详述坐姿压力分布测量系统

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“靠背支撑点的选择决定其功 能，而并非大的或柔软的靠垫就舒适”。座椅靠背上的体压分布测试，应当是肩胛骨和腰椎骨两个部位最 高，这就是靠背设计中所谓的“两点支撑”准则。不 同用途的座椅，两点支撑的作用不是一样的。腰靠 支撑是使背部疼痛和疲劳减至最低的主要手段。如 果没有腰靠，人体只能靠肌肉来维持腰椎曲线，势必引起腰部肌肉的疲劳和损伤。

近些年来，随着人体工程学的发展，国内外作了许多相关的研究。2003年Makhsous 等的研究表明，腰部支撑不足会导致慢性健康问题，如背部下端疼痛、肩部疼痛、颈部疼痛、疲劳和不舒适等症状。在坐姿条件下，腰部疼痛是身体不舒适的重要原因，其次是颈部和背部。

合理的腰部支撑可以减少坐姿条件下不舒适的产生。有关研究结果表明背部下端的不舒适症状与背部下端、座椅靠背的接触面积有关，而接触面积又与靠背面的尺寸有密切的关系。作者利用体 压分布测量测通，采用主客观测试相结合的方法研究了靠背面高度对坐姿舒适性的影响，分析了靠背面高度与各压力分布指标的关系，从而为沙发靠背面的优化设计和沙发舒适性评价提供了理论依据。

详述坐姿压力分布测量系统

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(1)与各项压力分布指标的相关性不显著；肩部 接触面积与最大压力呈现显著的相关性，且为正向 相关性，即随着肩部接触面积的增大，最大压力增 大，这主要是因为肩部是人体主要的背部支撑点， 肩部接触面积的增大也就意味着肩部支撑力的增 大，因此会出现最大压力的增大。

(2)触面积与最大压力梯度呈现显著的相关关 系，且呈正向相关性，即随着腰部接触面的增大， 最大压力梯度增大。腰部支撑是两点支撑的一个重 要的支点，而两个支点是最大压力梯度最容易出现 的部位。随着腰部接触面积的增加，腰部的下沉量 增大，从而使压力梯度增大。

(3)适度与最大压力呈现显著的负向相关性，即 随着靠背面上最大压力的增大，腰部舒适度会显著 降低。因此在沙发设计时，腰部要有足够的支撑， 并非仅提高该部位的受力，增大其接触面积也是提 高其舒适度的有效方法。

沙发靠背面的高度较大时，人体肩部、背部、 腰部和总体坐姿舒适感较强，但较高的靠背面会影 响颈部的舒适性，建议通过提供头靠来提高头部和 颈部的舒适性；腰部舒适性与最大压力、最大压力 梯度、腰部接触面积密切相关，可以利用这些体压分布测量系统来评价腰部舒适性；可以通过提高腰部压力梯 度和接触面积的方法来提高腰部舒适性，同时腰部 的最大压力不应过大，否则也会影响腰部舒适性。

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测试内容及坐姿要求

测试 3 种靠背高度下人体背部的压力分布，试验时要求受试者自然后倾，靠于沙发靠背之上，眼 睛平视前方，左右大腿大致平行，膝部弯曲大致呈 90°，足平放于地面，双肩放松，双手轻轻置于大 腿之上。

直接读取靠背面总压力、平均压力、最大压力和接 触面积等压力分布指标，并通过压力分布矩阵推算 平均压力梯度、最大压力梯度、纵向压力分布曲线、 横向压力分布曲线[5-8]，推算公式分别为：

种靠背高度为 51、56 和 61 cm，沙发的坐垫

和靠垫硬度适中，弹性较好，座面高度级差(h =座 面高度－人体坐高-鞋高)为 0  mm，深度级差

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试验前告知受试者试验的目的、试验的内容和 测试的方式，并帮助其熟悉主观舒适度评价量表。 试验过程中，受试者不得多讲话，向实验人员报告 舒适状况时避免大声或激动。一种坐姿状态测试完 毕，休息 30 min 后进行下一坐姿状态的测试。

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沙发海绵靠垫的高度与压力分布指标

对试验测得数据进行统计处理，并取 6 名测试 对象各测试项目的均值，结果列于表 1。以海绵靠 垫的高度为横坐标，各压力分布指标的测试结果的 均值为纵坐标画图，得到海绵靠垫的硬度与各压力 分布指标的关系。

该测量系统能对坐姿体压进行静、动态测量, 能通过数据表、二维点图、二维等压线图、三维图直观地显示坐姿体压分布 情况, 具有操作方便易学、功能强, 图形输出美观, 精度高、维修 方便等优点, 而且虚拟测试系统关键是软件技术, 硬件设备可以 重新组装并更新, 在设计中留下了发展余地, 为扩展系统功能奠 定了基础。 在当前汽车市场对乘坐舒适性要求日益提高的情况 下, 对体压分布研究会引起座椅生产厂家越来越大的兴趣, 同时 由于成本上的优势 (如压阻式称重压力传感器仅为几十元, 价格 还不到国外测试系统所用的传感器的十分之一) , 因此它具有广 阔的推广应用前景, 将会对提高国产座椅的性能及提高座椅体压分布的研究水平发挥重要作用。

下面的结果表示了驾驶员在踩刹车时座椅靠背与靠垫压力间影响的动态变化。Tekscan的压力毯放置在座垫和靠背上。

司机在准备刹车时的压力分布图。此时，他右脚抬起，造成右臀的压力较大（红色部位）。

应用

扫描人体在座椅上的压力分布

座椅设计和研发

舒适性研究

测量压力随时间的变化、接触面积和峰值区域

测量缝纫、衬垫、布线、泡沫硬度、座椅角度、腰部支撑物和包装材料的效果

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优势

优化泡沫硬度和包装材料

为司机选择最佳的工效学位置

检测驾乘人员进出的舒适性

测量活动量大时和长时间驾驶时司机位置的变化

坐垫和靠背的平均压强变化率、最大压强变化率、接触面积变化率等。通过人椅系统传递特性实验及振动体压分布实验，获得座椅振动舒适度：加权加速度均方根值。预测结果表明，基于动态体压分布能够准确预测座椅的振动舒适度，而且使用支持向量机回归方法的预测效果优于人工神经网络。

坐与卧是人们日常生活中最多动的姿态，如工作、学习、用餐、休息等都是在坐卧状态下进行的。因此，椅、凳、沙发、床等坐卧类家具的作用就显得特别重要。

按照人们日常生活的行为，人体动作姿态可以归纳为从立姿到卧姿的八种不同姿势，如（图3—1）所示。其中有三个基本形是适用于工作形态的家具、另有三个基本形是适用于休息形态的家具。通常是按照这种使用功能作为坐卧类家具的细分类。

坐卧类家具的基本功能是满足人们坐得舒服、睡得安宁、减少疲劳和提高工作效率。其中，最关键的是减少疲劳。如果在家具设计中，通过对人体的尺度、骨骼和肌肉关系的研究， 使设计的家具在支承人体动作时，将人体的疲劳度降到最低状态，也就能得到最舒服、最安宁的感觉，同时也可保持最高的工作效率。

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