基于人机工程学与虚拟现实技术的商用车座椅舒适性设计与评估

一、引言

商用车作为货物运输和人员输送的重要工具，驾乘人员往往需要长时间在车内工作。座椅作为与驾乘人员直接接触的部件，其舒适性直接影响到驾乘人员的疲劳程度、工作效率和身体健康。传统的商用车座椅设计主要基于经验和基本的人体尺寸数据，难以全面考虑人体在复杂驾驶工况下的生理和心理需求。人机工程学旨在研究人、机、环境之间的相互关系，将其应用于商用车座椅设计，能够使座椅更好地适应人体的形态、动作和生理特点。同时，虚拟现实技术凭借其沉浸感、交互性和想象性的特点，为座椅设计的评估和优化提供了更加直观和高效的手段。因此，将人机工程学与虚拟现实技术相结合，对提升商用车座椅舒适性具有重要的现实意义。

二、人机工程学在商用车座椅设计中的理论基础

2.1 人体尺寸数据

人体尺寸是座椅设计的基础依据。不同地区、不同年龄段和性别的人群，其人体尺寸存在差异。设计商用车座椅时，需要参考大量的人体测量数据，如身高、体重、坐姿臀宽、坐姿膝高、眼高、肩宽等。这些数据用于确定座椅的尺寸参数，包括座面宽度、深度、高度，靠背高度、角度，以及扶手的位置和高度等。例如，座面宽度应满足不同体型驾乘人员的乘坐需求，避免过窄导致拥挤不适，过宽则影响操作便利性；座面深度要保证大腿能够得到充分支撑，同时不会对膝盖造成压迫。

2.2 人体坐姿与生物力学原理

人体在坐姿状态下，脊柱的形态和受力情况会发生变化。长时间保持不良坐姿会导致脊柱疲劳、疼痛，甚至引发脊柱疾病。理想的座椅设计应使驾乘人员在坐姿时，脊柱保持自然的生理曲线，减少椎间盘压力。根据生物力学原理，座椅靠背应提供合理的支撑角度和力度，一般在 100^∘-110^∘ 之间较为合适，以分担上身的重量，减轻腰部压力。同时，座面应具有一定的倾斜度，通常为 3^∘-5^∘ ，防止驾乘人员在行驶过程中向前滑动，并且有助于维持正确的坐姿。

2.3 人体感觉与舒适性需求

舒适性是一个主观的感受，涉及到人体的多种感觉。座椅的材料、硬度、透气性等因素会影响人体的触觉感受。柔软且透气的座椅材料可以提高乘坐的舒适度，减少皮肤出汗和闷热感。此外，座椅的振动特性也会影响舒适性，商用车行驶过程中会产生各种振动，座椅应具备良好的减振性能，降低振动对人体的影响，减少疲劳感。

三、虚拟现实技术在商用车座椅设计评估中的优势

3.1 沉浸式体验

虚拟现实技术能够创建高度逼真的虚拟驾驶环境，让设计人员和潜在用户仿佛置身于真实的商用车驾驶舱内。他们可以直观地感受座椅的位置、角度、空间布局以及与周围驾驶环境的协调性。通过佩戴虚拟现实头盔和使用交互设备，用户可以在虚拟环境中进行各种操作，如调整座椅、进出车辆等，从而更真实地体验座椅的舒适性，发现潜在的设计问题。

3.2 实时交互性

在虚拟现实环境中，用户可以实时对座椅的设计参数进行调整和修改。例如，改变座椅的高度、靠背角度、座面硬度等，立即观察和感受这些变化对舒适性的影响。这种实时交互性使得设计人员能够快速验证设计方案的可行性，根据用户的反馈及时进行优化，大大缩短了设计周期。

3.3 多用户协同评估

虚拟现实技术支持多用户同时参与座椅设计评估。设计团队、测试人员、驾乘人员等不同角色可以在同一虚拟环境中进行交流和协作。各方可

以分享自己的体验和意见，共同探讨座椅设计的优缺点，为设计优化提供更全面的视角。

四、基于人机工程学与虚拟现实技术的商用车座椅设计流程

4.1 确定设计目标与需求分析

在设计初期，通过市场调研、用户反馈以及对商用车使用场景的分析，确定座椅的设计目标。明确座椅适用的车型、驾乘人员的特点和需求，以及对座椅舒适性、安全性、功能性等方面的具体要求。例如，针对长途货运商用车，重点关注座椅的舒适性和减振性能，以缓解驾乘人员长时间驾驶的疲劳；对于城市配送商用车，可能更注重座椅的操作便利性和空间利用率。

4.2 基于人机工程学的座椅初步设计

根据人体尺寸数据和生物力学原理，初步确定座椅的尺寸、形状和结构。选择合适的座椅材料，考虑其舒适性、耐久性和成本等因素。设计座椅的调节功能，如座椅高度调节、靠背角度调节、腰部支撑调节等，以满足不同驾乘人员的个性化需求。例如，设置腰部支撑调节装置，使驾乘人员可以根据自己的腰部曲线调整支撑力度，减轻腰部疲劳。

4.3 建立虚拟现实模型

将初步设计的座椅模型导入虚拟现实软件中，结合商用车驾驶舱的虚拟模型，构建完整的虚拟驾驶场景。对座椅模型进行材质、纹理和光照等方面的渲染，使其更加逼真。在虚拟环境中设置各种交互功能，如座椅调节的操作方式、车辆行驶时的振动效果等，模拟真实的驾驶体验。

4.4 虚拟现实评估与反馈

邀请不同类型的用户参与虚拟现实评估。用户在虚拟环境中进行模拟驾驶操作，体验座椅的舒适性，并记录下自己的感受和意见。设计人员根据用户的反馈，对座椅的设计进行调整和优化。例如，如果用户反映座椅的座面太硬，设计人员可以在虚拟现实环境中实时调整座面材料的硬度参数，再次让用户体验，直到达到满意的效果。

4.5 优化设计与验证

根据虚拟现实评估的结果，对座椅的设计进行优化改进。将优化后的设计方案制作成物理样机，进行实际的测试和验证。通过实际的驾乘试验，进一步检验座椅的舒适性、功能性和安全性，确保设计方案能够满足实际使用需求。

五、结论

将人机工程学与虚拟现实技术相结合应用于商用车座椅舒适性设计与评估，为商用车座椅设计提供了一种创新的方法。人机工程学从人体的生理和心理需求出发，为座椅设计提供了科学的理论依据；虚拟现实技术则通过沉浸式体验和实时交互性，使设计人员能够更直观地评估和优化座椅设计。通过实际案例验证，该方法能够有效提升商用车座椅的舒适性，满足驾乘人员的需求，提高商用车的市场竞争力。随着技术的不断发展，人机工程学和虚拟现实技术在商用车座椅设计领域的应用将更加深入和广泛，有望为商用车行业带来更多的创新和发展。未来的研究可以进一步探索如何将其他先进技术，如智能传感技术、大数据分析等，与现有的设计方法相结合，不断完善商用车座椅的设计与评估体系，为驾乘人员提供更加舒适、健康的驾驶环境。

参考文献：

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