列車(chē)客室座椅乘坐舒適性研究

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1、列車(chē)客室座椅乘坐舒適性研究［摘要］文章介紹高速列車(chē)座椅乘坐舒適性的設(shè)計(jì)方法與思路，分析了表態(tài)舒適性、動(dòng)作舒適性、動(dòng)態(tài)舒適性等問(wèn)題，并對(duì)座椅舒適性進(jìn)行設(shè)計(jì)。［關(guān)鍵詞］列車(chē)座椅；舒適性；人體行為［作者簡(jiǎn)介］劉志勇，南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司技術(shù)中心工程師，青島山東，266111；王冰松，南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司技術(shù)中心工程師，青島山東，266111［中圖分類(lèi)號(hào)］U293［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］1007-7723(2012)01-0046-0003隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)高速鐵路事業(yè)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。隨著高速列車(chē)運(yùn)營(yíng)速度的不斷提高，旅客的乘坐舒適性逐漸

2、成為重要的研究?jī)?nèi)容。座椅是高速列車(chē)的重要設(shè)施，其設(shè)計(jì)優(yōu)良程度直接關(guān)系到列車(chē)的乘坐舒適性能，并影響人們對(duì)出行交通工具的選擇。座椅不僅需耍進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更需耍在人機(jī)工程學(xué)的基礎(chǔ)上研究人體生理構(gòu)成等特性對(duì)座椅參數(shù)選擇的約束，從而滿足乘坐舒適性的要求。乘坐舒適性分為靜態(tài)舒適性、操作舒適性和動(dòng)態(tài)舒適性三個(gè)方面。靜態(tài)舒適性重點(diǎn)是依據(jù)人體尺寸測(cè)量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定座椅結(jié)構(gòu)形狀和尺寸等參數(shù)。動(dòng)作舒適性主要研究人在座椅上進(jìn)行常規(guī)動(dòng)作時(shí)的舒適性。動(dòng)態(tài)舒適性則強(qiáng)調(diào)座椅的隔振減振設(shè)計(jì)要求。一、靜態(tài)舒適性分析靜態(tài)舒適度指座椅與人體的匹配關(guān)系能否為乘客創(chuàng)造舒適坐姿的條件，以及所能提供的舒適程度

3、。靜態(tài)舒適度所要解決的問(wèn)題，主要依據(jù)人體舒適坐姿的要求和人體測(cè)量數(shù)據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)舒適的座椅結(jié)構(gòu)、尺寸及調(diào)整參數(shù)[1[2][3][4]。從人機(jī)工程學(xué)原理出發(fā)，一個(gè)靜態(tài)舒適性能優(yōu)良的座椅應(yīng)當(dāng)符合以下基本要求：（1）符合人體測(cè)量學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，能夠?yàn)槌丝吞峁┮粋€(gè)大小合適的乘坐空間和舒適而穩(wěn)定的坐姿，符合人體舒適坐姿的生理特征。（2）提供合適的腰部、背部支撐，使乘客的脊椎能夠保持自然的生理彎曲狀態(tài)。（3）處墊軟硬適屮，給乘客提供冇效的臀部支撐，并保證體壓分布合理。（4）坐墊及靠背材料透氣性好，并具有適當(dāng)?shù)哪Σ亮Α６?、?dòng)作舒適性分析（-）乘客坐姿條件下的行為在對(duì)座椅設(shè)計(jì)之前，首先必須

4、對(duì)使用者的乘坐行為這一身體自然狀態(tài)進(jìn)行分析，它決定了座椅的基木尺寸，如座面的高度和寬度等。在現(xiàn)實(shí)乘坐環(huán)境中，人們會(huì)有意識(shí)地通過(guò)各種方法來(lái)調(diào)整坐姿，如仰坐、側(cè)坐、平躺、盤(pán)腿等方式來(lái)滿足自己乘坐舒適的需求。由此可以看出在某種情況下，坐姿是人的心理活動(dòng)和潛在意識(shí)的形態(tài)化。因此，由于“坐”這一行為所派生出來(lái)的姿態(tài)，導(dǎo)致了坐姿的多樣性。坐姿的多樣性來(lái)源于使用者的多樣性，如兒童、老人、殘疾人、男人、女人還有不同民族和地域的人等，牛理性差異也會(huì)使其行為表現(xiàn)出不同的特征；另一方面，環(huán)境和心情的變化也會(huì)體現(xiàn)出不同的行為狀態(tài)⑸⑹。（-）旅客坐姿行為舒適性分析通過(guò)對(duì)人體靜態(tài)尺寸（人體

