ارگونومی و طراحی خودرو

ارگونومی 
کلمه ارگونومی (Ergonomy) از دو کلمه یونانی «Ergo» به معنای کار و «Nomus» به معنای قانون تشکیل شده است و بنابراین «ارگونومی» به معنی «قانون کار» می باشد. طراحی از دیدگاه آنتروپومتری (Anthropometry) شامل انطباق و هماهنگی ابعاد و اندازه های بدن با ابعاد و اندازه های محل کار یا ابزار و وسیله مورد استفاده است. آنتروپومتری بخشی از دانش ارگونومی و شاخه‌ای از «فیزیکال آنتروپومتری» (Physical Anthropometry) است که 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 ارگونومیکی بسیاری از وسایل زندگی، از جمله خودرو که 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 کتفها و …) و تعیین محدوده حرکت آنها به طراح کمک می کند تا از هر جهت یک طرح مناسب ارائه دهد. اگر به خودرو از دیدگاه یک ایستگاه کاری نگاه کنیم، به خوبی درک خواهیم کرد که برای راحتی و ایمنی راننده و تأمین جانی سرنشینان و حتی عابران پیاده، دوچرخه سواران و … چه نکات دقیق و حساس ارگونومیکی باید در خودرو رعایت شوند.

 
شکل1) تناسب ابعاد صندلی و اندام بدن در طراحی خودرو

کاربرد ارگونومی در طراحی خودرو:
موضوع اصلی علم «ارگونومی» یا مهندسی فاکتورهای انسانی، به بررسی روابط انسان با محیط کار او با هدف بهینه سازی شرایط کاری اش برمی گردد. ارگونومی دو هدف مهم دارد، هدف اول، افزایش کارایی و بازده انجام کار است که سهولت کاربرد و افزایش بهره وری در این مقوله می گنجند. هدف دوم، افزایش ایمنی و راحتی، کاهش خستگی و تنش و افزایش میزان رضایت و کیفیت زندگی فرد است. این دو عامل به ما نشان می دهند که در طراحی یک محصول، تنها عملکرد آن نمی تواند ملاک انتخاب کاربران قرار گیرد، بلکه 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 کردن راحت ترین شرایط از نظر میزان سر و صدا، کاهش فشار فکری و جسمی، میزان روشنایی و آب و هوا می باشد. همچنین در درجات پایین تر، می توان به اصلاح دکمه های عملکردی، ساده کردن نمایشگرها و عقربه ها، حرکت آسانتر اهرمها و دسته ها اشاره کرد. برای اینکه یک تولید کننده بتواند پاسخگوی نیازهای افراد مختلف جامعه باشد، باید بداند که چند درصد از این افراد دارای چه خصوصیات جسمانی هستند و برای این منظور، باید از مشتریان محصول مورد نظر آمارگیری کرده و توسط کارشناسان، نتایج را تجزیه و تحلیل کند.

 
شکل2) زاویه مناسب بدن در هنگام رانندگی

این آمارگیری نیز باید از طبقات و سطوح مختلف جامعه انجام شود، زیرا در یک جامعه، گروهی چاق، عده ای لاغر، بعضی بلند قد و دسته ای کوتاه قد هستند و به همین دلیل گاهی ارائه یک 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 که در سال 2010 انجام گردید، مشخص شد که یک طرح مطلوب و کاملاً مناسب کلاه ایمنی برای کشورهای اروپایی، تنها برای حدود چهل درصد از مردم کشور «سریلانکا» قابل استفاده بوده است. همچنین وقتی استانداردهای آنتروپومتری آمریکا 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 کلی، اندازه گیری ابعاد بدن در دو وضعیت ثابت و متحرک انجام می گیرد. در وضعیت ثابت، اندازه گیری بدن در حالتی صورت می‌گیرد که بدن هیچگونه حرکتی نداشته باشد و این اندازه گیری را اصطلاحاً  «آنتروپومتری استاتیک» می گویند. در وضعیت متحرک، اندازه گیری ابعاد بدن در حالتی انجام می گردد که بدن در حالت حرکت باشد. این اندازه گیری، «آنتروپومتری دینامیک» گفته می شود. آنتروپومتری، شامل اندازه گیری ابعاد اندامهای مختلف بدن، وزن فرد، حجم اندامها و فضای اشغال شده و زوایای حرکتی هر یک از اندامها می باشد که در تعیین شکل و اندازه ابزار و وسایلی که در محیط کار مورد استفاده افراد قرار می گیرند، به کار می رود.

