基于人機(jī)工程學(xué)的家用轎車(chē)駕駛員座椅設(shè)計(jì),基于,人機(jī),工程學(xué),家用轎車(chē),駕駛員座椅,設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)(論文)題目： 基于人機(jī)工程學(xué)的家用轎車(chē) 　　　　　　　　 駕駛員座椅設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 二級(jí)學(xué)院： 班　　級(jí)： 提交日期： 目錄 目 錄 摘 要 III Abstract IV 第 1 章 緒論 1 1.1 研究背景及現(xiàn)狀 1 1.2 本文主要研究的內(nèi)容 1 1.3 課題研究的意義 2 第 2 章 中國(guó)人體模型的分析 3 2.1 中國(guó)人體模型的數(shù)據(jù)分析 3 2.2 基于中國(guó)人人體模型的坐姿分析 3 第 3 章 汽車(chē)座椅的分析 6 3.1 汽車(chē)座椅的介紹 6 3.1.1 汽車(chē)座椅的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 6 3.1.2 汽車(chē)座椅的性能、作用和設(shè)計(jì)要求 6 3.1.3 汽車(chē)座椅的種類(lèi)及結(jié)構(gòu) 7 3.2 汽車(chē)座椅的人機(jī)工程學(xué)理論 8 3.2.1 人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)要求 8 3.2.2 人體生理形態(tài) 8 3.2.3 體壓分布 9 3.2.4 舒適性分析 11 3.2.5 環(huán)境分析 11 3.3 汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)要求 12 3.3.1 汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)的原則 12 3.3.2 汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 12 第 4 章 基于人機(jī)工程學(xué)的家用轎車(chē)駕駛員座椅設(shè)計(jì) 13 4.1 家用轎車(chē)駕駛員座椅的性能需求 13 4.2 家用轎車(chē)駕駛?cè)俗藚?shù)以及坐椅尺寸的確定 13 4.3 家用轎車(chē)駕駛?cè)俗蔚脑O(shè)計(jì)參數(shù) 15 4.3.1 家用轎車(chē)駕駛?cè)俗蔚脑O(shè)計(jì)基準(zhǔn)參數(shù) 16 4.3.2 家用轎車(chē)駕駛?cè)俗蔚钠渌麉?shù) 16 4.4 家用轎車(chē)駕駛?cè)俗蔚慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 4.4.1家用轎車(chē)駕駛?cè)俗慰勘车墓羌茉O(shè)計(jì) 16 4.4.2 家用轎車(chē)駕駛員座椅坐墊的骨架設(shè)計(jì) 18 4.5 家用轎車(chē)駕駛?cè)俗蔚耐庑卧O(shè)計(jì) 20 4.6座椅連接調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì) 21 4.6.1座椅的水平前后調(diào)節(jié)裝置 21 4.6.2座椅靠背的角度調(diào)節(jié)裝置 21 4.6.3 座椅的高度調(diào)節(jié)裝置 22 4.7家用轎車(chē)駕駛?cè)俗蔚娜S圖 22 第 5 章 家用轎車(chē)駕駛?cè)俗卧O(shè)計(jì)的分析 24 5.1 駕駛舒適性驗(yàn)證 24 5.2 駕駛方便性驗(yàn)證 24 第 6 章 全文總結(jié) 25 參考文獻(xiàn) 26 致謝 27 摘要 基于人機(jī)工程學(xué)的家用轎車(chē)駕駛員座椅設(shè)計(jì) 摘 要 本畢業(yè)設(shè)計(jì)從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā)，研究了人與座椅的相互關(guān)系，分析了人的舒適坐姿的形態(tài)，得出最適合人體舒適駕駛的坐姿；以中國(guó)人體尺寸數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析總結(jié)中國(guó)人的人體尺寸的特征，并用于指導(dǎo)駕駛員座椅尺寸數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)；從座椅的廣泛適應(yīng)性的角度出發(fā)，分析計(jì)算座椅的合適的座椅調(diào)節(jié)范圍。最后，對(duì)設(shè)計(jì)出來(lái)的座椅進(jìn)行舒適性、可調(diào)節(jié)性、適應(yīng)性等的分析，檢驗(yàn)此次設(shè)計(jì)成果。 關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)；人體模型；駕駛員座椅 IV Abstract Design of driver's seat for domestic passenger car based on Ergonomics Abstract This graduation design from the point of view of ergonomics of studies the relationship between people and the seats, to analyze the morphology of comfortable posture, draw the most suitable for human body and comfortable driving posture; human dimensions of Chinese data as the basis, analysis summary body sizes of Chinese syndrome, and used to guide the driver 's seat - dimensions data design; starting from the angle of the seat adaptable for a wide range of. Analysis calculation seat right seat adjustment range. Finally, to design out of seat comfort, regulatory, adaptability analysis of the test results of the design. Key words: ergonomics; human body model; driver's seat 第1章 緒論 第 1 章 緒論 1.1 研究背景及現(xiàn)狀 隨著我國(guó)十一五計(jì)劃的順利完成以及十二五規(guī)劃的有序進(jìn)展，截止2015年6月底，我國(guó)汽車(chē)總保有量達(dá)到了1.63億輛，保有量成為了僅次于美國(guó)的，全球第二，截止到2015年年底，我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)到了2.79億，這個(gè)數(shù)據(jù)相當(dāng)于每百戶中有31輛私家車(chē)，其中汽車(chē)保有量達(dá)到了1.72輛，機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛?cè)?.27億，其中汽車(chē)駕駛?cè)顺^(guò)了2.8億。自從2010年，我國(guó)超越北美汽車(chē)市場(chǎng)，躍居世界第一汽車(chē)生產(chǎn)銷(xiāo)售大國(guó)。