5、數(shù)據(jù)）與動(dòng)態(tài)尺寸（人體各部分的活動(dòng)空間和范圍）的分析（如圖1和圖2所示），可以指導(dǎo)高速列車(chē)內(nèi)室空間和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。通過(guò)人的座高、座寬（靜態(tài)尺寸）可以確定座椅的高度尺寸和寬度尺寸、通過(guò)人腿的活動(dòng)范圍（動(dòng)態(tài)尺寸）可以確定前后座椅空間設(shè)置以及前后排距離等參數(shù)。三、動(dòng)態(tài)舒適性分析動(dòng)態(tài)舒適性設(shè)計(jì)重點(diǎn)在座椅的減振設(shè)計(jì)。座椅受到的振動(dòng)主要是在列車(chē)行進(jìn)時(shí)從車(chē)內(nèi)地板傳遞而來(lái)，如何設(shè)計(jì)座椅進(jìn)而確定座椅的固有頻率，使得座椅在承載（坐人）狀態(tài)下能隔離或減弱對(duì)人體有害的振動(dòng)頻率信號(hào)是關(guān)鍵所在［7］。（一）人體敏感頻率分析研究表明，人體在上下振動(dòng)方向的敏感頻率4、8Hz之內(nèi)，前后振動(dòng)方向的敏

6、感頻率在廣2戰(zhàn)之內(nèi)，此時(shí)身體部分區(qū)域產(chǎn)生共振。人體各部位或系統(tǒng)的固有頻率見(jiàn)表lo隨著頻率的增高，敏感度下降，人體較嚴(yán)重的振動(dòng)響應(yīng)均在30Hz以下，在各方向的振動(dòng)中，上下振動(dòng)對(duì)舒適度影響約占70%,前后方向振動(dòng)対舒適度的影響約占12%。（-）人-椅振動(dòng)模型分析首先建立圖3所示的人體振動(dòng)坐標(biāo)系。在該坐標(biāo)系中乘員端坐于座椅上，人體主要是三部位和座椅接觸。由于人體在座椅系統(tǒng)存在多個(gè)自由度，故以三自由度為例建立人椅系統(tǒng)振動(dòng)模型，如圖4所示。其中分別為人體頭部質(zhì)量、頸部風(fēng)度及阻尼系數(shù)；分別為人體軀干質(zhì)量、脊椎剛度及阻尼系數(shù)；分別為座椅質(zhì)量、座椅剛度及阻尼系數(shù)，Z為車(chē)體地板傳

7、給座椅的振動(dòng)（位移輸入），代表ml（座椅）、m2（軀干）、m3（頭部）的振動(dòng)輸出（位移輸出）。通過(guò)模型推導(dǎo)得到座椅、人軀干及人頭部三個(gè)位置對(duì)于輸入的傳遞函數(shù)。其屮Al、A2、A3為復(fù)剛度，且冇人體質(zhì)量、剛度及阻尼的數(shù)值可以根據(jù)中國(guó)人體數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果得到。座椅的固有頻率、阻尼系數(shù)、剛度可以通過(guò)材料、工藝、原理設(shè)計(jì)等不同方式進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)將實(shí)測(cè)的不同線路、不同速度級(jí)車(chē)內(nèi)地板對(duì)應(yīng)位置的振動(dòng)譜輸入到模型中就可以評(píng)估動(dòng)態(tài)舒適性水平，并根據(jù)仿真結(jié)果修正設(shè)計(jì)參數(shù)。四、座椅舒適性設(shè)計(jì)根據(jù)以上分析，在設(shè)計(jì)座椅時(shí)，需要充分考慮人體工程參數(shù)対座椅結(jié)構(gòu)或參數(shù)的選擇限制。參照人體工程參數(shù)，

8、確定以下座椅參數(shù)：座高、