کاربرد آنتروپومتری در طراحی خودرو 
به طور کلی، آنتروپومتری در دو زمینه کاربرد دارد، اوّل برای تطبیق و تناسب ماشین آلات با انسان در جهت راحتی و افزایش راندمان کاربرد و دیگری در جهت استانداردسازی وسایل و تجهیزات مورد استفاده برای یک فرد یا کل جامعه. در این زمینه علاوه بر ابعاد بدن، باید سایر فاکتورهای 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 کارشناسان ارگونومی قرار گیرند. البته مهمترین این عوامل، سن، جنس و تفاوتهای نژادی می باشند. در یک تحقیق ارگونومیکی، به فعالیتهای افراد در داخل خودرو توجه می کنیم. این فعالیتها شامل مواردی همچون ورود و خروج مناسب از وسیله نقلیه، نشستن در داخل خودرو، هدایت و کنترل مناسب خودرو، دید مناسب به بیرون و درون خودرو، رفاه و ایمنی و … می شود. ویژگیهای طراحی داخلی یک خودروی سواری در چهار موضوع بررسی می گردد: صندلیها، دکمه های کنترلی، نمایشگرها و امکانات ویژه خودرو.

 
شکل3) طراحی فضای داخلی خودرو با نگرش به آینده

در طراحی فضای داخلی یک خودرو ابتدا باید مشخص کرد که این وسیله نقلیه برای چه منظوری طراحی می شود. مثلاً طراحی یک خودروی چهار نفره سدان لوکس با یک وانت، رودستر یا یک خودروی شاسی بلند، تفاوت دارد. پس از مشخص شدن نوع خودرو، باید بررسی کرد که خودرو برای چه بازار، کشور 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 یک خودروی ملّی برای مردم یک کشور 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 ترافیکی خیابانها و جاده ها را حتماً در نظر بگیریم و سپس اقدام به طراحی خودروی ملّی کنیم. پس از آماده شدن چندین طرح ظاهری و تصویب یکی از آنها، ابعاد کلی خودرو با توجه به عوامل فنی و نیاز بازار مشخص می شود.

 
شکل4)طرح مفهومی اتاق خودرو برای مدلهای آینده

ارکان طراحی خودرو:
    ارکان اصلی طراحی یک خودرو عبارتند از: طول، عرض و ارتفاع خودرو، عرض محور چرخهای جلو و عقب، فاصله طولی بین محور جلو و عقب خودرو، فاصله غربیلک فرمان تا تکیه گاه صندلی راننده، ارتفاع سقف تا صندلی جلو و عقب، فاصله بین صندلی جلو و عقب. یک 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 آنتروپومتریک و استراتژیهای ایمنی کارخانه سازنده، تعیین می گردند. در کارخانه های خودروسازی از جداول آنتروپومتری که 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 کف پاها(برای طراحی پدالها)، طول پا، عرض کتفها و شانه ها، فضای زانو و … مربوط به مردم کشورهای مختلف دنیا وجود دارد. به همین دلیل، ابعاد داخلی خودروی «مرسدس بنز» سفارش آمریکا با مدلی که قرار است به ژاپن صادر شود فرق می کند، چون برای طراحی آن از جداول آنتروپومتری مردم آمریکا استفاده شده است.

 اصول ارگونومی در طراحی صندلی راننده 
            با توجه به تفاوت عملکرد راننده با سایر سرنشینان، باید جایگاهی ویژه به راننده اختصاص داده شود و به این ترتیب، رانندگانی که دارای ابعاد بدنی و فیزیکی متفاوتی هستند، باید به راحتی بتوانند صندلی خودشان را برای دسترسی مناسب به دکمه های کنترلی و مشاهده نمایشگرها تنظیم کنند. مرسوم است که در طراحی خودروهای سواری، صندلی عقب را به طور یکپارچه و غیر قابل تنظیم و دو صندلی جلو را به طور مستقل با قابلیت حرکت 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 کمر راننده متناسب باشد تا با ایجاد اصطکاک مناسب در هنگام چرخش خودرو، مشکلی برای راننده پیش نیاید.

شکل5) فضای داخلی خودروی پورشه پانامرا، یکی از اصولی ترین موارد طراحی ارگونومیک اتاق خودرو می باشد که در ردیف جلو، دسترسی مناسب به کنسول وسط وادوات کنترلی 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 که اندازه های بدن یک سرنشین نسبتا درشت هیکل 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 که صندلی جلو تا حد امکان عقب آمده باشد، باز هم سرنشینان ردیف عقب راحت باشد. البته بسیاری از خودروهای کوپه و اسپرت با مشکل کمبود فضای پای کافی برای سرنشینان عقبی مواجه هستند.

