汽车座椅对驾驶员长时间驾驶的乘坐舒适性影响很大。不仅汽车座椅在汽车驾驶室中的布置参数影响乘坐舒适性,而且其几何轮廓对乘坐舒适性影响很大。此外,在汽车驾驶或工作场所人类面临着多重振动,经常长时间处在全身振动的环境中容易导致各种伤害和疾病。特别在垂直方向的低频振动对人体和脊椎的动态响应有着很大的影响。下腰痛和椎间盘退化疾病更频繁地发生在暴露在振动环境中的汽车驾驶人群中。由于直接测量人体内部的生物动力特性比较困难,人体的计算机模型被频繁用于研究人体的生物力学特点。一方面人体侵入试验受到伦理问题的限制;另一方面,问卷的结果会受到被试者的主观因素影响,缺少可重复性。有限元分析是一个强大的工具,已被广泛用于研究复杂的生物系统。虽然传统脊椎动力学研究提供了坚实的基础,但是许多研究的有限元模型只包含了人体外的整段脊椎或者部分脊椎,没有考虑在脊椎之间肌肉软组织和脊椎与皮肤之间的内脏对腰椎的动力学影响。为改善汽车座椅乘坐舒适性,减少振动对人体脊椎伤害,本文在创建人体有限元模型的基础上对人体和人体-座椅系统进行了静力学和动力学研究以及振动试验研究。主要研究工作如下:首先,对人体-座椅系统进行三维建模研究。人体-座椅系统包括基于人体解剖测量的三维数据、座椅三维数据和基于人体运动学姿势可调的人体-座椅装配关系。在POSER软件中设置身高和驾驶姿势,在PRO/ENGINEER软件中应用小平面特征以及重新造型对人体皮肤和腰椎体几何表面进行降噪和光滑处理,应用3D CONVERTER软件对几何文件进行格式转换,应用ANSA软件对人体的皮肤、内脏、韧带、椎间盘和骨骼等进行网格划分,在有限元软件ABAQUS中创建人体-座椅系统有限元模型进行后续各种分析。根据不同研究目的本文提出了五种人体有限元模型的创建方法。本文创建了垂直和驾驶等不同坐姿50百分位的中国男性人体有限元模型。其次,对人体-座椅系统进行静态乘坐舒适性的有限元分析,研究了不同腰部支撑对靠背压力分布和腰椎间盘应力分布的影响。通过设置靠近人体腰部的座椅靠背单元边界条件实现腰部支撑参数的调节,通过身高、体重等主要参数验证人体模型,通过与文献和试验对比计算结果来验证人体-座椅系统有限元模型。最后运用该有限元模型分析了在重力作用下汽车座椅不同腰部支撑参数对人与座椅之间相互作用的影响,得出不同支撑参数时靠背的压力大小及分布特点、接触面积、压力中心、总的作用力和腰椎的应力特点,综合分析得出最为理想的腰部支撑厚度,为腰部支撑设计提供参考。第三,对人体不同节段腰椎、垂直坐姿人体和人体-座椅系统有限元模型进行动力学分析,包括模态分析、瞬态动力学分析和随机响应分析。分析了皮肤和肌肉软组织、内脏、臀部、臀部接触面积、上身集中质量、转动惯量、集中质量的坐标、坐姿和重力对人体和脊椎模态的影响。得出了肌肉软组织和内脏的弹性模量以及集中质量的坐标对腰椎垂直方向第一阶固有频率的影响曲线。得出了腰椎各个运动节段在第一阶垂直共振时的运动特点。对前倾、垂直和后倾坐姿人体的瞬态动力学分析得出加速度和应力在腰椎间盘的分布特点以及应力幅值特点。随机响应分析发现,在垂直方向白噪声激励条件下人体的响应峰值频率就是垂直方向第一阶固有频率。此外,分析了不同坐姿和不同刚度的座椅对人体或人体—座椅系统动态响应功率谱的影响,得出了不同坐姿和不同刚度座椅时人体腰椎盘在两个坐标轴方向的响应功率谱。该方法可以代替试验研究不同方案的人体-座椅系统动态响应问题以及评价新设计座椅的动态特性。第四,通过振动试验研究了全身振动环境中腰部支撑对人体腰部肌肉状态和振动的影响。根据腰部支撑量d（d1=0 mm,d2=20 mm,d3=40 mm）的不同,试验分为三组:d1组、d2组和d3组。试验过程中被试者坐在安装有腰部支撑装置的汽车座椅中,汽车座椅固定在振动试验台上,振动试验台的振动频率是10Hz,幅值是0.42 m/s2 rms。在三十分钟的振动试验中,每隔三分钟记录十秒钟长的腰部表面肌电信号和加速度信号。分析结果表明腰部支撑对腰部肌肉的激活水平和振动传递比有影响。在d2组中被试者的腰部肌肉激活水平和振动传递比最小。此外,发现在三组试验中腰部肌肉的激活水平和振动传递比随着振动时间的延长都不断下降,说明随着振动时间的延长,腰部肌肉发生疲劳。