性的最終目的。圖2列出了駕駛作業空間設計的主要指標。

圖2.2 駕駛作業空間設計的主要指標

3.人機工程學在安全設計中的應用

隨著生活水平的提高，人們對所乘坐汽車的安全性也提出了更高的要求。而ABS（剎車防抱死系統），ESP（電子穩定系統），以及EBD（電子助力轉向）等的發明標志著車輛的安全性能得到提高，并且在人機工程學方面也起到了一定的作用[5]。預緊式安全帶確保了車輛在發生交通事故時使人們的身體一直與座椅保持接觸狀態，防止了因身體的過度前傾而使身體受傷害，因為在大部分的事故中，因人的身體過分前傾而造成的傷害太多了。我們都知道在戰斗機中，飛行員頭盔前面的玻璃既起到保護作用，也同時起到

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了顯示屏的作用。寶馬公司發明的抬頭顯示系統便和這個大同小異。通過投影技術將相關信息顯示在風擋玻璃上，在保證不影響駕駛員視野的同時提供了豐富的信息，使駕駛員不用低頭，只需變化一下焦點就能做到“一切盡收眼底”，從而避免了注意力的分散，駕駛安全性得到了保證，同時也確保了人機信息的快速交換，相應的操作效率也得到大幅度的提升。在光線進入人眼的管線瞬間出現變化時，人眼會出現瞬間無法看清面前的物體，往往需要一段時間才能看清物體，這被稱為適應。在夜間駕車的過程中，當兩車相對行駛的過程中，由于雙方的車燈亮度不同，較亮的一方的車燈就會使對方瞬間失明，甚至出現嚴重事故。現在人們開始對車燈進行了改良，采用了冷光車燈，并且加入了轉向隨動系統，當車輛轉彎時，燈光的照射方向也隨之發生改變，這種設計使夜間行車變得安全，危險系數也變低了[8]。雖然在夜間有了車燈，但人眼的視覺范圍是有限的，距離較遠是仍無法看清遠處的物體。而車載夜視系統的出現無疑解決了這一問題，這樣，即使是在大霧天氣下也能看清周圍一切，而這也同樣保障了人身安全，確保了在不良視野下的安全駕駛。在未來的汽車安全方面的設計中，智能安全氣囊，倒車影像，ESC電子穩定控制，胎壓低壓報警和側氣簾會漸漸成為主流配置。此外，車內緊急呼叫、智能巡航等也會被采用，利用雷達和傳感器在保證車距的同時預測危險并在駕駛員做出反應之前剎車，避免事故發生[10]。

4.結論

隨著汽車在日常生活中的廣泛應用，人機工程學設計就顯得更加重要，而在今后的汽車設計中，越來越多的人機工程學設計將被采納。體現了更多的人性化的設計元素。舒適、安全正被更多的人所重視，符合安全人機工程學的產品必然會獲得成功。而那些符合人機工程學的設計產品，能給人們創造一種舒適的環境，讓人們的駕駛過程變得更加愉快，將會成為未來發展趨勢。

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參考文獻

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