并伴隨著未來(lái)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)總體偏好以及我國(guó)人居消費(fèi)水平費(fèi)提高，我國(guó)的汽車(chē)消費(fèi)水平還將更上一個(gè)臺(tái)階；同時(shí)加上現(xiàn)代人對(duì)生活品質(zhì)的追求，人們已經(jīng)不僅僅把汽車(chē)視作一個(gè)代步工具這么簡(jiǎn)單，而是對(duì)汽車(chē)提出了各種各樣的使用上的要求，尤其是對(duì)駕駛或乘坐時(shí)產(chǎn)生最多接觸的座椅。因此生產(chǎn)廠商或設(shè)計(jì)者將現(xiàn)代科學(xué)的人機(jī)工程學(xué)加入到設(shè)計(jì)的理念中，使得設(shè)計(jì)出來(lái)的座椅更加符合現(xiàn)代人對(duì)生活品質(zhì)的追求。 人機(jī)工程學(xué)是20世紀(jì)50時(shí)代出現(xiàn)并迅速發(fā)展的一門(mén)新興的逐漸成為主流的學(xué)科，它以人的特性和需求為第一出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合產(chǎn)品使用環(huán)境等來(lái)指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，旨在提高人在使用產(chǎn)品時(shí)的使用感，使人與產(chǎn)品能夠相互的關(guān)系的學(xué)科。在當(dāng)今時(shí)代該學(xué)科的重要性已經(jīng)被廣泛的認(rèn)識(shí)到并且各國(guó)、各行業(yè)都投入大量經(jīng)歷研究，學(xué)科的應(yīng)用也在各行業(yè)取得了巨大的進(jìn)步。我國(guó)的人機(jī)工程學(xué)由于各種原因現(xiàn)在正處于剛剛起步的發(fā)展階段。伴隨著國(guó)外的人機(jī)工程學(xué)的廣泛的應(yīng)用，我國(guó)各行業(yè)對(duì)人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用的重視程度越來(lái)越深，有關(guān)高校和研究機(jī)構(gòu)也在人機(jī)工程學(xué)上投入了大量的人力物力，各項(xiàng)人機(jī)工程學(xué)的技術(shù)的技術(shù)要求也在逐步制定和完善。 我國(guó)的現(xiàn)有的人體尺寸數(shù)據(jù)大部分都依據(jù)于GB-10000-88中提供的中國(guó)成年人人體尺寸，并根據(jù)每一次的數(shù)據(jù)抽樣調(diào)查進(jìn)行修正與比較。但是由于數(shù)據(jù)的樣本太小加上中國(guó)人口的快速增長(zhǎng)和身體形狀的變化，許多數(shù)據(jù)已經(jīng)與現(xiàn)在的情況不相符合，這嚴(yán)重制約了我國(guó)座椅設(shè)計(jì)的發(fā)展。2006年，我國(guó)開(kāi)始了歷史上第二次人體尺寸大調(diào)查，測(cè)量的項(xiàng)目包括身高、體重、腰圍、臂長(zhǎng)等170多項(xiàng)，該項(xiàng)調(diào)查完成后，中國(guó)人體尺寸數(shù)據(jù)庫(kù)將得到更新。屆時(shí)我國(guó)改革開(kāi)放將近三十年以來(lái)我國(guó)人體尺寸的變化也將得到揭示。 1.2 本文主要研究的內(nèi)容 本論文主要研究的對(duì)象是家用轎車(chē)駕駛員座椅，以人-座椅-環(huán)境為主要研究系統(tǒng)進(jìn)行研究，以提高駕乘的舒適性、安全性、便捷性以及對(duì)中國(guó)駕駛員的廣泛適應(yīng)性為研究方向，利用人機(jī)工程學(xué)的原理和中國(guó)人體模型為依據(jù)設(shè)計(jì)適用于中國(guó)人的家用轎車(chē)駕駛?cè)顺俗淖?，并達(dá)到安全、舒適、智能、便捷等一系列座椅所要求的條件，使家用轎車(chē)更加適合于中國(guó)人的駕駛與乘坐，并提高駕駛員乘坐的舒適性、安全性、操作的便捷性，延長(zhǎng)駕駛時(shí)間，減輕疲勞的產(chǎn)生。 1.3 課題研究的意義 依據(jù)于科學(xué)的的人機(jī)工程學(xué)和中國(guó)人自己的人體尺寸模型設(shè)計(jì)出來(lái)的家用轎車(chē)駕駛員座椅將更加適合中國(guó)駕駛員的長(zhǎng)時(shí)間乘坐與駕駛，使駕駛時(shí)的舒適性、安全性、便捷性得到很大的提高，也提高了國(guó)產(chǎn)轎車(chē)在市場(chǎng)與國(guó)外轎車(chē)的競(jìng)爭(zhēng)能力，可謂一舉多得。此外，對(duì)中國(guó)人體尺寸模型的分析不僅對(duì)于家用轎車(chē)車(chē)駕駛員座椅設(shè)計(jì)提供了巨大的幫助，而且借助這項(xiàng)研究還將對(duì)汽車(chē)整體的布置設(shè)計(jì)起到不小的參考價(jià)值。 對(duì)中國(guó)人體模型尺寸和家用轎車(chē)駕駛員的坐姿的分析可以有效總結(jié)出駕駛員長(zhǎng)時(shí)間駕駛出現(xiàn)疲勞的原因，并發(fā)現(xiàn)正確舒適的駕駛員坐姿。將以上發(fā)現(xiàn)融入到設(shè)計(jì)中，可以使得設(shè)計(jì)出來(lái)的座椅更加適合于長(zhǎng)時(shí)間安全舒適的駕駛，減少疲勞的產(chǎn)生和延長(zhǎng)駕駛員駕駛時(shí)間。 與此同時(shí)，將關(guān)于人體的尺寸模型、駕駛時(shí)的坐姿、疲勞原因、常見(jiàn)的駕駛習(xí)慣等等各種分析總結(jié)、整理、歸納加入到資料庫(kù)中，為以后的設(shè)計(jì)提供范本或者憑借這些數(shù)據(jù)建立仿真平臺(tái)。這樣可以大大的提速今后的全新的座椅設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)周期與人力物力的投入，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種情況，降低開(kāi)發(fā)成本，形成自己的競(jìng)爭(zhēng)力。 25 第2章 中國(guó)人體模型的分析 第 2 章 中國(guó)人體模型的分析 2.1 中國(guó)人體模型的數(shù)據(jù)分析 人的心理、生理以及能力，是人-機(jī)-環(huán)境整個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化的依據(jù)。駕駛員座椅的設(shè)計(jì)要求與人的心理生理和能力都達(dá)到和諧的統(tǒng)一與適應(yīng)，從而使駕駛員能夠在舒適自在、安全便捷的環(huán)境下操作汽車(chē)的行駛。但是因?yàn)閭€(gè)體的差異，我們幾乎不可能做到滿足所有人的需求，因此我們只能最大的努力去滿足最多的那一樣人群即樣本的大多數(shù)人。所以在人機(jī)工程學(xué)中我們通常使用的是人體測(cè)量百分?jǐn)?shù)。國(guó)際通用的人體測(cè)量百分?jǐn)?shù)是P、P、P這三個(gè)百分?jǐn)?shù)，P表示的是較小的人群樣本，P表示的是中等的人群樣本，P表示的是較多的人群樣本。根據(jù)國(guó)標(biāo)GB10000-88《中國(guó)成年人人體尺寸》中所提供的我國(guó)成年人人體尺寸的基本參數(shù)，我們來(lái)設(shè)計(jì)適合中國(guó)人使用的駕駛員座椅。數(shù)據(jù)包括身高、體重、腰圍、臂長(zhǎng)、大腿長(zhǎng)、小腿長(zhǎng)等六項(xiàng)主要人體尺寸數(shù)據(jù)。