E X A M E N S A R B E T E
Utformning och undersökning av
stolsfunktioner anpassade till
population och användningsområde
Joel Åhl
Luleå tekniska universitet Civilingenjörsprogrammet Ergonomisk design och produktion
Institutionen för Arbetsvetenskap Avdelningen för Industriell design
Examensarbete
18 februari
2008
Examensarbete 20p av Joel Åhl, Civilingenjörsprogrammet Ergonomiskdesign och produktion, Luleå Tekniska Universitet. Institutionen för arbetsvetenskap, avdelningen för industriell design. Utfört på Scania CV AB, RCDE Q4‐Q1 2007‐2008 Handledare Stig Karlsson Ltu, Inst. Arbetsvetenskap Mats Johansson Scania CV AB avd. fordonsergonomi
Utformning och
undersökning av
stolsfunktioner
anpassade till
population och
användningsområde
Innehållsförteckning
1 SAMMANFATTNING ... 1:2 1.1 ABSTRACT... 1:3 2 INLEDNING ... 2:6 2.1 SYFTE OCH MÅL... 2:6 2.2 AVGRÄNSNINGAR... 2:6 3 TEORI ... 3:7 3.1 YRKESCHAUFFÖRENS VARDAG OCH ARBETSRELATERADE SKADOR... 3:7 3.1.1 SEGMENT OCH OLIKA TYPER AV ARBETSSITUATIONER... 3:7 3.2 DAGENS UTBUD AV STOLAR, OCH TILLVERKARE... 3:8 3.3 ANTROPOMETRI... 3:8 3.3.1 ANTROPOMETRI FÖR STOLSUTFORMNING... 3:9 3.4 SITTERGONOMI... 3:10 3.4.1 RYGGRADEN OCH DISKARNA... 3:10 3.4.2 FIXERAD SITTSTÄLLNING... 3:11 3.4.3 MUSKLERNAS PÅVERKAN... 3:12 3.5 STOLSUTFORMNING... 3:13 3.5.1 REGLAGEUTFORMNING FÖR STOLSINSTÄLLNINGAR... 3:14 3.6 STÖD, KÄNSEL OCH ANPASSNINGSPARAMETRAR... 3:15 3.6.1 ANPASSNINGSPARAMETRAR (STYRANDE MÅTT)... 3:15 3.6.2 KÄNSELPARAMETRAR... 3:21 3.6.3 STÖDPARAMETRAR... 3:22 3.7 UTVÄRDERINGSMETODER FÖR STOLAR... 3:26 3.7.1 TESTMANIKINER... 3:26 3.7.2 FYSISKA MÄTDATA... 3:27 3.7.3 SUBJEKTIVA SKATTNINGAR... 3:27 3.7.4 SAMBAND MELLAN OBJEKTIVA OCH SUBJEKTIVA DATA... 3:29 4 METOD ... 4:30 4.1 INFORMATIONSINSAMLING... 4:30 4.1.1 ANTROPOMETRISTUDIE... 4:31 4.2 WORKSHOP 1 YETD ... 4:31 4.3 IDÉGENERERING... 4:31 4.4 ANVÄNDARINTERVJU... 4:33 4.5 BENCHMARKING... 4:33 4.5.1 BENCHMARK AV PERSONBILSSTOLAR... 4:33 4.5.2 BENCHMARK AV LASTBILSSTOLAR... 4:34 4.6 PRODUKTKÄNNEDOM... 4:354.7.1 KRITERIELISTA... 4:35 4.7.2 KRITERIEVIKTNING... 4:36 4.7.3 LÖSNING AV KRITERIER/DELPROBLEM... 4:36 4.7.4 KONCEPTFRAMTAGNING... 4:36 4.8 FORMGIVNING... 4:36 4.9 PROTOTYPER OCH MATERIAL... 4:36 4.9.1 TEMPURSKUM... 4:37 4.9.2 3D‐LITE... 4:38 4.9.3 ”THE BEST SEAT”... 4:39 4.9.4 OBH MASSAGEDYNA... 4:39 4.9.5 FÄLLBAR BAKSITS... 4:40 4.9.6 SITSFÖRLÄNGNING... 4:40 4.10 TESTER AV DELLÖSNINGARNA... 4:41 4.10.1 FÖRSÖKSPERSONER... 4:41 4.10.2 TESTUTRUSTNING OCH UPPSTÄLLNING... 4:41 4.10.3 SUBJEKTIV OCH OBJEKTIV DATAINSAMLING... 4:42 5 UTVECKLING AV DELLÖSNINGAR ... 5:44 5.1 MÅLGRUPP OCH POPULATION... 5:44 5.2 RESULTAT AV WORKSHOP YETD ... 5:45 5.3 RESULTAT AV DELLÖSNINGSTESTER... 5:46 5.3.1 DELTAGANDE FÖRSÖKSPERSONER... 5:46 5.3.2 REFERENSSTOL: SCANIA LYX... 5:47 5.3.3 THE BEST SEAT... 5:48 5.3.4 INTEGRERAD MASSAGEFUNKTION... 5:50 5.3.5 NEDFÄLLBAR BAKRE SITS... 5:51
5.3.6 RYGGKURVATUR OCH RADIE... 5:54
5.3.7 TEMPURSITS... 5:55 5.3.8 SITS/DYN‐FÖRLÄNGARE... 5:57 6 STOLSUTFORMNING OCH REKOMMENDATIONER... 6:59 6.1.1 RYGGSTÖD... 6:59 6.1.2 KURVATUR... 6:61 6.1.3 SVANKSTÖD... 6:61 6.1.4 SITS... 6:63 6.2 FUNKTIONER... 6:65 KONCEPTSTOLAR; PAKETERADE SEGMENTLÖSNINGAR... 6:69 6.2.1 DISTRIBUTION... 6:70 6.2.2 LONG HAULAGE... 6:71 6.2.3 CONSTRUCTION... 6:73 7 DISKUSSION... 7:74 8 REFERENSER ... 75
Förord
Vill passa på att tacka några personer som gjort det här examensarbetet möjligt. Mats Johansson handledare på Scania som alltid fått mig att tänka i olika banor, och med sin erfarenhet har många tips om vart man kan inhämta mer information. Stig Karlsson min handledare på Luleå tekniska universitet. Passar även på att tacka Ted Elman på RCDE som jobbar med dagens stolsprogram och fungerat som bollplank under hela perioden. Även Johan Lundén, numera Scania XX som anställde mig och har varit handledare i tidigare projekt. Hela ergonomigruppen och designsektionen (RCD) som varit trevliga arbetskamrater under de nästan 1,5 år jag har varit på gruppen i olika sammanhang. Tack även till alla testpersoner som ställt upp tester och intervjuer samt Scanias LP‐chaufförer för viktiga åsikter och erfarenheter från många mil i Scanias stolar. ____________________________ Joel Åhl Scanias tekniska centrum, Södertälje den 29 januari 2009Läsanvisning
För att enklare orientera läsaren i rapporten kan följande rader vara till hjälp. Innehållsförteckningen är snabbaste vägen till information om man vet vad man letar efter. Annars innehåller teoridelen djupare information om forskning om ryggen, sittande och stolsutformning, den beskriver även vissa metoder som kan vara nya om man inte arbetat med produktutveckling tidigare. Tills stöd för teoridelen finns en snabbhjälp i form av en ordlista som beskriver facktermer runt ergonomi och stolsutformning. Metodavsnittet beskriver hur och varför utredningar och information är insamlad och behandlad. Resultatet beskriver vad för information och slutsatser som dragits av informationsinsamling och gjorda tester. Större resultatmängder har placerats i bilagor sist i rapporten. Diskussionen behandlar validiteten med inhämtat material och säkerhet av gjorda tester och mätningar. Till sist finns en referenslista där huvudkällor angetts, som kan läsas vid ytterligare fördjupning eller behov av ett vidare sammanhang. Noter visar var informationen har inhämtats, och kan läsas vidare på i referenslistan.
