ارگونومی و طراحی خودرو

كلمه ارگونومی (Ergonomy) از دو كلمه یونانی «Ergo» به معنای كار و «Nomus» به معنای قانون تشكیل شده است و بنابراین «ارگونومی» به معنی «قانون كار» می باشد. طراحی از دیدگاه آنتروپومتری (Anthropometry) شامل انطباق و هماهنگی ابعاد و اندازه های بدن با ابعاد و اندازه های محل كار یا ابزار و وسیله مورد استفاده است.

ارگونومی 
كلمه ارگونومی (Ergonomy) از دو كلمه یونانی «Ergo» به معنای كار و «Nomus» به معنای قانون تشكیل شده است و بنابراین «ارگونومی» به معنی «قانون كار» می باشد. طراحی از دیدگاه آنتروپومتری (Anthropometry) شامل انطباق و هماهنگی ابعاد و اندازه های بدن با ابعاد و اندازه های محل كار یا ابزار و وسیله مورد استفاده است. آنتروپومتری بخشی از دانش ارگونومی و شاخه‌ای از «فیزیكال آنتروپومتری» (Physical Anthropometry) است كه موضوع آن سنجش و اندازه ‌گیری ابعاد و اندازه های ظاهری قسمتهای مختلف بدن انسان است. چون دانستن ابعاد و اندازه های اعضای مختلف بدن برای طراحی ارگونومیكی بسیاری از وسایل زندگی، از جمله خودرو كه در این چند دهه اخیر انسان ها ساعات زیادی را درون آن می گذرانند، ضروری است. دانش آنتروپومتری نیز با اندازه گیری و ارائه اندازه های مختلف بدن(مانند طول دست و پا، عرض شانه و كتفها و ...) و تعیین محدوده حركت آنها به طراح كمك می كند تا از هر جهت یك طرح مناسب ارائه دهد. اگر به خودرو از دیدگاه یك ایستگاه كاری نگاه كنیم، به خوبی درك خواهیم كرد كه برای راحتی و ایمنی راننده و تأمین جانی سرنشینان و حتی عابران پیاده، دوچرخه سواران و ... چه نكات دقیق و حساس ارگونومیكی باید در خودرو رعایت شوند.

 
شكل1) تناسب ابعاد صندلی و اندام بدن در طراحی خودرو

كاربرد ارگونومی در طراحی خودرو:
موضوع اصلی علم «ارگونومی» یا مهندسی فاكتورهای انسانی، به بررسی روابط انسان با محیط كار او با هدف بهینه سازی شرایط كاری اش برمی گردد. ارگونومی دو هدف مهم دارد، هدف اول، افزایش كارایی و بازده انجام كار است كه سهولت كاربرد و افزایش بهره وری در این مقوله می گنجند. هدف دوم، افزایش ایمنی و راحتی، كاهش خستگی و تنش و افزایش میزان رضایت و كیفیت زندگی فرد است. این دو عامل به ما نشان می دهند كه در طراحی یك محصول، تنها عملكرد آن نمی تواند ملاك انتخاب كاربران قرار گیرد، بلكه محصول ساخته شده باید مطابق با نیازها، راحتی و قابلیتهای مشتریان، سازگار و هماهنگ گردد. در این میان، وظیفه متخصصان ارگونومی یا طراحان صنعتی، مهیا كردن راحت ترین شرایط از نظر میزان سر و صدا، كاهش فشار فكری و جسمی، میزان روشنایی و آب و هوا می باشد. همچنین در درجات پایین تر، می توان به اصلاح دكمه های عملكردی، ساده كردن نمایشگرها و عقربه ها، حركت آسانتر اهرمها و دسته ها اشاره كرد. برای اینكه یك تولید كننده بتواند پاسخگوی نیازهای افراد مختلف جامعه باشد، باید بداند كه چند درصد از این افراد دارای چه خصوصیات جسمانی هستند و برای این منظور، باید از مشتریان محصول مورد نظر آمارگیری كرده و توسط كارشناسان، نتایج را تجزیه و تحلیل كند.