如表1 表1 人體主要尺寸 測(cè)量項(xiàng)目 男（18-60歲） 女（18-55歲） P5 P50 P95 P5 P50 P95 身高/mm 1583 1678 1775 1484 1570 1659 體重/kg 48 59 75 42 52 66 上增長(zhǎng)/mm 289 313 338 262 284 302 前臂長(zhǎng)/mm 216 237 258 193 213 234 大腿長(zhǎng)/mm 428 465 505 402 438 476 小腿長(zhǎng)/mm 338 369 403 313 344 375 2.2 基于中國(guó)人人體模型的坐姿分析 國(guó)標(biāo)GB10000-88《中國(guó)成年人人體尺寸》一共還提供了7大類(lèi)47個(gè)小項(xiàng)的人體尺寸基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，下表中列出了從事工作的的法定的中國(guó)成年人的人體尺寸（男18-60歲，女18-55歲），同時(shí)列表中將各種數(shù)據(jù)按男女按不同年齡分為三個(gè)階段：18-25歲（男、女）；26-35歲（男、女）；36-60（男）；36-55歲（女），如表2。 表2 人體坐姿尺寸 年齡分組 男（18-60歲） 女（18-55歲） 百分位/% 1 5 10 50 90 95 99 1 5 10 50 90 95 99 坐高/mm 836 858 870 908 947 958 979 789 809 819 855 891 901 920 坐姿頸椎點(diǎn)高/mm 599 615 624 657 691 701 719 563 579 587 617 648 657 675 坐姿眼高/mm 729 749 761 798 836 847 868 678 695 704 739 773 783 803 坐姿肩高/mm 539 557 566 598 631 641 659 504 518 526 556 585 594 609 坐姿肘高/mm 214 228 235 263 291 298 312 201 215 223 251 277 284 299 坐姿大腿厚/mm 103 112 116 130 146 151 160 107 113 117 130 146 151 160 坐姿膝高/mm 441 456 461 493 523 532 549 410 424 431 458 485 493 507 小腿加足高/mm 372 383 389 413 439 448 463 331 342 350 382 399 405 417 坐深/mm 407 421 429 457 486 494 510 388 401 408 433 461 469 485 臂膝距/mm 499 515 524 554 585 595 613 481 495 502 529 561 570 587 坐姿下肢長(zhǎng)/mm 892 921 937 992 1046 1063 1096 826 851 865 912 960 975 1005 在駕駛員駕駛汽車(chē)時(shí)更多是采用坐姿進(jìn)行操作，因此分析中國(guó)人體尺寸的同時(shí)還應(yīng)該結(jié)合中國(guó)人體坐姿尺寸進(jìn)行分析。根據(jù)大量研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，最舒適的坐姿應(yīng)該是臀部與座椅的靠背稍有間隙，保持上體與大腿所成的夾角在95°～120°，與此同時(shí)小腿、大腿以及腳掌之間也要保持一定的角度關(guān)系，如圖2.1這樣才能使人體在駕駛時(shí)保持正常的腰背曲線，使人體感到舒適，減少疲勞的產(chǎn)生。因此座椅的設(shè)計(jì)中座椅形狀應(yīng)該與之相貼合。 圖2.1 駕駛員身體關(guān)節(jié)舒適角 第3章 汽車(chē)座椅的分析 第 3 章 汽車(chē)座椅的分析 3.1 汽車(chē)座椅的介紹 3.1.1 汽車(chē)座椅的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 我國(guó)的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)相對(duì)于國(guó)外起步較晚，更多的還停留在參考國(guó)外的較先進(jìn)成熟的技術(shù)來(lái)進(jìn)行我國(guó)的汽車(chē)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，尤其是家用轎車(chē)座椅的設(shè)計(jì)。國(guó)外對(duì)駕駛的安全性、舒適性的要求伴隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的誕生便已經(jīng)開(kāi)始了，如何使駕駛?cè)嗽隈{駛汽車(chē)時(shí)更加便捷、舒適一直是國(guó)外研究的重點(diǎn)對(duì)象。國(guó)外的座椅設(shè)計(jì)的發(fā)展時(shí)間和汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的幾乎一樣，都?xì)v經(jīng)了一百多年的歷史，發(fā)展得已經(jīng)相當(dāng)成熟了，相關(guān)的行業(yè)規(guī)定以及法律法規(guī)已經(jīng)基本完善。而國(guó)內(nèi)汽車(chē)座椅產(chǎn)業(yè)由于起步較晚、重視程度不夠等等原因發(fā)展較為落后?，F(xiàn)如今我國(guó)的座椅設(shè)計(jì)的理念和技術(shù)大部分來(lái)自于合資企業(yè)中與國(guó)外的技術(shù)分享或技術(shù)購(gòu)買(mǎi)，也正因如此我國(guó)的座椅設(shè)計(jì)只是掌握了極少數(shù)不重要的生產(chǎn)資料，而更為核心的技術(shù)仍然掌握在國(guó)外的守中，因此落后的設(shè)計(jì)技術(shù)與觀念是制約我國(guó)座椅設(shè)計(jì)發(fā)展的決定性因素，目前國(guó)內(nèi)的許多廠商依舊在使用落后的設(shè)計(jì)方法與生產(chǎn)方式，依據(jù)停留在一旦產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題就一味的加粗、加厚等粗笨的方法來(lái)解決問(wèn)題，致使生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品成本高、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，與國(guó)外的相關(guān)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力低下，無(wú)法有效搶占市場(chǎng)。目前國(guó)內(nèi)的座椅設(shè)計(jì)更多的是停留在基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，更為成熟的計(jì)算技術(shù)輔助設(shè)計(jì)與分析能力還剛剛起步，因此座椅設(shè)計(jì)的周期更長(zhǎng)；此外國(guó)內(nèi)的廠商的設(shè)計(jì)要求僅僅停留在只需達(dá)到國(guó)家現(xiàn)行相關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定，這在一定程度上限制了自身的發(fā)展，我國(guó)的座椅設(shè)計(jì)的相關(guān)的法律法規(guī)都是參考的國(guó)外的進(jìn)行制定的，并且為適應(yīng)國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀，還簡(jiǎn)化了內(nèi)容、降低了標(biāo)準(zhǔn)和要求。我國(guó)的座椅設(shè)計(jì)更多的是等待國(guó)外技術(shù)的成熟之后，我們才剛剛重視和起步。國(guó)外的座椅設(shè)計(jì)是在其花費(fèi)了大量人力物力統(tǒng)計(jì)了自己國(guó)家的人體資料的前提下進(jìn)行的有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，因此設(shè)計(jì)更有針對(duì)性、廣泛適應(yīng)性，可以滿足國(guó)。