      تکنولوژی ساخت صندلی خودرو 
          بسیاری از رانندگان همواره با صندلیهای خودروی خود، دچار مشکل هستند. چند سالی است که تولید کنندگان خودرو در طراحی صندلی خودروهای تولیدی خود، توجه بیشتری به ترکیب بدن داشته اند و به این ترتیب تا حدودی توانسته اند بر این مشکل غلبه کنند. «تکنولوژی کنترل صندلی خودرو»(ASCT) که از پیشرفته ‌ترین تکنولوژیهای ارائه شده در زمینه ساخت صندلی خودرو می باشد، توسط یک طراح صنعتی به نام «برت»(Burt) طراحی شده است. تکنولوژی ASCT این امکان را به صندلی می دهد که همانند یک قالب بدن شما را احاطه کند و در نقاطی از بدن شما ارتباط و اتصال ایجاد کند که در صندلیهای معمولی خودرو در دسترس نمی باشد. این تکنولوژی، در ابتدا از دستگاهی که برای کمک به آسیب دیدگان ناشی از سوختگی طراحی شده بود، اقتباس گردید. تکنولوژی ASCT از یک سری سلولهای پلی اورتان تشکیل شده است که این سلولها توسط پمپی که با یک ریزپردازنده(Microprocessor) کنترل 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 یک نقشه فشار الکترونیکی تنظیم می کند و این نقشه فشار، ارتباط مستقیم با نحوه نشستن شخص بر روی صندلی دارد. ورقه ای که این سلولها در آن قرار دارند، تقریباً تمامی سطح صندلی خودرو را در فضایی بین بخش اسفنجی صندلی و روکش آن می پوشاند. در ابتدا، کلیه سلولها به میزان حداکثر ممکن باد می شوند و برای کسب بهترین حالت فشار، به تدریج باد درون خود را کاهش می دهند. وظیفه ریزپردازنده، کنترل باد درون هر یک از سلولها برای کسب حداکثر راحتی می باشد. در این سیستم با جابجا شدن و تکان خوردن راننده، صندلی نیز با او حرکت می کند. برای آزمایش چگونگی عملکرد این سیستم در شرایط مختلف، یکی 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 که ابتدا صندلی کاملاً باد می شد و به جسم سختی تبدیل می شد و سپس به صورت تدریجی به حالت قبلی خود باز می گشت.

 
شکل6) در طراحی صندلی خودرو مواردی مانند راحتی بدن، دسترسی مناسب به دکمه های کنترلی و دید مناسب جاده مد نظر قرار می گیرد

تأثیر عملکرد 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، حداکثر راحتی را برای راننده بوجود می آوردند. به اعتقاد طراح این سیستم، ASCT یک تکنولوژی بسیار با ارزش بوده که پتانسیل تکثیر شدن در خودروهای مختلف را در آینده بسیار نزدیک دارا می باشد و از این لحاظ می توان آن را با کیسه های ایمنی تصادف(Air Bag) مقایسه کرد. هر فردی که بر روی صندلی می نشیند، بسته به وزن و نحوه قرار گرفتن، نقشه فشار الکترونیکی خاص خود را دارا می باشد؛ لذا همین امر، تفاوت یک انسان معمولی و یک کودک را مشخص می‌کند. از دیگر موارد اصلاحی که می توان برای این سیستم پیش‌بینی کرد، برنامه بیدار باش(Wake Up Program) می باشد که برای زمانهایی در نظر گرفته شده که سیستم تشخیص ‌دهد راننده مدت زمان نسبتاً طولانی در حال رانندگی بوده است و ممکن است دچار خواب آلودگی او گردد. برای صندلیهای اسپرت می‌توان مدل خاصی از این سیستم را طراحی کرد که راننده بتواند اقدام به پیمودن مسافت طولانی با سرعت زیاد بکند و حتی در هنگام پیاده شدن از خودرو بعد از مدت زمان طولانی بخش وسطی صندلی متورم شده و امکان پیاده شدن راحت راننده را فراهم نماید. از دیگر جنبه ‌هایی که می توان در آینده برای این تکنولوژی در نظر گرفت، افزودن قابلیت ماساژ دادن تحت نام Wow Cycle است، که می‌تواند بخشهای مختلفی از بدن راننده را در حین رانندگی ماساژ بدهد و خستگی ناشی از انجام یک رانندگی طولانی را تا حدودی کاهش دهد.
یک طراح صنعتی به نام «مک کورد ویان»(McCord Vian) برای سیستم فنربندی مورد نیاز در صندلیهای خودرو از نوعی مواد نایلونی به صورت شبکه یا توری استفاده کرد تا نیازی به استفاده از مواد اسفنجی ضخیم یا ابر قالبی نباشد. در این سیستم ضخامت پشتی صندلیها تا پنجاه میلیمتر کاهش می یابد که چنین کاهشی در قطر صندلیها می تواند کمک چشمگیری در طراحی صندلیهای خودرو به طراحان صنعتی بنماید و فضای بیشتری را در اختیار آنها قرار دهد. نخستین باری که تکنولوژی ASCT در معرض دید عموم گذاشته شد، در نمایشگاه بین المللی خودروی آمستردام در کشور هلند بود که بر روی یک «کادیلاک سویل»(Cadillac Seville) نصب شده بود. با مطالعات و تحقیقات انجام گرفته، به زودی می توان هزینه ساخت این تکنولوژی را به قدری پایین آورد که قابلیت نصب بر روی هر نوع خودرویی را داشته باشد. پیش‌بینی می‌شود با کاربرد چنین تکنولوژی در صندلی خودروها، دیگر نیازی به استفاده از مکانیزم حافظه صندلی وجود نداشته باشد.