 
شكل2) زاویه مناسب بدن در هنگام رانندگی

این آمارگیری نیز باید از طبقات و سطوح مختلف جامعه انجام شود، زیرا در یك جامعه، گروهی چاق، عده ای لاغر، بعضی بلند قد و دسته ای كوتاه قد هستند و به همین دلیل گاهی ارائه یك محصول در بازار برای عده ای بالاتر از حد استاندارد و برای عده ای دیگر پایینتر از حد استاندارد قرار می گیرد. مثلا طی تحقیقی كه در سال 2010 انجام گردید، مشخص شد كه یك طرح مطلوب و كاملاً مناسب كلاه ایمنی برای كشورهای اروپایی، تنها برای حدود چهل درصد از مردم كشور «سریلانكا» قابل استفاده بوده است. همچنین وقتی استانداردهای آنتروپومتری آمریكا تعیین شد، این اندازه فقط برای نود درصد مردم آلمان، هشتاد درصد اهالی فرانسه، شصت و پنج درصد هندی ها، چهل و پنج درصد ژاپنی ها و ده درصد از ویتنامی ها مناسب بوده است. به طور كلی، اندازه گیری ابعاد بدن در دو وضعیت ثابت و متحرك انجام می گیرد. در وضعیت ثابت، اندازه گیری بدن در حالتی صورت می‌گیرد كه بدن هیچگونه حركتی نداشته باشد و این اندازه گیری را اصطلاحاً  «آنتروپومتری استاتیك» می گویند. در وضعیت متحرك، اندازه گیری ابعاد بدن در حالتی انجام می گردد كه بدن در حالت حركت باشد. این اندازه گیری، «آنتروپومتری دینامیك» گفته می شود. آنتروپومتری، شامل اندازه گیری ابعاد اندامهای مختلف بدن، وزن فرد، حجم اندامها و فضای اشغال شده و زوایای حركتی هر یك از اندامها می باشد كه در تعیین شكل و اندازه ابزار و وسایلی كه در محیط كار مورد استفاده افراد قرار می گیرند، به كار می رود.

كاربرد آنتروپومتری در طراحی خودرو 
به طور كلی، آنتروپومتری در دو زمینه كاربرد دارد، اوّل برای تطبیق و تناسب ماشین آلات با انسان در جهت راحتی و افزایش راندمان كاربرد و دیگری در جهت استانداردسازی وسایل و تجهیزات مورد استفاده برای یك فرد یا كل جامعه. در این زمینه علاوه بر ابعاد بدن، باید سایر فاكتورهای مربوط به انسان از قبیل سن، جنس، نژاد، ساختار بدنی، نوع شغل، وضعیت سلامتی، وضعیت بدنPosture)) و زمان استفاده(ابتدای روز، پایان روز) از خودرو مد نظر قرار گیرند. همچنین باید جنس و نوع وسایل مورد استفاده در خودرو و میزان تحمل تنش و فشار آنها نیز مورد توجه كارشناسان ارگونومی قرار گیرند. البته مهمترین این عوامل، سن، جنس و تفاوتهای نژادی می باشند. در یك تحقیق ارگونومیكی، به فعالیتهای افراد در داخل خودرو توجه می كنیم. این فعالیتها شامل مواردی همچون ورود و خروج مناسب از وسیله نقلیه، نشستن در داخل خودرو، هدایت و كنترل مناسب خودرو، دید مناسب به بیرون و درون خودرو، رفاه و ایمنی و ... می شود. ویژگیهای طراحی داخلی یك خودروی سواری در چهار موضوع بررسی می گردد: صندلیها، دكمه های كنترلی، نمایشگرها و امكانات ویژه خودرو.