1 Sammanfattning
Examensarbetet på 20p behandlade främst sittergonomi och stolsutformning för förarstolar till lastbilar. Arbetet utfördes på plats hos Scania CV AB:s ergonomigrupp i Södertälje. Syftet med arbetet har varit att ”ta fram en förarstol som är anpassad till förarens behov, arbetssituation och fysiska förutsättningar” vilket visade sig vara ett brett område. Målen i projektet har varit att, identifiera viktiga aspekter för att anpassa stolar till en vid förarpopulation. Även att testa, granska och värdera olika dellösningar som påstås lösa ergonomiska problem vid sittande. Hur man ska definiera och utreda olika användargruppers funktionsbehov för stolar. Och slutligen föreslå stolskoncept komponerade av tekniska dellösningar som möter identifierade användargruppers specifika krav och behov. Flertalet metoder användes för att fördjupa kunskapen inom ovan beskrivna områden. En grundlig litteraturstudie genomfördes för att kartlägga människokroppens förutsättningar och begränsningar vid sittande. Men den huvudsakliga metoden har varit systematisk problembehandling, där kriterier framtagits för att sedan viktas mot varandra för att se vilka behov som är viktigast att fylla. För att få många infallsvinklar har tvärfunktionella kontakter använts som råd‐ och idégivare, så som ergonomer, sjukgymnast, konstruktörer och inte minst användarna (lastbilschaufförer). Sex olika delkoncept testades mot en Scania Lyx stol, de var; The best Seat, integrerad stols massage, nedfällbara bakre sits, valbar ryggform, Tempurmaterial och sitsförlängning. 10 försökspersoner användes och en pilotstudie hade körts innan. Hartungs CP50 skala användes tillsammans med en enkät som subjektiva mätdata från försökspersonen. Objektiva mätdata togs med en tryckmatta kopplat till en pc‐baserad programvara för analyser av de insamlade värdena. Som slutsats av arbetet kunde mått anges på sits, rygg och svankstöd med respektive justeringsområden för att klara en population från 150 till 190cm långa användare. Tre stolskoncept med anpassade funktioner för respektive användningsområde skapades indelat på anläggnings‐, distributions‐ och långfärdsfordon.1.1
Abstract
This master Thesis Report regards the field of Seat Ergonomics and Seat Design tailored to Driver Seats in Heavy Trucks. The work is done at the Vehicle Ergonomics group at Scania Commercial Vehicles in Sodertalje, Sweden. The purpose of the work has been “to develop a Driver Seat adapted to the Drivers need, work situation and physical conditions” which seemed to be a wide area of work. The Project goals have been to; identify important aspects to adapt seats to a specified driver population. And to test, analyze, and evaluate different part of solutions that’s claims to solve different ergonomically problems related to seating, how to define end evaluate user groups need of different functions for their seats. And finally suggest seat concepts composed by technical solutions that meets the requirements, and needs by different user groups. Several methods were used to advance in the knowledge in previous described areas. A thorough literature research was made to clarify the human capabilities and limitations in seated work. However the main method was a systematic product development approach were criteria’s was found out and compared to each other to find the most important needs. Cross functional contacts was used to get input from a lot of different professions including Vehicle Ergonomics, physiotherapist and Design Engineers, Industrial Designers and last but not least the professional Truck drivers. Six different functionality concepts were tested; The best Seat, built in Seat Massage, flip‐down back Seat, User Back curvature shape, Tempur material and a pull out Seat pan. Hartungs CP50 scale was used together with an assessment for subjective data collection. The objective data measure was accumulated with a pressure mat connected with a Computer Software for analysis. As a conclusion of the thesis measurement results recommendations were made for the seat pan and seat back with associated adjustment ranges to ensure inclusion of a population between 150 to 190cm in stature (59‐74.8 inch). Three Seat concepts with adapted functionality to their specific area of use were created divided into Construction, Distribution and Long haulage Truck segments.Ordlista För att underlätta läsningen av rapporten så finns det en ordlista med förklaringar till begrepp och facktermer som förekommer inom ergonomi och stolsutformning. Även företagsspecifika begrepp förklaras där. Figur 1. Förklarning till benämningar på olika delar av stolen. Illustration: Joel Åhl. Tabell 1. Ordlista och förklarande begrepp till rapporten. Antropometri Läran om kroppsmått. Antropometrin används inom ergonomin för att anpassa arbete och arbetsmiljön till människans anatomiska och fysiologiska förutsättningar. Segment en grupp faktiska eller potentiella kunder som har valts ut på en marknad med utgångspunkt från t.ex. behov, resurser, lokalisering, köpattityder eller köpsätt. Benchmarking Jämförelse av en produkt eller tjänst med den bästa tillgängliga. Percentil Ett värde som i en statistisk fördelning avgränsar en viss procentandel av sannolikheten eller observationerna. 95 % av värdena ligger alltså under 95 procent‐percentilen. SPD Seat Pressaure Distribution = Stoltryckfördelning ASPECT Automotive Seat and Package Evaluation and Comparasion tool = en sorts provdocka som används till validering och jämförlser mellan olika stolar. En uppgradering av SAE J826 manikinen OSCAR som är från 60‐talet. SAE Society of Automotive Engineers, amerikansk ingenjörsförening med 60 000 medlemmar Population vid statistiska undersökningar hela den mängd individer (objekt, element) som man studerar, t.ex. alla personer i ett land. Komfort angenäm och praktisk bekvämlighet (källa: NE.se) Definieras även i rapporten som frånvaro av okomfort. målgrupp Den kategori av t.ex. människor, företag eller organisationer som man riktar sig till. T.ex Åkeri, chaufför, eller en viss åldersgrupp, eller en viss marknad.
BMI Body Mass Index: kroppsmasseindex, metod för att med utgångspunkt i en persons vikt och längd beräkna om personen är över‐ eller underviktig. BMI beräknas genom att kroppsvikten i kg divideras med kvadraten på kroppslängden uttryckt i meter (kg/m2). Kvoten skall vid normal vikt ligga mellan 20 och 25. lordos Den normala krökningen av hals‐ och ländryggrad. Ökad lordos i ländryggen ger svankrygg. kyfos Term för den normala bakåtvälvningen av bröstryggraden. Även hela ryggraden kan bli kyfos vid framåtlutad sittande ställning. YETD Young European Truck Driver, Förartävling som anordnas av Scania som korar Europas bästa lastbilsförare. Vinnaren får en ny lastbil. CAESAR Civilian American and European Surface Anthropometry Resource (CAESAR), Databas med antropometriska 3D‐scan data. STAN Seat Test Automated Manikin Poplietal‐ längd/höjd Avser sittande måttet på en människas bakre sätesmuskel till knävecket (längden), och höjden avser undersida häl till knäveck.
2 Inledning
Examensarbetet är en avslutning av fem års studier på civilingenjörsprogrammet Ergonomisk design och produktion vid Ltu. Arbetet omfattar 20 veckors heltid och har utförts ergonomigruppen på designavdelningen hos den svenska lastbilstillverkaren Scanias tekniska centrum i Södertälje utanför Stockholm. Scania säljer idag lastbilar på mer än 100 marknader, de största är Brasilien (9 %) och Västeuropa. I Ryssland och Östeuropa ökar starkt försäljningen starkt. Men även Asien är en starkt växande marknad med främst mellanöstern och Sydkorea. Med olika länder, klimat och användningsområden ställer det stora krav på anpassningen i lastbilarna. Kraven på dagens förarstolar är många så som hög komfort, ökade säkerhetskrav, minskad volym i hytten, lättare konstruktioner med många justeringsmöjligheter, attraktiv design, och som dessutom ska passa åt både små vuxna smala, som långa och stora människor. Dessa egenskaper ska uppfyllas samtidigt som att kostnaderna ska pressas och utvecklings‐ och tillverkningstid bör minskas. 2.1Syfte och mål
Syftet med arbetet har varit att ”ta fram en förarstol som är anpassad till förarens behov, arbetssituation och fysiska förutsättningar” vilket var ett ganska brett område, vissa avgränsningar har då gjorts. Målen i projektet har varit att : • Identifiera viktiga aspekter för att anpassa stolar till en vid förarpopulation • Testa, granska och värdera olika dellösningar som påstås lösa ergonomiska problem vid sittande • Definiera och utreda olika användargruppers funktionsbehov för stolar • Föreslå stolskoncept komponerade av tekniska dellösningar som möter identifierade användargruppers specifika krav och behov. 2.2Avgränsningar
Under arbetet har fokus legat på de ergonomiska aspekterna vid utformningen av stolsfunktionerna. Övriga aspekter som säkerhet, kostnader, modularitet med mera har beaktats men inte till den grad att de har fått gå före de ergonomiska funktionerna. Mer specifikt har inga djupare utformningar av nackstöd, eller armstöd gjorts. Vibrationsrelaterade funktioner, och direkt krocksäkerhet har också utelämnats. Säkerhetsbältet som är hårt reglerad av lagkrav har till stor del utelämnats, dock har förslag på förbättringar på användning av desamma gjorts.