內(nèi)的大部分人的使用要求，而我國(guó)座椅設(shè)計(jì)由于起步晚、重視程度不夠等原因，缺少了前期的資料的原始累積，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品也缺乏廣泛適應(yīng)性。因此要提高對(duì)座椅設(shè)計(jì)的重視，依據(jù)中國(guó)人的人體特性進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)。 3.1.2 汽車(chē)座椅的性能、作用和設(shè)計(jì)要求 駕駛員座椅作為家用轎車(chē)上駕駛員駕駛時(shí)的依托是十分重要的存在，它的性能如何將直接決定了駕駛?cè)嗽隈{駛家用轎車(chē)時(shí)的表現(xiàn)的穩(wěn)定性和操作正確性，因此一個(gè)好的駕駛員座椅的性能尤其重要。駕駛員座椅的要求的性能包括（1）全獨(dú)立結(jié)構(gòu)（2）過(guò)壓/欠壓保護(hù)（3）漏電安全保護(hù)（4）蓄電池低壓保護(hù)，此外除了這些基本的，某些高檔的座椅性能還包括了（1）座椅加熱（2）智能控溫（3）微動(dòng)按摩（4）座椅位置記憶（5）低能耗技術(shù)等一系列使座椅更加舒適智能化的功能。 家用轎車(chē)駕駛員座椅的最基本的作用便是支撐起駕駛員的身體，同時(shí)保證駕駛員能夠以一種舒適、安全的坐姿來(lái)操作駕駛汽車(chē)完成駕駛過(guò)程中一系列的動(dòng)作。同時(shí)，座椅還應(yīng)該減緩來(lái)自車(chē)身或者從地面?zhèn)鲗?dǎo)來(lái)的震動(dòng)與顛簸，防止其影響駕駛員的正常的駕駛；在汽車(chē)減速、加速或者轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)能夠保持駕駛員的姿勢(shì)，使其姿勢(shì)不發(fā)生過(guò)度的變化，影響正常操作，因此座椅的前部應(yīng)該較后部高，同時(shí)座椅兩側(cè)應(yīng)該設(shè)計(jì)一些突起，用來(lái)約束固定駕駛員，避免其在駕駛過(guò)程中出現(xiàn)身體左右晃動(dòng)的情況。大量實(shí)驗(yàn)證明：在不改變駕駛姿勢(shì)的長(zhǎng)時(shí)間駕駛情況下，較硬的座椅面料比較軟的更讓人感覺(jué)舒適，能有效減緩疲勞的產(chǎn)生。如果設(shè)計(jì)不合理，不符合自己身形的座椅會(huì)壓迫身體的某些部分，使疲勞或者不適感增加，影響駕駛。 根據(jù)以上對(duì)駕駛員座椅性能與作用的分析，現(xiàn)提出對(duì)駕駛員座椅的設(shè)計(jì)要求： (1)座椅的形狀尺寸應(yīng)該能夠引導(dǎo)駕駛員做出正確舒適的坐姿并符合國(guó)家的相關(guān)規(guī)定，并能夠在一定程度上調(diào)節(jié)座椅使其能夠滿足大部分駕駛員的需求； （2）座椅的舒適性應(yīng)該是良好的，能夠消除或者減少來(lái)自車(chē)身或者底面?zhèn)鱽?lái)的震動(dòng)，使駕駛員能夠在各種道路條件下舒適的駕駛，不感到不適與疲勞； （3）座椅應(yīng)該具備足夠的強(qiáng)度與剛度，用來(lái)保護(hù)駕駛員免受或者減少來(lái)自事故帶來(lái)的突然沖擊以及后續(xù)傷害，保證安全性； （4）座椅的制造成本要低，工藝要盡量簡(jiǎn)單，整體質(zhì)量要??； （5）座椅要求能夠使駕駛員具有良好的駕駛視野，操作時(shí)簡(jiǎn)單便捷； （6）座椅調(diào)節(jié)要快捷方便； （7）座椅的外觀設(shè)計(jì)要大方美觀，能夠與汽車(chē)整體內(nèi)飾相互映襯； （8）座椅的整體結(jié)構(gòu)和布置要符合標(biāo)準(zhǔn)。 3.1.3 汽車(chē)座椅的種類(lèi)及結(jié)構(gòu) 座椅的分類(lèi)有多種多樣，按照功能來(lái)分有：駕駛員座椅、乘客座椅、兒童安全座椅等；按照乘坐人數(shù)來(lái)分有：?jiǎn)稳俗?、雙人座椅、多人座椅等；按照性能來(lái)分有：固定式、可拆式、調(diào)節(jié)式等；按照結(jié)構(gòu)來(lái)分有：分離式、半分離式、長(zhǎng)凳式等。隨著汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展以及人們對(duì)生活品質(zhì)追求的提高，現(xiàn)在座椅的種類(lèi)已經(jīng)越來(lái)越豐富，也開(kāi)發(fā)出了很多滿足不同需求的特殊座椅，例如自動(dòng)加熱座椅、按摩座椅等等，這不僅僅保障了座椅的安全性，也提高了座椅的乘坐舒適性與操作便捷性。 從汽車(chē)的誕生到發(fā)展到現(xiàn)在，雖然座椅的形狀、外觀、材質(zhì)等都發(fā)生了巨大的變化，如今人們對(duì)座椅的要求已經(jīng)不僅僅滿足于乘坐，例如安全、舒適等要求也已經(jīng)是客戶的選擇標(biāo)準(zhǔn)了，而隨著科技的發(fā)展，人機(jī)工程學(xué)、機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械控制等等學(xué)科在座椅設(shè)計(jì)上的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛和成熟。但是無(wú)論座椅再怎么發(fā)展，座椅的結(jié)構(gòu)依舊由頭枕、靠背、坐墊、調(diào)節(jié)裝置和座椅連接件等組成。汽車(chē)座椅的基本框架是用骨架組成的，分為座椅骨架和靠背骨架，骨架通常用鋼材軋制而成火油鋼板直接沖壓然后通過(guò)焊接制成，并通過(guò)座椅調(diào)節(jié)裝置連接到汽車(chē)上，其他的調(diào)節(jié)裝置則依據(jù)功能安裝在特定的位置，例如座椅行程調(diào)節(jié)裝置安裝在坐墊與汽車(chē)地板之間，用于調(diào)節(jié)座椅的前后與上下；靠背角度調(diào)節(jié)裝置則是安裝在靠墊與坐墊之間的連接固定裝置上，用于調(diào)節(jié)靠背的角度。 3.2 汽車(chē)座椅的人機(jī)工程學(xué)理論 3.2.1 人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)要求 人機(jī)工程學(xué)在座椅上的運(yùn)用是座椅設(shè)計(jì)的一大進(jìn)步，人機(jī)工程學(xué)在座椅設(shè)計(jì)方面提出了以下幾點(diǎn)要求： （1） 各部貼合：要求座椅的各個(gè)部位能夠與其接觸的相應(yīng)的人體部分能夠貼合，例如背部、臀部、大腿底部等。對(duì)駕駛員身體具有良好的貼合性的座椅能夠有效緩解疲勞。 （2） 橫向穩(wěn)定性：汽車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)，駕駛員會(huì)因?yàn)閼T性的作用向一側(cè)傾斜，將座椅的兩側(cè)加高來(lái)有效緩解轉(zhuǎn)彎帶來(lái)的偏移的加速度，使駕駛員能夠始終保持最好的駕駛姿勢(shì)。 （3） 受力部分的合理支撐：駕駛員乘坐座椅時(shí)主要的受力部分是背部、腰部，要合理分配受力，使乘坐時(shí)的腰背曲線和正常的腰背曲線保持一致。 （4） 軟硬分布合理：座椅并不是休息用的，不能一味的柔軟，要稍硬一些，有助于提高駕駛員的注意力，也不易使人感到疲勞。 （5） 舒適：汽車(chē)在行駛過(guò)程中會(huì)不可避免產(chǎn)生震動(dòng)，但是通過(guò)座椅應(yīng)該使這種震動(dòng)減輕到最小，防止其干擾到駕駛?cè)嘶蛘呤柜{駛員感到不適甚至疲勞。 3.2.2 人體生理形態(tài) 根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的原理，只有當(dāng)駕駛員在駕駛汽車(chē)時(shí)脊柱的形狀呈現(xiàn)正常的腰背曲線，這樣的坐姿才是最舒適的坐姿，即人體在放松的狀態(tài)下直立時(shí)脊柱所呈現(xiàn)的曲線，如圖3.1。