 
شكل3) طراحی فضای داخلی خودرو با نگرش به آینده

در طراحی فضای داخلی یك خودرو ابتدا باید مشخص كرد كه این وسیله نقلیه برای چه منظوری طراحی می شود. مثلاً طراحی یك خودروی چهار نفره سدان لوكس با یك وانت، رودستر یا یك خودروی شاسی بلند، تفاوت دارد. پس از مشخص شدن نوع خودرو، باید بررسی كرد كه خودرو برای چه بازار، كشور و مردمی و با چه خصوصیاتی تولید خواهد شد و چه رقبایی و با چه مشخصاتی در بازار وجود دارند. طراحی خودرو، پس از تعیین خط مشی های موجود، تجزیه و تحلیل عوامل موثر در طراحی و سنجش شرایط موجود، انجام می گردد. مثلاً در جهت طراحی یك خودروی ملّی برای مردم یك كشور خاص، باید عواملی نظیر متوسط تعداد افراد خانواده، متوسط درآمد هر خانواده، نوع استفاده افراد از خودرو، تعداد مسافرتهای افراد در طول سال، قد و وزن متوسط افراد جامعه و وضعیت ترافیكی خیابانها و جاده ها را حتماً در نظر بگیریم و سپس اقدام به طراحی خودروی ملّی كنیم. پس از آماده شدن چندین طرح ظاهری و تصویب یكی از آنها، ابعاد كلی خودرو با توجه به عوامل فنی و نیاز بازار مشخص می شود.

 
شكل4)طرح مفهومی اتاق خودرو برای مدلهای آینده

اركان طراحی خودرو:
    اركان اصلی طراحی یك خودرو عبارتند از: طول، عرض و ارتفاع خودرو، عرض محور چرخهای جلو و عقب، فاصله طولی بین محور جلو و عقب خودرو، فاصله غربیلك فرمان تا تكیه گاه صندلی راننده، ارتفاع سقف تا صندلی جلو و عقب، فاصله بین صندلی جلو و عقب. یك سری از این ابعاد، مانند فاصله بین دو محور چرخ عقب و جلو، به وسیله پارامترها و عوامل فنی مشخص می شوند و دسته ای دیگر مانند فاصله فرمان تا صندلی، به وسیله مطالعات آنتروپومتریك و استراتژیهای ایمنی كارخانه سازنده، تعیین می گردند. در كارخانه های خودروسازی از جداول آنتروپومتری كه قبلاً به وسیله مطالعات آماری و محاسبات آناتومی تعیین شده‌اند، استفاده می‌شود. در این جداول تمامی اندازه های مورد نیاز برای طراحی فضای داخلی(از قبیل صندلیها، پدالها، داشبورد، فضای خالی جلوی پای سرنشینان) و نیز اطلاعاتی مانند عرض كف پاها(برای طراحی پدالها)، طول پا، عرض كتفها و شانه ها، فضای زانو و ... مربوط به مردم كشورهای مختلف دنیا وجود دارد. به همین دلیل، ابعاد داخلی خودروی «مرسدس بنز» سفارش آمریكا با مدلی كه قرار است به ژاپن صادر شود فرق می كند، چون برای طراحی آن از جداول آنتروپومتری مردم آمریكا استفاده شده است.

 اصول ارگونومی در طراحی صندلی راننده 
            با توجه به تفاوت عملكرد راننده با سایر سرنشینان، باید جایگاهی ویژه به راننده اختصاص داده شود و به این ترتیب، رانندگانی كه دارای ابعاد بدنی و فیزیكی متفاوتی هستند، باید به راحتی بتوانند صندلی خودشان را برای دسترسی مناسب به دكمه های كنترلی و مشاهده نمایشگرها تنظیم كنند. مرسوم است كه در طراحی خودروهای سواری، صندلی عقب را به طور یكپارچه و غیر قابل تنظیم و دو صندلی جلو را به طور مستقل با قابلیت حركت به جلو و عقب، تنظیم ارتفاع و زاویه پشت در نظر می گیرند. سطح تماس پشتی صندلی باید با پشت راننده هماهنگ بوده و انحناهای پشتی صندلی باید با انحناهای كمر راننده متناسب باشد تا با ایجاد اصطكاك مناسب در هنگام چرخش خودرو، مشكلی برای راننده پیش نیاید.