3 Teori
Detta avsnitt ger läsaren en förståelse för den underliggande teorin som besluten och lösningarna grundats på. En person insatt i ergonomi, antropometri och fordon kan gå vidare till metodavsnittet. 3.1Yrkeschaufförens vardag och arbetsrelaterade skador
För att ge en inblick i yrkeschaufförens vardag och arbetsmiljön, och dess risker presenteras lite fakta: Under 2005 jobbade omkring 118 000 personer som yrkeschaufförer i Sverige, av dessa var drygt hälften lastbilschaufförer. Av arbetsmiljöundersökningen som gjordes av arbetsmiljöverket 2006i är det en större andel av yrkeschaufförerna än den övriga arbetande befolkningen som har ont i nacke, rygg, axlar eller armar efter sitt arbete. Drygt 30% upplever att de har ont i något av dessa områden varje vecka. Muskel och ledbesvär är den klart vanligaste arbetssjukdomen bland chaufförer, andra besvär kan vara psykosociala och hörselnedsättning som är de näst vanligaste. Det är främst de äldre, kategorin över 57 år som drabbas, och sen minskar det i princip linjärt ned till 20 åringarna. Ett exempel på en arbetsskadeanmälning som rapporterats: ”Lastbilschaufför 48 år: Lyfter paket och drar tunga pallar på 700‐800kg. Kör en mindre lastbil som ger högre till kaj och sämre lossningsmöjligheter. Problem med rygg, nacke och axlar.” De psykosociala faktorerna kan vara konflikter eller bråk med andra personer som 30% av lastbilschaufförerna varit med om senaste 12 månaderna, detta är dock dubbelt så vanligt för t.ex. taxiförare. 3.1.1 Segment och olika typer av arbetssituationer Idag delar Scania in sina olika typer av lastbilar i tre segment (Figur 2), beroende på huvudsakligt användningsområde. Constructionsegmentet innehåller olika typer av anläggningsbilar, ofta med hög markfrigång för att kunna köra i ojämn terräng. Long haulage bilarna är till för långa körsträckor, och mycket gods och har lite större hytter där förarna ofta sover hela veckan. Distributionsbilarna har ofta låg markfrigång, för lågt och snabbare insteg, kort hytt, för att maximera lastutrymmet och körs främst i stadstrafik med många stopp. Figur 2. Exempel från Scanias olika segment. från vänster Construction, Longhaulage och Distribution (foto: Scania imagebank)Figur 3. Kunders egna lösningar, chaufförer i Brasilien (foto: Lisa Johansson, RCDE 2007) Kunder i nyligen industrialiserade länder har också olika förutsättningar att betala för en förarstol, och om de inte äger bilen själv så är det åkeriägaren som bestämmer vilka specifikationer lastbilen ska ha, och väljer gärna billiga specifikationer. 3.2
Dagens utbud av stolar, och tillverkare.
Dagens stolsprogram (förarstolar) har några år på nacken och är indelat i tre nivåer; Bas, Medium och Lyx. Mediumstolen är den vanligaste och levereras till 80% av lastbilarna, medan Lyx och Bas har ca 10% var. En funktionsbeskrivning av alla inställningsmöjligheter lyxstolen har finns i bilaga 4 kapitel 9. Det som mediumstolen saknar är möjlighet att få skinnklädsel, och fällbar överled i ryggstödet. Dagens leverantör är tyska Isringhausen som även levererar liknande stolar till många konkurrenter. Förutom de finns även Grammer, Keiper Recaro group i Europa, och några leverantörer i USA som Sears Seating med flera. Det finns alltså ett fåtal stora leverantörer av förarstolar i Europa, och baseras på en sorts grundstomme så produkterna blir i slutändan ganska lika. Det som skiljer är i regel skumdensitet och vissa formskillnader på skummet, olika klädslar och placering av sömmar, olika justering av dämpningen i stolen och även reglagen kan skilja. Personbilsbranchen har fler leverantörer och ligger i allmänhet före i utvecklingen eftersom de har andra typer av kunder. Stolsleverantörerna har i sin tur underleverantörer, och kanske största av alla är Legget and Platt group som levererar alla sorters system till stolar. Och en del av det företaget är Schukra systems som utvecklar svankstödsmoduler. 3.3Antropometri
Antropometri är läran om människokroppens förhållanden. Att ha tillgång till sådana mått är nödvändigt vid utformning av produkter som används av människorna. Det finns en del olika teorier hur de insamlade måtten ska användas, och hur man ska välja från rätt mätningar. En vanlig tillämpning är att för att få med så stor del av befolkningen som möjligt är att ta och anpassa produkten med mått från de 5% kortaste kvinnorna till de 95% längsta männen, och välja vilken population (vanligtvis ett land) som produkten ska användas i, och då välja data från dessa länder. De 5% kortaste kallas 5:te percentilen från statistikens normalfördelning, eftersom människornas längd bildar en normalfördelningskurva.Mätdata väljs vanligtvis ur tabeller för fullvuxna människor i arbetsför ålder, det vill säga 18‐65 år. För utveckling av produkter till barn och ungdomar väljs mått till desamma, även om de inte är lika lättillgängliga. För att göra dessa mätningar användes förr vanliga kalipers, linjaler och måtten användes främst inom armén, eftersom man skulle tillverka uniformer och utrustning som skulle passa alla soldater. De militära databaserna är idag en stor del av de insamlade mätvärdena på människors kroppsmått. Även i Sverige finns den mesta informationen från män kring 18‐19 år, eftersom det till kroppslängd, vikt och stryka blir avlästa under mönstringen inför värnplikten. På senare tid har man gått över till att mäta med en helkroppsscanner som med laser mäter kroppen och bildar en virtuell 3D‐modell av människan som avläses i en dator. Fördelen blir att man får en modell som man kan testa med sin produkt direkt i datorn. Förutom fordonsindustrin och möbeltillverkare så är klädindustrin en stor användare av antropometriska data. Figur 4. 3D scanningar från CAESAR, TV: skillnader på olika kvinnor inom mätningen. TH: datormodell av scandata. Bildkälla: www.wpafb.af.mil M. Reed diskuterar riskerna med användning av antropometriska data under ett seminarium från 2007ii. Han hävdar att den ”medelmänniska” som antropometriska data tillsammans bildar inte existerar i verkligheten, och att den som gör produkten måste vara medveten om det. 3.3.1 Antropometri för stolsutformning Vid stolsutformning är i princip alla måtten på människan medverkande. Vid utformning av förarmiljöer används även antropometriska data till sikt och räckviddsstudier. Viktigt är också att ta hänsyn till kroppsform, och inte bara kroppsmått, och de skillnader mellan män och kvinnor som finns. Kvinnor har bredare höfter och fettdepåer är placerade i huvudsak kring höfter, bak och byst, medan männen lagrar fettvävnad runt buken. Därför bör man vara försiktig om man har en 95:e percentils man som största person vid kontrollen om stolen passar, 95:e percentilen kvinnor har bredare höfter (upp till 6cm i vissa populationer) och skulle därför sitta obekvämt i den stolen. För ett svankstöd är till exempel mått från sittyta till maximal svankurvatur intressant. Andra iakttaganden är att maximal svankurvatur sammanfaller ganska nära med armbågshöjden som är intressant till armstöden.