從圖3.1中我們看出要使脊柱保持其自然的曲線就必須要在靠背上設(shè)計(jì)貼合脊柱形狀的著力點(diǎn)，這樣才能使記住在坐姿的情況下一直保持最佳的曲線，即我們?cè)谌梭w5、6節(jié)胸椎處設(shè)置肩靠使胸椎保持前突，在2、3兩節(jié)腰椎的位置設(shè)置腰靠，用于保證正常的人體的腰曲形狀，支撐量15～25mm，這就是座椅設(shè)計(jì)舒適要點(diǎn)中的兩點(diǎn)支撐原則。 3.1 脊柱的形狀與組成 3.2.3 體壓分布 當(dāng)人體處于舒適的靜態(tài)坐時(shí)，人體的質(zhì)量作用于座椅上的壓力分布叫做坐姿的體壓分布。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的研究表明最舒適的坐姿應(yīng)該有以下特征：人體的大部分壓力以一個(gè)較大的支撐面積，較小的單位面積壓力合理地分布在座椅上，并且壓力分布要均勻變化，避免急劇的變化。 圖3.2所示的就是人體在座椅上的最適宜的體壓分布。根據(jù)圖中可知，人體在座以上的體壓分布并非均勻，由上段分析可知合理的坐姿是肩部與臀部同時(shí)分擔(dān)身體的質(zhì)量的，因此應(yīng)該根據(jù)各部位產(chǎn)生不適前所能承受的最大的壓力的情況來(lái)進(jìn)行合理的分布。座椅坐墊上的質(zhì)量分布應(yīng)該從坐骨部分向周?chē)鷶U(kuò)散，經(jīng)過(guò)臀部外圍知道大腿與座椅相接觸的地方達(dá)到最小。座椅靠背上的質(zhì)量分布則是在肩胛骨和腰椎骨兩個(gè)部位分擔(dān)的最高，即滿足設(shè)計(jì)中的兩點(diǎn)支承接。 圖3.2 座椅各部分的受力圖 確定駕駛員駕駛汽車(chē)時(shí)的坐姿時(shí)，人體肢體的活動(dòng)范圍也是人機(jī)工程學(xué)在設(shè)計(jì)座椅時(shí)所需要考慮的一個(gè)重要因素。人的活動(dòng)范圍主要受到谷歌與韌帶的限制，而身材、年齡、性別、行為習(xí)慣等的不同也將或多或少影響肢體的活動(dòng)范圍。圖3.3是駕駛員坐姿最舒適的活動(dòng)范圍。在這種情況下駕駛汽車(chē)，駕駛員的肌肉、韌帶都處于放松狀態(tài)，有助于其駕駛，減輕疲勞以及應(yīng)對(duì)各種突發(fā)情況。 圖3.3 駕駛員舒適坐姿圖 3.2.4 舒適性分析 座椅設(shè)計(jì)的好壞將直接決定了駕駛員在乘坐時(shí)的狀態(tài)，好的座椅設(shè)計(jì)可以是駕駛員長(zhǎng)時(shí)間保持最好的狀態(tài)駕駛汽車(chē)，相反，壞的設(shè)計(jì)澤會(huì)影響駕駛員的狀態(tài)使駕駛存在潛在的危險(xiǎn)。座椅對(duì)舒適性的影響具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)主要方面： （1）各部貼合 ：座椅作為駕駛員與汽車(chē)接觸面積最大的汽車(chē)部件，其表面是否與駕駛員的腰背、臀部、大腿等貼合將直接決定駕駛員的乘坐感，進(jìn)而影響到駕駛狀態(tài)，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該改進(jìn)座椅與駕駛員的接觸面積，提高駕駛員的舒適感。 （2）橫向穩(wěn)定性：汽車(chē)在行駛過(guò)程中會(huì)不可避免的遇到轉(zhuǎn)彎的情況，而轉(zhuǎn)彎所帶來(lái)的橫向加速度會(huì)使駕駛員的身體出現(xiàn)偏移，這樣會(huì)對(duì)駕駛產(chǎn)生影響，更可能使得駕駛員不能及時(shí)應(yīng)對(duì)突然出現(xiàn)的意外，使得駕駛出現(xiàn)危險(xiǎn)。因此設(shè)計(jì)座椅時(shí)需要加高座椅的兩側(cè)，對(duì)駕駛員的身形起到固定作用，防止駕駛員身體出現(xiàn)偏移，提高駕駛員在汽車(chē)行駛過(guò)程中身體穩(wěn)定性。 （3）腰背支承度：駕駛員座椅需要能夠誘導(dǎo)駕駛員行程舒適坐姿的兩點(diǎn)支承，第一個(gè)支承在人體的第5～6節(jié)胸椎之間，作為減輕頸曲變形的肩靠；第二個(gè)支承位于腰曲部位，使得坐姿能夠一直保持正常的腰曲弧線，從而能保證駕駛員的舒適性。 （4）乘坐軟硬度：座椅作為駕駛員與汽車(chē)接觸最多的部件，其軟硬程度決定了駕駛員的感受，面料過(guò)硬的座椅雖然不會(huì)使人感到疲勞，但是與人體的貼合度較差，或使疲勞感加重，因此需要選用較硬的面料即可。 3.2.5 環(huán)境分析 （1）震動(dòng) 汽車(chē)在路上面上行駛會(huì)不可避免的出現(xiàn)震動(dòng)。但是震動(dòng)會(huì)使駕駛員感到不適，因此座椅還應(yīng)該具備消除或者減少震動(dòng)，使震動(dòng)的頻率處于人體的可接受范圍內(nèi)。表3.1中列出了人體主要部分的共振頻率。 表3.1 人體各個(gè)主要部位的共振頻率 身體部分 全身 頭部 眼 胸部 肩部 手臂 脊柱 胃 共振頻率 5-6 20-30 20-25 4-6 2-6 10-20 3-5 4-5 座椅的減震效果差會(huì)直接影響駕駛員在駕駛過(guò)程中的狀態(tài)，當(dāng)震動(dòng)特性滿足某些要求會(huì)引起大腦的興奮，如果超過(guò)一定的限度則會(huì)引起駕駛?cè)说钠?，從而降低駕駛的安全性甚至?xí)l(fā)事故。 （2）溫度與濕度 依據(jù)研究表明，駕駛員在18～23℃的溫度、40%～60%濕度的環(huán)境下駕駛時(shí)是最好的狀態(tài)。座椅作為緊密的與駕駛?cè)私佑|的部件，應(yīng)該具有良好的散熱功能，保持接觸部分能夠維持在適宜的溫度與濕度，避免引起駕駛員的不適，影響車(chē)輛的安全駕駛。 3.3 汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)要求 3.3.1 汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)的原則 座椅的設(shè)計(jì)需要考慮兩個(gè)最主要的因素，分別是臀部到膝闊的長(zhǎng)度以及膝闊到地面的高度，此外還要注意靠背對(duì)人體的支承是否合理。 座椅的設(shè)計(jì)總體上需要考慮人的生理心理兩大特性，雖然需要注意的因素還有很多，但是仍然可以歸納出以下幾點(diǎn)基本原則。 1、 座椅的尺寸必須參考人體尺寸模型來(lái)設(shè)計(jì)，與駕駛員的尺寸普遍適應(yīng)； 2、 座椅的靠背需要提供足夠的支承給背部與腰部，是脊柱始終處于最佳的腰背曲線。 3、 座椅的坐墊需要適當(dāng)?shù)挠捕纫约昂侠淼捏w壓分布設(shè)計(jì)，來(lái)保證駕駛員身體的質(zhì)量全部且合理地分配到坐墊上，使駕駛員不會(huì)感到局部受到壓迫。 4、 座椅的前部需要較后部略高，防止駕駛員在制動(dòng)時(shí)由于慣性向前移動(dòng)，同時(shí)前部與大腿之間的壓力也應(yīng)該能夠盡量減少。 5、 座椅可以讓駕駛員輕松便捷地改變坐姿，能夠自如的進(jìn)行座椅以及體態(tài)的調(diào)節(jié)以來(lái)適應(yīng)不同的駕駛員需求，但必須防止滑脫。 6、 座椅的尺寸和形狀要視具體的功能要求而定，避免死板。 3.3.2 汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 汽車(chē)駕駛員座椅的舒適性通常包括震動(dòng)舒適性、坐姿舒適性和操作舒適性，震動(dòng)舒適性不是僅僅靠座椅的尺寸、形狀的改變就能達(dá)到的；而在駕駛員座椅的坐姿舒適性金和操作舒適性的方面，我們可以通過(guò)調(diào)整座椅的結(jié)構(gòu)、尺寸等來(lái)實(shí)現(xiàn)。座椅的結(jié)構(gòu)與尺寸參數(shù)可以參考駕駛員在乘坐姿勢(shì)下的人體尺寸來(lái)分析確定。 