شكل5) فضای داخلی خودروی پورشه پانامرا، یكی از اصولی ترین موارد طراحی ارگونومیك اتاق خودرو می باشد كه در ردیف جلو، دسترسی مناسب به كنسول وسط وادوات كنترلی و همچنین دید مناسب را ارائه نموده و در ردیف عقب، ارتفاع مناسب صندلیها وضعیت مناسب نشستن را برای سرنشینان عقب فراهم می نماید.

طراحی فضای سرنشینان 
            به هنگام طراحی فضای سرنشین بهتر است كه اندازه های بدن یك سرنشین نسبتا درشت هیكل و قد بلند در نظر گرفته شود و فضای صندلی عقب، برای خودروهای سواری باید برای دو یا سه نفر طراحی گردد. همچنین فضای بین ردیفهای صندلی جلو و عقب باید به گونه ‌ای پیش بینی شود تا در هنگامی كه صندلی جلو تا حد امكان عقب آمده باشد، باز هم سرنشینان ردیف عقب راحت باشد. البته بسیاری از خودروهای كوپه و اسپرت با مشكل كمبود فضای پای كافی برای سرنشینان عقبی مواجه هستند.

      تكنولوژی ساخت صندلی خودرو 
          بسیاری از رانندگان همواره با صندلیهای خودروی خود، دچار مشكل هستند. چند سالی است كه تولید كنندگان خودرو در طراحی صندلی خودروهای تولیدی خود، توجه بیشتری به تركیب بدن داشته اند و به این ترتیب تا حدودی توانسته اند بر این مشكل غلبه كنند. «تكنولوژی كنترل صندلی خودرو»(ASCT) كه از پیشرفته ‌ترین تكنولوژیهای ارائه شده در زمینه ساخت صندلی خودرو می باشد، توسط یك طراح صنعتی به نام «برت»(Burt) طراحی شده است. تكنولوژی ASCT این امكان را به صندلی می دهد كه همانند یك قالب بدن شما را احاطه كند و در نقاطی از بدن شما ارتباط و اتصال ایجاد كند كه در صندلیهای معمولی خودرو در دسترس نمی باشد. این تكنولوژی، در ابتدا از دستگاهی كه برای كمك به آسیب دیدگان ناشی از سوختگی طراحی شده بود، اقتباس گردید. تكنولوژی ASCT از یك سری سلولهای پلی اورتان تشكیل شده است كه این سلولها توسط پمپی كه با یك ریزپردازنده(Microprocessor) كنترل می شود، باد می گردند. این سلولهای بادی بر روی هر نوع صندلی خودرو قابل نصب می باشد. وجود سوپاپهای مخصوص در این سیستم، فشار وارده به سلولها را بر اساس یك نقشه فشار الكترونیكی تنظیم می كند و این نقشه فشار، ارتباط مستقیم با نحوه نشستن شخص بر روی صندلی دارد. ورقه ای كه این سلولها در آن قرار دارند، تقریباً تمامی سطح صندلی خودرو را در فضایی بین بخش اسفنجی صندلی و روكش آن می پوشاند. در ابتدا، كلیه سلولها به میزان حداكثر ممكن باد می شوند و برای كسب بهترین حالت فشار، به تدریج باد درون خود را كاهش می دهند. وظیفه ریزپردازنده، كنترل باد درون هر یك از سلولها برای كسب حداكثر راحتی می باشد. در این سیستم با جابجا شدن و تكان خوردن راننده، صندلی نیز با او حركت می كند. برای آزمایش چگونگی عملكرد این سیستم در شرایط مختلف، یكی از آنها بر روی صندلی خودروی Rover 800 نصب گردید و در جاده های مختلف مورد آزمایش قرار گرفت. در ابتدا احساس عجیبی به راننده دست می داد، چرا كه ابتدا صندلی كاملاً باد می شد و به جسم سختی تبدیل می شد و سپس به صورت تدریجی به حالت قبلی خود باز می گشت.