Ett annat viktigt mått är den poplietala längden, som mäts från baksidan av sätesmuskeln till knäveckets insida. Det måttet är viktigt för att om sitsen är för lång så kan inte korta personer inte utnyttja fördelarna med rygg och svankstöd, eftersom de helt enkelt inte når dem. 3.4
Sittergonomi
Det här avsnittet handlar om människans anatomiska och fysiologiska påverkan av sittande. Och sittande får man väl definiera som ett tillstånd där kroppen tar upp huvuddelen av vikten på sittbenen, medan man i stående belastar ben och fötter, och i liggande ställning har en jämt utbredd last längs hela kroppen. En stol består av likt Figur 1 av olika delar som var och en har olika syften och tillsammans ska ge föraren en så behaglig färd under så lång tid som möjligt. Dock är människokroppen inte byggd för att sitta stilla under långa sammanhängande perioder innan fysiologiska besvär uppstår. Användaren strävar alltså att ha en så bra komfort som möjligt. För att definiera komfort så kan det sägas vara ”frånvaro av okomfort”, vad som påverkar stolens komfort följer senare i texten under känselparametrar. Inom området kontorsstolar så förespråkas alltmer ett dynamiskt sittande vilket innebär att man efterliknar en stående kroppsställning på ryggraden, och vinkeln i bäckenet är större. Det blir en mer aktiv sittställning eftersom man måste stödja överkroppen med de upprätthållande posturala musklerna kring mage och rygg. Även stolar som följer med i rörelserna som kroppen gör blir vanligare. En sådan sittställning är svårare att efterlikna i fordon, eftersom man måste sitta fastspänd, och inte riskera att glida nedåt och fastna i bältet. Skillnaden mellan lastbilar och personbilar är att man sitter i regel högre i en lastbil, både avståndet mellan golv och sits, och avståndet mellan marken och sitsen är högre. Inom sittergonomi är det i huvudsak ryggen (ryggrad, bäcken och diskar) och musklerna som sitter runt om som det handlar om. Det är i regel även här som problem från sittande uppkommer. Följande stycken handlar om en fördjupning i ryggens uppbyggnad, funktion och koppling till sittandet. 3.4.1 Ryggraden och diskarna När man sitter upp i en upprätt sittställning, så kallad tvingad lordos ökar trycket på diskarna med 40% mer än om man står upp. Om man sitter med ”dålig hållning” alltså med dåligt stöd från rygg och bukmusklerna så skjuts ryggraden utåt‐bakåt (kyfos) och ökar disktrycket hela 90% jämfört med en stående ställning. Figur 5. Sittställningens påverkan på ryggrad och disktryck (illustration: working‐well.org)Syftet med ett ryggstöd är att avlasta vikten från ryggraden, det uppnås av friktionen mellan ryggstödet och ryggen. Man har sett att disktrycket minskar vid ökande lutning på ryggstödet till ungefär 100‐110grader (då 90° är rakt upp). Efter 110 grader ”vinner” man inte så mycket i disktrycksminskning.iii Det samma gäller för armstöd, dess huvudsakliga syfte är att avlasta vikt från överkroppen och ge stöd åt underarmarna vid en upprätt sittställning, men om man lutar bakåt ryggstödet, minskar även ”vinsten” av armstöden. Specifikt för bilkörning så har Gunnar Anderssoniv (1987) har gjort flertalet studier på muskelaktivitet vid sittande ställningar, och vid olika typer av stolar. En av dessa studier är gjorda i en personbils‐ simulator, och med en förarstol (för personbil). Man mätte den myoelektriska aktiviteten i flera större muskler i ryggen samt disktrycket i ländryggen. Man undersökte tre parametrar: ryggstödslutning, svankstöd och stolslutning. Dessutom testades två körparametrar: nedtryckning av kopplingspedalen och växling. Man hittade att både myoelektriska muskelaktiviteten och disktrycket minskade när man ökade lutningen på ryggstödet bakåt, och när man ökade utbuktningen av svankstödet. Hela stolslutningen hade bara en liten inverkan. Disktrycket ökade både när man använde kopplingspedalen och när man använde växelspaken. När man växlade ökade även muskelaktiviteten. Det lägsta disktrycket och lägsta muskelaktiviteten hittade man när ryggstödet var tillbakalutat 120° och med ett svankstöd på 5 cm utbuktning vid ländryggen och en stolslutning på 14°. Rekommendationen av studien från 1987 är att sikta på ovanstående värden och att parametrarna ska var justerbara och anpassningsbara till olika kroppsstorlekar. 3.4.2 Fixerad sittställning Att hamna i en och samma sittställning för lång tid är dåligt av ett antal olika orsaker. Människan är inte gjord att sitta stilla i en position detta för att diskarna mellan ryggkotorna är beroende av förändringar i tryck, för att tillgodogöra sig näring och föra bort slaggprodukter. Figur 6. Ryggradens uppbyggnad (illustration: sjukvardsradgivningen.se)
Mellan kotorna i ryggraden finns diskar som underlättar ryggradens rörelser (Figur 6.) Diskarna som fungerar som en planled och även som stötdämpare. I kotorna finns hål där ryggmärgen ligger väl skyddad. Kotorna hålls samman av ledband och muskler vilket gör ryggraden till en elastisk stav. Man delar in ryggraden i 4 områden, beroende på sin kurvatur i naturligt tillstånd när man står upp. Överst är de sju halskotorna, sedan kommer 12st bröstkotor med lite mindre rörlighet p.g.a. revbenen, och de kraftigaste kotorna finns i ländryggen som kallas L1 till L5. Hals och ländrygg har naturligt en lordoskurvatur, medan bröstryggen har kyfoskurvatur. Krökningar i sidled kallas skolios, små krökningar är vanliga, medan större räknas som en sjukdom. Det som beskrevs i Figur 5 är när ländryggen övergår till kyfoskurvatur och hela ryggraden blir som en hel båge. Nederst finns den så kallade sakrala delen, eller svanskotorna som på de flesta blir en sammanvuxen enhet runt medelåldern. Sammanfattningsvis så är diskarna, som tidigare beskrevs, i behov av rörelse för att få tillgång till näring, detta sker med osmotiskt tryck, som uppkommer när ryggraden rör sig åt olika håll. Diskarna har alltså inte som musklerna tillgång till blod, och får inte sitt utbyte i blodomloppet, därför är det viktigt att undvika en fixerad sittställning. Detta gäller oavsett hur ”bra” sittställningen är, om ingen rörelse finns minskar näringsutbytet och i förlängningen leder det till förfall i diskarna. 3.4.3 Musklernas påverkan Fixerad sittställning påverkar också musklerna i kroppen som leder till värk och kramp, detta uppkommer främst i rygg och axelmusklerna vid en sittande ställning. Även trycket av sitsen kan leda till minskat blodflöde till underben och fötter, vilket leder till svullna ben, ödem och obehag. Rekommendationen vid stolsutformning är av författarna Sanders, McCormick [iii] är att tillåta och uppmuntra användaren till rörelse i stolen (gunga), och inbjuda till många olika sittställningar. Bästa åtgärden egentligen är att periodvis stå upp och böja ben och rygg, detta är inte tillämpbart inom alla arbetsområden, p.g.a. lagkrav. Kroppen har ett antal större muskelgrupper som har till syfte att upprätta hållningen. Ryggradens kurvatur ser väldigt olika ut hos olika människor, en del har mer svank än andra och detta beror på musklerna som fäster kring bäckenet och i ryggen. T.ex. en för stark höftböjarmuskel (m.iliopsoas) gör att ryggen vill hamna i ett svankläge som ger höga belastningar på diskarna mellan kotorna i ryggenv. Motsatsen kan inträffa om man är för stark i hamstrings musklerna (lårens baksida) och i raka magmusklerna, dessa båda ger en bakåtrotation av bäckenet och leder till en utbuktning av ryggraden och mer kyfos (Figur 5). Detta ger också ett högre disktryck. Eftersom bäckenet sitter väl förankrat med de sakrala kotorna (“svanskotor”) och de I sin tur sitter på ryggraden, så betyder det att varje rotationsrörelse i bäckenet leder till en kurvaturändring i ryggraden. Endast någon halvcentimeter kan röras i ligamenten mellan sakralkotorna och bäckenetvi. Och varje rörelse i ryggraden kommer att ge en kompenserande ändringar i de andra kurvorna för att kroppen ska spara muskulär energi. Det man strävar efter är en balans i kroppens muskler som ger ett ”neutralläge” i bäckenets rotation. Alltså att man är jämnstark på kroppens fram och baksida. Aktiviteter som kan leda till motsatsen är tyvärr bilkörning, datorarbete mm där man arbetar med armarna långt framför kroppen, vilket leder till att framsidan blir starkare och baksidan svagare, alltså en obalans. Då får man en framåtroterad och hopsjunken kroppshållning som tillika ökar disktrycket. Om de beniga delarna (sittbenen) är rakt över hälarna när man står upp så har man ingen rotation i bäckenet.