第4章 基于人機(jī)工程學(xué)的家用轎車(chē)駕駛員座椅設(shè)計(jì) 第 4 章 基于人機(jī)工程學(xué)的家用轎車(chē)駕駛員座椅設(shè)計(jì) 4.1 家用轎車(chē)駕駛員座椅的性能需求 （1）良好的靜態(tài)特性：座椅形狀貼合人體正常情況下的腰背曲線，座椅的尺寸能夠適應(yīng)不同駕駛員的身形，并且坐墊具有良好的體壓分布特性，接觸感覺(jué)舒適，能夠方便快捷調(diào)整座椅的角度與位置，達(dá)到乘坐舒適、安全、便捷的目的。 （2）良好的動(dòng)態(tài)特性：能夠有效減少汽車(chē)在正常行駛時(shí)帶來(lái)的顛簸與震動(dòng)，使駕駛員能夠在平穩(wěn)的環(huán)境下駕駛汽車(chē)，保證駕駛員長(zhǎng)時(shí)間的舒適駕駛，不感到疲勞。 （3）座椅的外觀要大氣，和汽車(chē)整體內(nèi)飾要相互映襯，盡可能的減輕座椅的質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。 4.2 家用轎車(chē)駕駛?cè)俗藚?shù)以及坐椅尺寸的確定 按照人機(jī)工程學(xué)原理的分析，駕駛員座椅最先需要滿足的是駕駛員臀部就坐所需的尺寸，這樣才能夠確保駕駛員能夠隨心所欲的調(diào)整坐姿。如果座椅的寬度太小就會(huì)使得駕駛員乘坐起來(lái)感覺(jué)擁擠和壓迫，會(huì)影響駕駛員的舒適感；如果座椅太寬則會(huì)使得駕駛員的乘坐范圍太大，身體得不到有效的固定，在汽車(chē)行駛時(shí)會(huì)有安全隱患，同時(shí)也會(huì)影響到駕駛室里其它部件的布置與使用。因此，根據(jù)P女性坐姿時(shí)的正常的臀寬為382mm，加上穿衣所需的修正值13mm，所以將座椅的坐寬設(shè)定為395mm最為合適。 坐深是指坐墊的前后距離，正確的座椅設(shè)計(jì)應(yīng)該使得駕駛員的整個(gè)臀部都能夠得到有效的支承，腰部得到靠背的支承，坐墊不影響大腿前部和小腿的正常靈活的活動(dòng)。為適應(yīng)大部分的人群，我們選用較小的百分位的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣身材較小的駕駛員也能夠坐著舒適，身材高大的駕駛員的臀部也能夠得到有效的支承，不會(huì)引起大腿部分的壓迫從而引起疲勞。根據(jù)數(shù)據(jù)得知P的女性的坐深為401mm，再加上修正量，座椅的坐深則為415mm。 坐墊與水平面的夾角被稱(chēng)為坐面傾角。坐面傾角有以下兩個(gè)作用：第一，由于重力作用，使得駕駛員身體自然的向后靠，使身體與靠背自然的貼合，從而使背部肌肉得到有效的放松；第二，防止駕駛員在慣性或顛簸的作用下滑出座椅，導(dǎo)致出現(xiàn)意外，這一點(diǎn)尤其重要。駕駛員座椅的座椅傾角一般為7°～12°。駕駛員座椅除了要考慮最基本的腰背曲線外，還應(yīng)該考慮到駕駛員的安全。所以座椅的寬度要比一般的大，經(jīng)過(guò)研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，座椅的坐面傾角應(yīng)該設(shè)定在15°最好。這樣既能夠保證良好的舒適度，又能夠兼顧座椅的安全性，避免駕駛員在駕駛途中因?yàn)轭嶔ざ鲎蔚那闆r出現(xiàn)。 座椅的高度應(yīng)該使得駕駛員的大腿保持近似水平、小腿自然放松的擺放。這樣既能保證座椅高度太高使大腿受到壓迫，高度太低影響小腿的自由活動(dòng)。我們選取女性P的坐高493mm，計(jì)算上小腿的前移和座椅本身的后傾，本次設(shè)計(jì)將座椅的坐高設(shè)定為300mm。 座椅靠背的形狀主要是與駕駛員的脊柱自然彎曲時(shí)的形狀相貼合，主要是通過(guò)兩點(diǎn)原則來(lái)設(shè)計(jì)腰椎和肩胛骨兩個(gè)支承點(diǎn)，特別是腰椎支承點(diǎn)，駕駛員最主要的疲勞形式與職業(yè)病就是腰肌勞損。為了保證腰椎更好的支承，在骶骨一帶應(yīng)該留有一定的空隙，以便駕駛員在自行調(diào)整體位時(shí)，不會(huì)因?yàn)轺竟堑脑蚴沟醚坎荒茏匀坏膹澢?，從而引起疲勞。分析人體正常的坐姿以得到最適合駕駛員座椅的坐墊與靠背的夾角，靠背的傾角范圍取為95°～120°，靠背的高度應(yīng)該達(dá)到駕駛員的肩部最好，根據(jù)數(shù)據(jù)可以取為530～560mm，本次設(shè)計(jì)取為550mm,寬度為480mm。 座椅的調(diào)節(jié)量主要取決于座椅在駕駛室中的位置，位置的計(jì)算主要選用的是SAEJ1517（1）給出的計(jì)算方法，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)需要廣泛的適應(yīng)性，因此我們選取第五百分位和第95百分位的座椅位置計(jì)算公式： 其中——第i百分位尺寸的駕駛員的H點(diǎn)位于足部拇指參考點(diǎn)之后的水平距離（mm）；Z——H點(diǎn)距離加速踏板踵點(diǎn)的高度（mm） 其中H點(diǎn)的計(jì)算如下：（為方便計(jì)算，以后腳跟支點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系。） 圖4.1 駕駛員腳步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖 圖4.1中點(diǎn)A為腳踝，l為腳踝高度，為腳踝到后腳跟的水平距離，a為踏板傾角。根據(jù)公式： a=78.9-0.015z-0.0000173z 同時(shí)依據(jù)圖中的幾何關(guān)系獲得： a= 踵點(diǎn)到腳踝的距離為： 則踝關(guān)節(jié)的位置可以表示為： 綜合以上，結(jié)合幾何知識(shí)得出H點(diǎn)的坐標(biāo)關(guān)系為： 根據(jù)中國(guó)人體尺寸的相關(guān)數(shù)據(jù)得出H點(diǎn)的高度范圍為320mm～400mm。得出H點(diǎn)的關(guān)系式得出H點(diǎn)參數(shù)，即踵點(diǎn)與H點(diǎn)的垂直距離320mm。 座椅水平調(diào)節(jié)的范圍由SAE提供的座椅位置經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得出，步驟如下： 1. 確定座椅的高度Z； 2. 確定百分位身材級(jí)別； 3. 依據(jù)公式計(jì)算座椅水平調(diào)節(jié)量。 例如：選取座椅高度為300mm，代入對(duì)應(yīng)的百分位計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式。 =629.6+0.981427z-0.00226230 =913.7+0.6723316z-0.00195530 △x=-=219mm 從人機(jī)工程學(xué)的角度來(lái)說(shuō)：座椅的位置與尺寸直接決定了駕駛的性能表現(xiàn)和駕駛?cè)说纳砗托睦淼某惺苣芰Γ粡睦碚撋现v：針對(duì)一種特定的人體尺寸設(shè)計(jì)的座椅的高度存在一個(gè)適合的范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)所有的座椅尺寸都符合人機(jī)工程學(xué)的要求。因此要想滿足座椅高度的廣泛性要求，只需求出大尺寸百分位和小尺寸百分位的座椅高度的重疊范圍，這樣的一個(gè)范圍就是座椅高度調(diào)節(jié)的合適范圍。 運(yùn)用公式分別求得大、小尺寸的座椅高度適合范圍： 小尺寸：第五百分位，座椅高度的取值范圍：200mm～400mm 大尺寸：第九十五百分位，座椅高度的取值范圍：320mm～480mm 則座椅高度的調(diào)節(jié)范圍為重疊范圍的320mm～400mm，范圍長(zhǎng)度為80mm。 4.3 家用轎車(chē)駕駛?cè)俗蔚脑O(shè)計(jì)參數(shù) 4.3.1 家用轎車(chē)駕駛?cè)俗蔚脑O(shè)計(jì)基準(zhǔn)參數(shù) 決定座椅參數(shù)的基準(zhǔn)主要有三點(diǎn)，如下： 踏腳平面：無(wú)論是什么樣的座椅，踏腳平面是設(shè)計(jì)座椅的最基本的。