 
شكل6) در طراحی صندلی خودرو مواردی مانند راحتی بدن، دسترسی مناسب به دكمه های كنترلی و دید مناسب جاده مد نظر قرار می گیرد

تأثیر عملكرد این سیستم در عبور از جاده های ناهموار و سر پیچها بسیار قابل توجه بود، چون به طور دائم بخشهایی از صندلی با متورم شدن و جمع شدن، حداكثر راحتی را برای راننده بوجود می آوردند. به اعتقاد طراح این سیستم، ASCT یك تكنولوژی بسیار با ارزش بوده كه پتانسیل تكثیر شدن در خودروهای مختلف را در آینده بسیار نزدیك دارا می باشد و از این لحاظ می توان آن را با كیسه های ایمنی تصادف(Air Bag) مقایسه كرد. هر فردی كه بر روی صندلی می نشیند، بسته به وزن و نحوه قرار گرفتن، نقشه فشار الكترونیكی خاص خود را دارا می باشد؛ لذا همین امر، تفاوت یك انسان معمولی و یك كودك را مشخص می‌كند. از دیگر موارد اصلاحی كه می توان برای این سیستم پیش‌بینی كرد، برنامه بیدار باش(Wake Up Program) می باشد كه برای زمانهایی در نظر گرفته شده كه سیستم تشخیص ‌دهد راننده مدت زمان نسبتاً طولانی در حال رانندگی بوده است و ممكن است دچار خواب آلودگی او گردد. برای صندلیهای اسپرت می‌توان مدل خاصی از این سیستم را طراحی كرد كه راننده بتواند اقدام به پیمودن مسافت طولانی با سرعت زیاد بكند و حتی در هنگام پیاده شدن از خودرو بعد از مدت زمان طولانی بخش وسطی صندلی متورم شده و امكان پیاده شدن راحت راننده را فراهم نماید. از دیگر جنبه ‌هایی كه می توان در آینده برای این تكنولوژی در نظر گرفت، افزودن قابلیت ماساژ دادن تحت نام Wow Cycle است، كه می‌تواند بخشهای مختلفی از بدن راننده را در حین رانندگی ماساژ بدهد و خستگی ناشی از انجام یك رانندگی طولانی را تا حدودی كاهش دهد.
یك طراح صنعتی به نام «مك كورد ویان»(McCord Vian) برای سیستم فنربندی مورد نیاز در صندلیهای خودرو از نوعی مواد نایلونی به صورت شبكه یا توری استفاده كرد تا نیازی به استفاده از مواد اسفنجی ضخیم یا ابر قالبی نباشد. در این سیستم ضخامت پشتی صندلیها تا پنجاه میلیمتر كاهش می یابد كه چنین كاهشی در قطر صندلیها می تواند كمك چشمگیری در طراحی صندلیهای خودرو به طراحان صنعتی بنماید و فضای بیشتری را در اختیار آنها قرار دهد. نخستین باری كه تكنولوژی ASCT در معرض دید عموم گذاشته شد، در نمایشگاه بین المللی خودروی آمستردام در كشور هلند بود كه بر روی یك «كادیلاك سویل»(Cadillac Seville) نصب شده بود. با مطالعات و تحقیقات انجام گرفته، به زودی می توان هزینه ساخت این تكنولوژی را به قدری پایین آورد كه قابلیت نصب بر روی هر نوع خودرویی را داشته باشد. پیش‌بینی می‌شود با كاربرد چنین تكنولوژی در صندلی خودروها، دیگر نیازی به استفاده از مكانیزم حافظه صندلی وجود نداشته باشد.