Musklerna runt axlarna påverkar också vår hållning. Korta bröstmuskler och svaga muskler mellan skulderbladen ger oss en böjd hållning och framåtlutande axlar, om vi inte gör något åt det genom träning och behandling. En sådan obalans bidrar till nack‐ eller bröstryggsproblem. Även smärtor ut i armarna kan uppstå genom att de korta musklerna i bröstet klämmer åt nerverna. Förenklat kan man säga att muskelaktiviteten i ryggen mätt med EMG är lika när man står upp och sitter ner. Den är t.o.m. mindre när man sitter framåtböjd ”kyfos”, man ska dock vara uppmärksam på att detta ökar disktrycket. Det är en orsak till att människor efter ett tag hamnar i en ”dålig hållning” eftersom det krävs mindre muskelanspänning i stora ryggmuskler. Man har även ett en minskning av muskelaktivitet upp till 110° tillbakalutning mot ryggstöd, över det hittar man mindre avslappning. 3.5
Stolsutformning
Det finns en hel del publicerad forskning gjord på stolskomfort, och de sträcker sig ända bak till 40‐ och 50‐tal. Dock är det mesta gjort kring kontorsstolar, och dess arbetsplatsutformning eftersom man ser stora kostnader med skador och sjukskrivningar på arbetsplatser. Man ska dock inte glömma att förarplatsen i fordon också är en arbetsplats för många, och dessutom förenad med större risker. Vid utveckling, och utformning av alla typer av stolar finns det vissa riktlinjer man kan följa som baserar sig på forskning inom ergonomi. Självklart finns det olika syften med varje stol, en pall som man har i köket uppfyller inte de ergonomiska krav som man har på en förarstol till en lastbil. Miljön, sitt‐tiden, komfortkraven etc. är olika, och kraven på konstruktionen blir då helt annorlunda. Det finns idag ett antal olika kommersiellt lanserade stolar eller produkter som har försökt lösa tidigare beskrivna problemområden. En av de produkterna är Ergositter som påstås förebygga och hindra ryggont vid sittande genom att man fäller ner bakre delen på stolsitsen så att ryggraden kan förlängas (Figur 8). Figur 7. Obalans i musklernas effekt på bäckenrotationen. (bild: courses.vcu.edu)
Figur 8. Med och utan tippande bakdel på sitsen. (illustration: helhetsdoktorn.nu)
Metoden har testats vetenskapligt i USAvii och nyckelslutsatserna var att om man sitter med minskat
stöd på sittbenen, och har ett anpassat stöd för ländryggen så bidrar de enligt rapporten tillsammans till: alternerande kontaktytor, minskat topptryck under sittbensknölarna, minskad muskelaktivitet, bibehållen lordos i ländrygg, framåtroterat bäcken och ökat avstånd mellan diskarna i ländryggen. Dessa egenskaper påstås kunna minska ländryggsproblem genom att fälla ned bakre delen av sitsen några gånger per dag vid sittande arbete. Beaktas är att studien utfördes på 15 friska kontorsarbetare i kontorsmiljö, och inte i ett fordon under transport. 3.5.1 Reglageutformning för stolsinställningar Viktigt vid stolsutformning är att tänka på att det ska vara lätt att justera de inställningsmöjligheter som finns på stolen. Springer (1986) visade att justerbara stolar ökar produktiviteten och minskar klagomål på axel och ryggvärk. Ett problem som uppmärksammats är att många användare inte ställer in sina stolar, och vet inte hur man gör. Boken ”Human Factors in Engineering and Design [iii]” ger några rekommendationer som ska motverka detta: • Reglagen ska vara lättåtkomliga och justerbara från en vanlig arbetsposition • Grafik och instruktioner på stolen ska vara lätta att förstå • Kontrollerna är lätta att hitta och tolka • Verktyg ska inte vara nödvändiga att använda • Reglagen ska ge direkt feedback på justeringen användaren gör • Riktningen på reglaget är logisk i förhållande till inställningen den gör • Få rörelser ska vara nödvändiga för att använda reglagen • Reglagen ska kunna användas med bara en hand Utbildning är avgörande för att användaren ska sitta rätt. Arbetsgivaren bör ha ansvaret för att informera nyanställda hur man sitter och vilka inställningsmöjligheter stolen har.
En speciell utredning har gjorts och publicerats 2004 som tittat på svankstödets reglage och dess placeringviii. 10 män och 10 kvinnor deltog i försöken som utvärderade tre typer av reglage (vred, spak, eller spak med låsspärr) och tre olika placeringar (sida på ryggstöd, sidan av sitsen och framför sitsen). Man mätte EMG för att se hur mycket muskelstyrka i vissa muskler i överkropp och arm som krävdes. Personerna utfrågades även om komforten när de använde reglagen och vad de tyckte om placeringen. Generellt finns det två typer av reglage, vred eller spak. Vredet roteras i 3 till 6 fulla varv mellan helt plant ryggstöd, till maximal utbuktning. Spaken finns i två versioner antingen med ett läge då man roterar ca 180° mellan max och min i en rörelse, eller med låsspärr som utför en sorts pumpeffekt då man har en kortare rörelsebana (<180°), men gör rörelsen fler gånger och med större precision. Resultatet av både subjektiva och objektiva mätvärden blev att den ideala placeringen för reglage av svankstöd var sidan av sitsen och spaken med låsspärren var bäst i alla positioner som manövrerings hjälpmedel. Orsaken till att dessa ”vann” var att axeln och armen/handleden kunde vara i en neutral position när reglaget användes. Noteras bör att ett elektriskt reglage inte var med i studien, utan bara reglage som omvandlar människans kraft, dessa är generellt billigare då man inte behöver någon elmotor. Inte heller reglage med som styrs av lufttryck var med i studien. Det var liten skillnad mellan spaken och vredet, fördelen med spaken är att den kräver mindre fritt utrymme för handen vid användning. Följande fria utrymmen rekommenderas. Tabell 2. Utrymmesrekommendationer till stolsreglage Fritt utrymme Höjd (mm) Bredd (mm) Öppen hand 50 100 Knuten hand 100 130 För spaken passar öppen hand, medan vredet justeras med knuten näve, vilket tar mer plats om det är trångt mot t.ex. B‐stolpen. Textur och storlek är viktiga designkriterier på reglaget. På vredet får man högst muskelkraft vid 38mm i diameter, den avtar om vredet är större än 50mm. Spakens längd bör ställas i proportion till vilken kraft som krävs, desto mer kraft som krävs desto längre spak behövs. Ytan bör inte vara blank, utan ge bra friktion för fingrarna. För en fördjupning i elreglage och dess utformning rekommenderas läsning av rapporten utformning av ergonomiskt reglage för justering av lastbilsförarstolix av Paula Härelind, Scania. 3.6
Stöd, känsel och anpassningsparametrar