座椅平面與踏腳平面之間的距離決定了駕駛員下肢的姿勢(shì)。但踏腳平面只能決定座椅部分參數(shù)，因此我們稱(chēng)之為初始基準(zhǔn)。 H點(diǎn)：又稱(chēng)股骨大轉(zhuǎn)子，是股骨微弱鎖骨轉(zhuǎn)動(dòng)的軸心（軀干與大腿的鉸接點(diǎn)）。具有足蹬式操作器的坐姿設(shè)計(jì)一般以H點(diǎn)座椅設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。 坐具參考點(diǎn)：又稱(chēng)SRP點(diǎn)，是人體采取坐姿時(shí)，大腿下側(cè)與后背兩條包絡(luò)切線的交點(diǎn) 坐骨結(jié)節(jié)：一般坐具通常采用坐骨結(jié)節(jié)作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。 以上三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)可以通過(guò)一定的方式互相轉(zhuǎn)化。 4.3.2 家用轎車(chē)駕駛?cè)俗蔚钠渌麉?shù) 駕駛員座椅的主要設(shè)計(jì)參數(shù)還包括：坐墊深度、坐墊寬度、坐墊高度、坐墊后傾角、坐墊與靠背夾角、靠背高度等。 4.4 家用轎車(chē)駕駛?cè)俗蔚慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 座椅作為決定駕駛員駕駛時(shí)坐姿的最重要的汽車(chē)組成部件，對(duì)駕駛員的疲勞的消除或緩解具有重要的作用，好的座椅能夠使駕駛員感到舒適，有助于駕駛員的日常操作，而座椅骨架作為決定駕駛員座椅整體構(gòu)架與外形的最重要的內(nèi)在支承機(jī)構(gòu)是十分重要的，好的座椅骨架能夠使座椅更好的支承駕駛員。 4.4.1家用轎車(chē)駕駛?cè)俗慰勘车墓羌茉O(shè)計(jì) 如前文中分析所得數(shù)據(jù)，座椅靠背的線條形狀應(yīng)當(dāng)貼合人體正常的腰背曲線，這樣才能使駕駛員在腰背完全放松的條件下無(wú)壓力和不適的操作汽車(chē)，并且使疲勞的產(chǎn)生的時(shí)間大大延長(zhǎng)，優(yōu)化駕駛員的駕駛條件。同時(shí)座椅的靠背不僅僅要給腰背以支承和放松，對(duì)駕駛員的肩部也要有有效的支承，并且要求對(duì)駕駛員的身體位置有一定的限制效果，用來(lái)防止駕駛員位置或駕駛時(shí)姿勢(shì)的突然改變，從而影響駕駛安全，全面的保護(hù)駕駛員。因此座椅骨架的大致曲線應(yīng)當(dāng)和人體的放松時(shí)的腰背曲線貼合，像一個(gè)拉長(zhǎng)的“S”。同時(shí)，骨架中用小鋼管用以連接和固定，第一保證座椅的強(qiáng)度與硬度，用以在發(fā)生碰撞的情況下保護(hù)駕駛員的安全和免受傷害；第二保證座椅的外形，加上軟墊和蒙皮后，保證駕駛員乘坐時(shí)座椅的形狀依舊保持正常的腰背形狀；第三可以減少材料的使用，降低生產(chǎn)成本；第四有效的增加座椅靠背的散熱面積，防止因?yàn)樯岵痪鴮?dǎo)致駕駛員的不適和引發(fā)疲勞。 1.畫(huà)出座椅靠背骨架的大體形狀，并用凸臺(tái)命令進(jìn)行拉伸。 2.采用鏡像命令生成另一側(cè)的骨架外形，并且使用凸臺(tái)命令生成支承固定用的鋼管。 3. 使用凸臺(tái)命令生成連接坐墊與靠背的連接件，并生成頭陣骨架。 4.4.2 家用轎車(chē)駕駛員座椅坐墊的骨架設(shè)計(jì) 按照之前就駕駛員座椅的尺寸分析，我們?nèi)●{駛員坐墊的坐寬為395mm，坐墊深度基礎(chǔ)值為415mm，但由于座椅的設(shè)計(jì)必須滿足廣大駕駛員的大部分人的需求，因此座椅的坐深和坐寬需要適當(dāng)加大,同時(shí)為了保證座椅坐墊能夠給予駕駛員一個(gè)向后靠的力，因此座椅傾角選擇范圍為2°～10°，加上要保證駕駛員足夠的乘坐與駕駛的舒適度，因此，本次設(shè)計(jì)座椅坐墊的坐深為420mm，座椅坐墊的傾角設(shè)計(jì)為5°。 1.凸臺(tái)命令生成座椅坐墊與汽車(chē)駕駛室地板的連接件和座椅四周骨架。 2.凸臺(tái)命令生成坐墊的受力部分。 3.使用命令切割出散熱用的小孔。 4.使用凸臺(tái)命令生成后傾的坐墊前部受理部分。 5.使用命令生成坐墊與靠背的連接部分和座椅前部下端的支撐部分。 4.5 家用轎車(chē)駕駛?cè)俗蔚耐庑卧O(shè)計(jì) 駕駛員座椅的外形需要大氣美觀，并且整體需要與汽車(chē)的內(nèi)飾布局等等有效的結(jié)合，因此在此只是簡(jiǎn)單提出幾點(diǎn)我的意見(jiàn)，并不做做具體的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。座椅的外形最主要的便是貼合駕駛員的腰背曲線，這樣保證了駕駛員的乘坐舒適感，同時(shí)座椅的外觀采用曲線的設(shè)計(jì)不會(huì)給人帶來(lái)生硬的感覺(jué)；除此之外座椅的四周需要較中心較高，這樣可以有效的固定駕駛員的位置，起到輔助安全駕駛的作用。 頭枕作為保護(hù)駕駛員頭部的重要部件，頭枕的設(shè)計(jì)尤其重要，頭枕的主要尺寸如下： 表3 頭枕主要數(shù)據(jù) 項(xiàng)目 長(zhǎng) 寬 高 連接梁半徑 厚度 尺寸/mm 200 80 120 50 20 4.6座椅連接調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì) 汽車(chē)作為一個(gè)大眾產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)的座椅具有廣泛的適應(yīng)性，但是也不能排除一些特殊情況的出現(xiàn)，因此設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)裝置來(lái)調(diào)節(jié)座椅的一些基本參數(shù)就十分有必要，調(diào)節(jié)的內(nèi)容包括座椅靠背的傾角、座椅的的前后、座椅的高低、座椅的溫度、座椅的濕度等等。此次設(shè)計(jì)主要針對(duì)最常見(jiàn)的座椅的前后與高度調(diào)節(jié)。 4.6.1座椅的水平前后調(diào)節(jié)裝置 座椅前后調(diào)節(jié)裝置選擇內(nèi)外導(dǎo)軌式的結(jié)構(gòu)。在裝置的兩側(cè)通過(guò)調(diào)節(jié)操作桿來(lái)連接與控制，并且裝置帶有鎖止機(jī)構(gòu)，用以防止座椅的隨意調(diào)節(jié)。當(dāng)座椅調(diào)節(jié)到滿意的時(shí)候，松開(kāi)調(diào)節(jié)桿，調(diào)節(jié)桿會(huì)由于復(fù)位彈簧的作用自行鎖止，借此來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)座椅前后位置的目的。 在鎖止機(jī)構(gòu)的外導(dǎo)軌上具有8mm等距的鎖止用的小孔，每次鎖止需要使用到3個(gè)7*7mm的小孔，一共17個(gè)，因此調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)范圍為 （17-3）*（8+7）=210mm 因此調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)范圍為±105mm。 4.6.2座椅靠背的角度調(diào)節(jié)裝置 該調(diào)節(jié)裝置主要是對(duì)座椅坐墊與靠背的夾角進(jìn)行調(diào)解和鎖止，本次設(shè)計(jì)中我們采用最常見(jiàn)的棘輪棘爪的結(jié)構(gòu)，如圖4.2。 裝置主要組成結(jié)構(gòu)如下：外側(cè)上板、外側(cè)下板、內(nèi)板、連接桿、板簧、鎖止機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)裝置等等。 