Matthew P. Reed delar in stolsutformning i tre olika parametrar från en opublicerad rapportx från 2000. För det första; anpassningsparametrar som inkluderar mått på människorna i populationen som stolen tillverkas för, det kan exempelvis vara bredden på sitsen. För det andra; känsel parametrar, som är upplevelsen av den fysiska kontakten med stolen. Det inkluderar tryckfördelning mot dynan och vaddering. Och till sist stödparametrar; är stöd som påverkar hållningen på användaren av stolen. Det rör sig om kurvaturen på stolsryggen och justeringsmöjligheter. Följande rekommendationer på mått kommer från rapporten. 3.6.1 Anpassningsparametrar (styrande mått) Dynans breddÄr anpassad så den ska passa de bredaste höfterna i populationen. I detta fall är det en 95 percentils kvinna, då kvinnor av naturen har bredare höfter än män, även än en 95 percentils man. Tabell 3. Förslag till minsta dynbredd av olika författare. 95 K Army data 432 95 k Chaffin Andersson 1991 457 95m Schneider et al 1985 439 95k Grandjean 1980 480 Maertens 1993 Min500 95K Prediktionsmått USA 493 När man mäter mått i höjdled, ska det vara från en komprimerad sittdyna. Om dynans hårdhet är styvare vid utkanterna så kan förarens bakdel pressas ihop, och dynan upplevs smalare än den är, en sorts hängmatteeffekt. Dynan ska vara lite bredare fram så att man kan tillåta att ändra sittställning och ändra bakens tryckfördelning och avlasta ischial tuberosities Figur 9. Figur 9. Trycket på Ischialadelen (Bild. Open ergonomics) Sammanfattningsvis ska sittdynan ska vara minst 500mm bred, med minst 525 spelrum vid höfterna. Framdelen på dynan ska vara minst 525mm och tillåta att man kan flytta isär benen bekvämt. Dynans längd påverkar den upplevda komforten av flera orsaker. Om dynan är för lång kan den sätta tryck på undersidan av benet, nära knäet, där mycket blodådrar och nerver passerar vilket kan upplevas obehagligt, och minskar dessutom blodförsörjningen till benen. Dessutom drar en för lång sittdyna iväg föraren från stolsryggen som hindrar effekterna från svankstödet. För lång dyna kan även hindra benen att ändra bredd, vilket leder till att nödvändiga ändringar i sittställningen för att variera tryckfördelningen hindras. Det mått som är styrande är poplietalalängden (baksida av sätesmuskeln till knävecket) längden av en liten kvinna (5%K). Sammanfattningsvis bör dynlängden inte vara mer än 440mm från ett ryggstöd med tryck på. (305mm från H‐punkten). En justerbar dyna kan vara lämplig för att ge mer stöd till undersidan av låren för långa ben, men bara ett litet justerområde (105mm, max‐min) är nödvändigt. För personer
med långa ben kan dynan kännas för kort om lårvinkeln i förhållande till dynvinkeln blir för stor, då blir det oftast för stort tryck på sittbenen. Så långa personer tjänar mer på att vinkeln på dynan går att justera än att förlänga hela dynan. Figur 10. Figur 10 Dynans längd, i förhållande till H‐punkt (bild: ref [x] )
Stolshöjden bör inte överstiga den sittande poplietala höjden (undersida fot, till knäveck) för minsta kvinnan (K5%) och inkluderar i princip alla män, då bara en på tusen har kortare underben än 5:te percentilens kvinna. Som noterats innan, så är knävecket ett känsligt område för tryck så kanten av dynan bör designas som ett ”vattenfall” alltså en rundning, och mätningen sker då på framkanten av ”fallet”. Och höjdmåttet tas från en olastad dynas framkant. Alltså sitthöjden mätt från golvet till en dyna med vikt på bör vara högst 363mm, för att passa alla män och 99% av kvinnorna kan man välja 346mm. Detta är ett minimivärde för justerbara höjder, och ett rekommenderat värde om höjden är fast. Detta mått är framtaget för personbilar där man har en lägre sittställning och öppnare knävinkel, i lastbil sitter man något högre. Ryggstödets minsta bredd på ryggstödet styrs av ryggbredden på största 95:te percentilens man. Om man använder ett antropometriskt mått på midjans höjd som definierar den smalaste delen av ryggen så ska den vara minst 384mm, men man bör lägga till något för kläder och hållningsförändringar. Denna höjd är 315mm (220mm över H‐punkt) över en sittdyna med tyngd på. Ovanför och under midjan, ska det vara bredare för att passa överdel av rygg, samt höfter. Ryggbredden bör tas från stor man (M95%) och höftbredden från en stor kvinna (K95%) som har ca 6 cm bredare höfter än den stora mannen. Axelbredden föreslås till 471mm, 318mm över H‐punkten mätt på SAE manikinens rygglinje (även här föreslås tilläggsbredd för kläder). Eftersom ryggstödets bredd är mycket sammankopplad med dess form, är det viktigt att ta hänsyn till den vid utformningen av ryggstödet. Bakom axlarna bör ryggstödet vara i princip plant för att undvika att störa armarnas rörelse. Föraren ska kunna lyfta ut sina armar rakt åt sidan utan att störas utav någon del av stolen. Bredden på ryggstödet i en förarstol bör vara bredare än i en kontorsstol, för att ge mer stöd åt ryggen vid kurvtagning. Maertens gjorde 1993 en teori om hur man ska utforma ryggstöd. Han valde att ange måtten i radier eftersom kroppen i genomskärning kan ses som en ellips. Han använde antropometriska data för exempelvis midjedjup och midjebredd för att rita en ellips och få ut gränsvärden för minsta radier som stolens kurvatur i ryggstödet ska passa, detta är en approximation, egentligen är ryggen plattare Figur 11. Beskrivning av den poplietala höjden.
bak. Det skiljde på vilka typer av stolar det skulle användas i, t.ex. en sportbilsstol eller en lyxstol. Sportstolarna hade mindre radier vid svankhöjd, och lyxstolarna större. Figur 12. Maertens radier som beskriver kurvaturen. Han rekommenderade även att radien vid bröstryggen (321mm över H‐punkt) skulle vara nära 1m vilket ger en i princip platt kurvatur i det området. Sammanfattningsvis så ska ryggstödet vara minst 384mm bred 220mm över H‐punkten längs manikinens rygglinje, och minst 471mm bred på en punkt 318mm över H‐punkten. Inga sidostöd (eller annat som är i vägen för armrörelser) som sticker ut mer över 288mm över H‐punkten. Ryggstödets höjd ska vara 410 till 550mm över H‐punkten, mätt längs manikinens rygglinje. Detta mått inkluderar inte nacke eller huvudstöd utan räcker endast upp till nackens början (ungefär C7 kotan). Yttre delarna på axlarna används till att beräkna hur många som får plats på en bänk tillexempel, eller hur mycket plats stolen tar upp i lastbilshytten för packning. Man tar det laterala måttet mellan ytterkanterna på armbågarna när man sitter rakt. Måttet för civila är då 656mm för en 95:te percentils man. Måttet bör också kunna användas för att placera stolen i hytten. I Figur 13 kan en sammanställning av alla anpassningsmåtten.
Figur 13. Sammanfattning av ovan angivna måttrekommendationer enligt Reed. Man bör även ta hänsyn till de notiser som angetts i respektive sammanfattning.
3.6.2 Känselparametrar Känselparametrarna behandlar upplevelsen av den fysiska kontakten med stolen. Analysen kräver att man definierar komfort som ”frånvaro av okomfort”, så parametrarna som skapar okomfort minimeras. I dessa tas inte hänsyn till känslostyrda egenskaper som exempelvis att ett tyg på stolen upplevs lyxigare än ett annat. Om den inte har någon fysisk skillnad som att tygerna har möjligheter att ventilera så betecknas de som lika. Det andra hör till produktidentiteten och kommer in på formgivningen av stolen. Tryck räknas som den kraft som riktas i normalen till kroppens hud, och uppkommer så fort kroppen belastas av en yttre last. Huden är ju alltid under påverkan av atmosfärstrycket, men den upplevs inte okomfortabel. Kroppens vävnader tål med lätthet tryck upp till 240 psi (12400 mm Hg) hydrostatiskt, motsvarande 150m under vatten. Den fysiologiska effekten av tryck vid sittande är att huden och vävnaderna under den deformeras och blodkärlen och nerverna kläms ihop. Särskilt känslig är människan under knävecken, där man upplever okomfort snabbt vid tryck. Tryck på nerver kan skapa okomfort direkt, medan tryck på blodkärl leder till minskad blodcirkulation och att cellernas näringsutbyte hindras, och då uppkommer även där okomfort. Eftersom kroppsvävnad är relativt okänslig för hydrostatiskt tryck så är det skjuvkraft (ungefär som att bli nypt, eller att huden dras ut) och dens efterföljande deformation som är skadlig eller okomfortabel. En vanlig förare blir av med ungefär 190W i värme, det sker genom konduktion, konvektion, strålning och avdunstning från kroppsytan. De stolsdelar som har direktkontakt med förarens kropp kommer att anta kroppens temperatur (33+‐1,4°C), eftersom vadderingsmaterialet isolerar. Temperatur är en viktig aspekt, men ännu vikigare för upplevelsen av komfort är att det inte bildas fukt mellan förare och säte. Det har gjorts relativt få studier om mikroklimatet mellan förare och stol som är till hjälp vid stolsutveckling. Men en del viktiga saker att tänka på är; Kroppsvärme och ånga måste ha möjlighet att passera igenom sätet. Stolsöverdrag och tyger som hindrar värme och ånggenomträngning bör alltså undvikas. Det totala värmeflödet, inklusive värmeöverföring som orsakas av avdunstning ska vara minst omkring 75 W/m2. Perforerade överdrag är att föredra för att de ökar möjligheten för att avdunstat vatten kan passera. Att vaddering trycks ihop helt hindrar också flödet av avdunstning genom stolen. Om vadderingen komprimeras mer än 80% av sin tjocklek så avstannar flödet nästan helt, därför bör man vara uppmärksam på områden med tunn vaddering, exempelvis vid ländryggsområdet. Det har gjorts flera försök att aktivt kontrollera mikroklimatet i stolen, och vissa kan köpas kommersiellt idag. Madsen (1994) rapporterar om effekterna av ventilerade förarstolar som använder forcerad luft (läs fläkt) i sätet och på stolsryggen. Många stolar som säljs i kalla klimat utrustas med sitsvärme. Brooks och Parsons rapporterar 1999 om ett system som använder en inkapslad karboniserad struktur i materialet för att uppnå en jämnare värmefördelning. Vibrationer är också en del av känselparametrarna. En dålig väg, eller en ojämn väg leder till att hjulen under ett kort ögonblick rör sig uppåt eller nedåt (en vibrations rörelse) för att parera ojämnheterna, det sker med fjädrar. I en lastbil finns det många fjädringsvägar innan vibrationen når föraren. Den första mellan hjulen och chassiet, den andra mellan chassiet och hytten, och den tredje mellan stolen och hytten, därefter kommer föraren som sitter på stolen och känner vibrationerna. Vibrationer dämpas även i luftrycket i stolen, i chassiets balkar och i stolens vaddering mm. Men det är mindre upptagare av vibrationer än fjädrarna.
Man kanske kan anta att det bästa vore att eliminera alla vibrationer i stolen, det kan ske vid statisk provning, men inte i verkligheten monterad i en lastbil, eftersom fordonet rör sig, och känslan och kontakten med vägen är viktig. Vibrationer är en komplex vetenskap, och kommer inte vara huvudområdet i detta projekt. Vissa riktlinjer bör ändå användas vid utvecklingen av en stol. Människor har en resonans i kroppen mellan 2 och 10 Hz, det anges vanligen mellan 4 och 8 Hz en så kallad egenfrekvens, och vibrationer i detta område bör alltså undvikas. Upplevelsen och känsligheten av vibrationer i kroppen varierar mycket mellan olika människor. Olika kroppsdelar är även känslig vid olika frekvenser, tex ögonen har ett lägre intervall, och organen i innerörat påverkas också av vibrationer och svängningar vilket kan ge sjösjuke symptom. Idag kan man räkna ut egenfrekvensen för ett system med hjälp av CAD data och ett FEM simuleringsprogram, t.ex. MSC Marc. Mekaniska apparater som mäter dessa i verkligheten är inte särskilt effektiva och riktiga standarder saknas. Systematiska modeller som omvandlar relationen mellan vibrationerna som kommer till föraren, och dens subjektiva uppfattning av de vibrationerna finns inte (2000) i den öppna publicerade litteraturen. 3.6.3 Stödparametrar Svankstödet var egentligen huvudområdet i detta projekt, men det visar sig sedermera att stolsutveckling och sittergonomi är komplexare än att en del av stolen kan behandlas separat för att sedan tillämpas i alla stolar. Svankstödet hör till det som kallas stödparametrar, och de har i uppgift att påverka förarens hållning. Stödparametrarna behandlar kurvaturen på ryggstödet, och den relativa positionen mellan ryggstöd och sittdyna. Det finns en ”gråzon” och en interaktion mellan mått, stödparametrarna och känselparametrarna. Exempelvis en kurvatur på ryggstödet (stöd) påverkar en förare olika på grund av dess längd (Antropometri, anpassningsparameter) och det ger då olika tryckfördelning på ryggen (känsel). Man kan egentligen kalla alla kurvaturer på stolen för en stödparameter, men det är lite forskat på området, det mesta har med tryckfördelningen att göra, men det finns ett undantag; kurvaturen längs ryggraden och främst i ländryggens område ”svanken”. Svankstödet ska vara stadigt men tillräckligt vadderat för att undvika okomfort som uppkommer av för högt tryck. Idealt vore om stödet är justerbart i både utskjut och i höjdläge. Den sammanpressade konturen ska vara justerbar mellan helt platt till ett utskjut på ca 30mm, som mätt med ASPECT‐ manikinen, med en radie som är justerbar mellan 250‐400mm. Den vertikala höjden på den mest utbuktande delen bör vara justerbar mellan 100‐200mm över H‐punkten längs manikinens rygglinje (eller 195‐295mm över sammanpressad dyna). Om svankstödet saknar justerbarhet så rekommenderas så ska utskjutet vara mellan 15‐20mm, med en radie på 300mm. Placeringen i höjdled av max utskjut ska vara ungefär 150mm över H‐punkten. Man kan även använda aspect‐manikinen för att mäta ut ett område som ger tillräckligt avlastning i det sakrala området under svankstödet. Kurvaturen får ses som ett av kärnvärdena vid utformning av en stol och besktiver den form som anpassas efter ryggens form. Alla stolar har någon form av kurvatur, måhända att den är helt plan som på en köksstol, men det beskriver fortfarande en storlek och en yta som ryggen ska anläggas mot. Om stolsryggen saknar justerbarhet (läs svankstöd och/eller sidostöd) så är det viktigt att ryggstödet beskriver en form som är anpassad för så många som möjligt vilket oftast inte är helt trivialt. Om tidigare justerbarhet inte skall integreras i stolen så rekommenderar Reed att man väljer ett mellanläge alltså utskjut i svankområdet på 15mm placerad 200mm över h‐punkten och med en radie på 300mm.
Figur 14. De olika rekommenderade kurvaturerna vid justerbarhet Kurvaturen runt omfånget är till stor del beroende av förarens vikt och kroppshydda och även personliga smak. Men generellt vill man ha en djupare skålning (mindre radie enl. Maertens) vid sportigare tillämpningar av körning, och en plattare yta ju mer man går mot större bilar och lyxigare tillämpningar. Sittvinklar och justeringsområden är viktiga för kroppens hållning och beskrivs av vinklarna mellan kroppens leder. Figur 15. Definition av komfortvinklar enligt Rebiffé 1969 Tabell 4. Sammanställning av komfortvinklar
Plats i fig. Vinkel Rebiffé 1969 Grandjean 1980 Porter & Gyi 1998
A Rygg 20‐30° ‐ ‐
B Överkropp/lår 95‐120° 100‐120° 89‐112° C Knä 95‐135° 110‐130° 103‐136°
E Överarm m. stöd 10‐45° 20‐40° 16‐74° F Armbåge 80‐120° ‐ 80‐161° Ovanstående data används främst vid personbilar. Human Scale har angett värden för lastbilar, och kallar dessa för High Seating. Den avgörande faktorn för vilken lår/bål‐vinkel det blir är vinkeln i ryggstödet och sitsvinkeln. Ryggvinkeln kan justeras på nästan alla förarstolar och passagerarstolar, dock väldigt i få baksäten. Sitsvinkels justerbarhet finns i allmänhet bara på dyrare stolar. Dessa 2 vinklar kan mätas med SAE J826 manikinen, och även med ASPECT dito. Knävinkeln är också avgörande för upplevelsen av komfort. Rebiffé rekommenderar att knävinkeln inte överstiger 135 grader, detta för att när man ökar vinkeln så sträcks benen ut och spänningar kan uppstå i hamstrings muskler (baksidan av lårets muskler) eftersom de fäster både nedanför knäet och på bäckenet över knäleden. Det som kan hända med en för spänd hamstring är att man får en bakåtrotation av bäckenet och det blir svårt att upprätthålla en lordos position på ryggraden (Figur 5). Rebiffé, Grandjean och Porter & Gyis modeller bygger på litteratur som inte inkluderar djupare analyser av hållningsförändringar och kroppsvinklarna bygger på att en teori om att minsta okomforten bör kännas då alla lederna är inom ett neutralt (mitten) område av sin rörelseförmåga, och att det då är minimalt med spänningar på vävnaderna. 1999 presenterade Reed med flera en något mer avancerad modell för körställningar i bilar. Modellen (Figur 16) bygger på data från flera studier och arbetades fram under framtagningen av ASPECT manikinen. Den har även med bäckenet och översta ländkotan som leder, vilket ge en rättvisare bild av vad som händer med ryggen i sittande positioner. Figur 16 Definition av Reed´s komfortvinklar från 1999 här med leder i rygg.