工作原理為：當(dāng)調(diào)節(jié)裝置在調(diào)節(jié)時(shí)，連接桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)帶動(dòng)板簧使鎖止機(jī)構(gòu)解除鎖止，這時(shí)在靠背上施加向后的力，就可以使座椅靠背向后，使靠背與坐墊的角度變大。當(dāng)調(diào)節(jié)到合適的角度并松開(kāi)調(diào)節(jié)裝置時(shí)，在板簧的作用下，調(diào)節(jié)裝置會(huì)恢復(fù)到最初的位置，方便下次的調(diào)節(jié)，并且進(jìn)行鎖止。 靠背角度調(diào)節(jié)裝置主要是依據(jù)內(nèi)板上的戶型開(kāi)槽來(lái)決定的，本次設(shè)計(jì)的弧度為80°～180°。 圖4.2 調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)圖 4.6.3 座椅的高度調(diào)節(jié)裝置 該調(diào)節(jié)裝置主要是對(duì)座椅的水平高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，采用一套鉸接桿件和調(diào)整螺桿組成。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上下兩端分別固定在底座側(cè)板和軌道上，這樣桿件和側(cè)板、軌道形成了穩(wěn)定的整體，防止變形。 調(diào)整時(shí)，高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主調(diào)整一側(cè)的豎直方向發(fā)生位移，通過(guò)兩側(cè)連接的桿件來(lái)傳導(dǎo)至另一側(cè)，帶動(dòng)另一側(cè)也做出相應(yīng)的豎直位移，從而達(dá)到座椅高度調(diào)節(jié)的目的。 4.7家用轎車(chē)駕駛?cè)俗蔚娜S圖 第5章 家用轎車(chē)駕駛?cè)俗卧O(shè)計(jì)的分析 第 5 章 家用轎車(chē)駕駛?cè)俗卧O(shè)計(jì)的分析 5.1 駕駛舒適性驗(yàn)證 此次座椅設(shè)計(jì)的對(duì)象是滿足大部分的中國(guó)駕駛員，因此選取第5百分位和第95百分位的人體模型進(jìn)行駕駛舒適性的驗(yàn)證。如果駕駛時(shí)人體各部位所成角度在舒適角度范圍內(nèi)，則座椅的駕駛舒適性得到保障。 表5.1 人體關(guān)節(jié)角 舒適范圍（度） 第5百分位（度） 第95百分位（度） 腳面與小腿夾角 90～110 92 109 小腿與大腿夾角 95～135 125 133 大腿與軀干夾角 95～120 113 101 軀干與后臂夾角 10～45 15 28 后臂與前臂夾角 80～120 112 127 前臂與手掌夾角 170～190 179 180 靠背角 20～30 28 21 從表中檢測(cè)數(shù)據(jù)看出，各部位角度在許用范圍內(nèi)，因此座椅的舒適性得到了基本的保障。 5.2 駕駛方便性驗(yàn)證 由于本文的座椅位置計(jì)算選用的是SAE所提供的座椅位置經(jīng)驗(yàn)公式，因此設(shè)計(jì)過(guò)程中也考慮到了駕駛員操作的便捷性，所以本文的座椅設(shè)計(jì)滿足操作便捷性的需求。 第6章 全文總結(jié) 第 6 章 全文總結(jié) 本文運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的科學(xué)理論來(lái)指導(dǎo)中國(guó)家用轎車(chē)駕駛員座椅的設(shè)計(jì)，并且利用中國(guó)人體模型來(lái)分析得到中國(guó)人體尺寸數(shù)據(jù)來(lái)作為座椅設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)參考。并且對(duì)駕駛員的坐姿進(jìn)行了簡(jiǎn)單實(shí)用的探討，總結(jié)出適合駕駛員長(zhǎng)期駕駛的舒適坐姿來(lái)指導(dǎo)駕駛員座椅的外形和骨架設(shè)計(jì)，還分析了國(guó)內(nèi)外駕駛員座椅的發(fā)展歷程和現(xiàn)如今的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了本人的一些看法與見(jiàn)解。本次論文的具體研究情況和看法總結(jié)如下： （1） 運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)知道座椅設(shè)計(jì)，使得座椅的使用更加人性化，也更加方便便捷。通過(guò)此次對(duì)人機(jī)工程學(xué)的了解，我發(fā)現(xiàn)這是一門(mén)對(duì)有關(guān)人的科學(xué)研究都具有深刻意義的學(xué)科，運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)的理論對(duì)人們來(lái)說(shuō)是一種全新的進(jìn)步，人們?cè)诟幼⒅匦阅艿耐瑫r(shí)也更加重視了自己的感受，這大大促進(jìn)了科學(xué)的進(jìn)步。也減少了機(jī)器對(duì)人的誤讀帶來(lái)的傷害。 （2） 通過(guò)研究中國(guó)人體模型，得出中國(guó)人體尺寸數(shù)據(jù)，用于指導(dǎo)座椅的設(shè)計(jì)，使得座椅更加適合廣大中國(guó)駕駛員的乘坐。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了中國(guó)人在過(guò)去的二十幾年的巨大變化。作為研究者或者生產(chǎn)者更應(yīng)該實(shí)時(shí)地掌握這種變化，從而對(duì)自己的研究及時(shí)的作出調(diào)整。 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1] GB10000-88.中國(guó)成年人人體尺寸[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) [2] GB/T 15759-1995.人體模板設(shè)計(jì)和使用要求[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) [3] 李恭國(guó).論人機(jī)工程學(xué)中人體模型的建立[D].福州：福州開(kāi)發(fā)區(qū)職業(yè)中專(zhuān)學(xué)校，2009 [4] 毛恩榮,張紅.車(chē)輛人機(jī)工程學(xué)[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2007 [5] 張國(guó)華.對(duì)汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)的探討[J]. 汽車(chē)技術(shù),2000（6） [6] 谷正氣.轎車(chē)車(chē)身[M].人民交通出版社，2002 [7] 李莉.座位作業(yè)腰背痛生物力學(xué)分析機(jī)工效學(xué)評(píng)價(jià)[D].北京醫(yī)科大學(xué)，1993 [8] 汪加麗.座椅傾斜方向與角度對(duì)人體生理與心理反應(yīng)的影響[D].國(guó)立成功大學(xué)，2003 [9] 周一鳴.車(chē)輛人機(jī)工程學(xué)[M].北京理工大學(xué)出版社，1999 [10] 王云祥，呂衡發(fā)，張書(shū)琴.人體解剖學(xué)[M].第6版.長(zhǎng)春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，2001 [11] 胡耀民.人體解剖學(xué)標(biāo)本彩色圖譜[M].廣州：廣東科技出版社，1998 [12] 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