Man har kunnat se vissa tendenser när man gjort tester då olika människor fått sätta sig i sina favoritställningar i en bil med justerbart ryggstöd. Förare anpassar sig till förarplatsen (sikt, räckvidder osv.) främst med ändringar i de nedre rörliga delarna av ryggen, medan bålen blir relativt oförändrad. Ändringar i hållning som kommer från ändringar i stolsgeometri är små i förhållande till inbördes skillnader. Bål hållning är inte starkt påverkad av antropometri, och det finns stora skillnader mellan olika bålhållningar som inte kan knytas till antropometri, fordon eller stolsfaktorer. Körställningar är väldigt lika passagerarställningar, med enda skillnader som kommer från om ratten är placerad extremt långt framåt eller bakåt. I studien noterades även vilka vinklar man väljer om man har få restriktioner se Figur 16 för illustration av vinklarna i Tabell 5. Tabell 5. Komfortvinklar till Reeds undersökning.
Variabel Medel Standard avvikelse
Bröstkorgsvinkel (thorax) 3,8 6,7 Bukvinkel (Abdomen) 32,7 9,7 Bäckenvinkel (Pelvis) 60,4 11,7 Överkroppsvinkel (torso) 28,2 5,8 Höft till öga (hip to eye) 9,9 4,6 Lårvinkel (sidvy jmf horisontellt) 15,8 5,0 Lårvinkel (Toppvy, jmf rakt framåt) 8,3 5,7 Benvinkling ( i riktning höft till ankel, vertikalt) 9,0 7,9 knävinkel 122 10,6 Tabellen kan användas vid stolsutformning på två sätt: antingen kan värdena knappas in i en datormanikin i ett ergonomisimuleringsprogram, för att sedan prova ut stolens mått. Eller så kan man verifiera en färdig stol för att se om något hindrar de föredragna värdena. Sittställningens inverkan på svankstödet och vise versa påverkas i personbilar och framförallt i sportbilar av att sitthöjden blir låg för att rymmas i under låg takhöjd, detta leder till att knävinkeln blir ganska stor och hamstrings roterar bäckenet bakåt och ryggraden får svårt att upprätthålla en lordos kurvatur. Svankstödet kan i en sådan ställning få svårt att uppfylla sin funktion och man bör inte heller tvinga en lordos kurvatur i det läget, utan ett svankstöd konstruerat för en rakare ryggrad upplevs förmodligen komfortablare i ett sådant ryggstöd. I lastbilar har man i regel en mindre ryggstödslutning och får därför mer hjälp av svankstödet till att upprätthålla lordos i ryggraden.
3.7
Utvärderingsmetoder för stolar
När man utvecklat en färdig stol, eller under utvecklingen är det troligt att man vill utvärdera stolen. Det kan vara för att se om den uppfyller lagkrav, klarar nötning, passar till olika storlekar eller uppfyller önskade känselparametrar. Till sin hjälp har man olika metoder för att under och efter utvecklingen kontrollera om specifikationen uppfylls. 3.7.1 Testmanikiner Figur 17. OSCAR respektive ASPECT manikinerna. (bild: www.sae.com) ASPECT manikinen är en vidareutveckling av den äldre OSCAR som är från 1960‐talet, men i dagsläget är den fortfarande standard, men väntas inom kort bytas ut mot ASPECT dockan. Fullt lastad så representerar ASPECT docka en man på 77kg (170 lb) och med den längd mellan 172‐178 cm. Båda manikinerna mäter ut ryggvinkel, och höft punktens placering och vinkel. Aspect kan förutom detta användas till mätning av svankstödets utbuktning eftersom den har en led till i ryggen. Det finns även en robotanpassad manikin som används till att testa nötning på stolarna, med samma utseende som Oscar. Figur 18. STAN testmanikin för komforttester. (bild mtnw‐usa.com)STAN (Seat Test Automated Manikin) utvecklades för att mäta termisk komfort och fuktighet till fordonsstolar. Det fungerar som ett komplement till de antropometriska mätdockorna ovan. STAN innehåller en dator och olika sensorer som mäter temperaturer och fuktighet mm, och är lämplig för utveckling av stolventilation och materialval mm. 3.7.2 Fysiska mätdata Förutom manikinerna så finns en del andra sätt att få fysiska mätdata, ett av dem är elektromyografi (EMG) vilket är en teknik som används inom medicinen för att mäta musklernas respons på stimulering från nervsystemet. Elektromyografen registrerar de elektriska spänningsförändringar som muskelcellerna genererar när de arbetarxi. Tesen är att mindre muskelaktivitet i ryggens muskler skulle leda till mindre uttröttning och minskad okomfort. Invärtes disktryck. Så kallade In‐vivo (In vivo syftar på biologiska processer i levande celler och vävnader när de befinner sig på sin naturliga plats i hela organismer, särskilt om processer som används i vetenskapliga försök och kliniska tester [xi]) Tesen är att man mäter disktrycket och gör ett svankstöd som ger en sådan kroppshållning så att disktrycket blir så lågt som möjligt. Det har också används till att undersöka hur olika stående och sittande ställningar påverkar disktrycket. För att få en schematisk bild på hur tryckfördelningen ser ut används en tryckmatta. Figur 19. Tryckmatta med dataresultat En tunn matta med mätpunkter som är kopplad till en dator som visar tryckfördelningen. På de röda områdena visas trycket där det är som högst, vanligtvis vid sittbensknölarna. På ryggstödsytan uppstår högsta tryck i regel vid svanken eller skulderbladen Figur 19. Enligt Reed ska tryckmaxima endast förekomma vid svank och vid sittben. Dessa områden är förutom de antropometriska referensdatan möjliga sätt att få objektiva värden vid stolstester. 3.7.3 Subjektiva skattningar Subjektiva skattningar/utvärderingar, har i alla tider används som en utvärderingsmetod, även för att se vilka inställningar på svankstödet förarna föredrar. Målet med utvärderingarna är at kunna knyta
samman förarens upplevelse av komfort med något av föregående ”objektivt” mätvärde som disktryck, tryckfördelning eller EMG, för att sedan kunna förutsäga en bra konstruktion. Hartung har tagit fram en metod att skatta subjektiva mätdata från försökspersoner, och använder sig då av en bild (Figur 20) på en människas kroppsdelar som kommer i kontakt med stolen kombinerat med en skala i 52 steg. Metoden går till så att försökspersonen sitter i stolen som ska testas och får sitta ett par minuter för att sedan skatta om denne upplever okomfort i något område (1‐17) och sedan skatta det på skalan (0‐50) där 0=ingen okomfort alls, medan 50= mycket svår okomfort. Mätningarna görs bäst flera ggr under en minst ca 3h lång provkörning i stolen. Men metoden kan även användas till direktkomfort studier för att hitta tryckområden, som i längden kommer att bli störande/okomfortabla. Figur 20. Body Map skapad av Hartung 2005 kombinerad med CP50 skalan
I en annan studie från 2007xii så försöker två forskare från Audi och BMW hitta ett sätt att förutspå den totala okomforten baserat Hartungs BodyMap. Man kom fram till att det starkaste sambandet fanns mellan det högsta värdet och den totala skattningen. Man hade testat både medelvärdet, maximala värdet och en regressionsmodell. Se Tabell 6. Fördelen med att jämföra med det högsta värdet är att det är både en enkel modell, och har hög till väldigt hög korrelation till den totala okomforten. Tabell 6. För och nackdelar med de olika sambanden.
