畢 業(yè) 設 計（論 文） 設計(論文)題目： 微型汽車乘客座椅設計 　　　　　　　　 學生姓名： 二級學院： 班　　級： 提交日期： 目錄 目 錄 摘 要 III Abstract IV 第1章 緒論 1 1.1 汽車座椅的發(fā)展趨勢和市場需求 1 1.2汽車座椅的三種需求 1 1.2.1安全性 1 1.2.2舒適性 1 1.2.3外觀性 1 第 2 章 汽車座椅的性能和設計要求的相關介紹 2 2.1 汽車座椅的性能 2 2.2汽車座椅的設計要求 3 第 3 章 汽車座椅的結(jié)構(gòu)和分類 4 3.1 汽車座椅的結(jié)構(gòu) 4 3.2 汽車座椅的分類 5 第 4 章 汽車座椅的研究與設計 6 4.1 汽車座椅設計的基本依據(jù) 6 4.2 汽車座椅強度的概述[3] 7 4.2.1汽車座椅的疲勞強度[3] 7 4.2.2汽車座椅的靜強度[3] 7 4.2.3汽車座椅的沖擊強度[3] 8 4.3 汽車座椅與人體生理學的相關研究 8 4.3.1人體的坐姿 8 I 4.3.2人體舒適性坐姿的生理特征 10 第 5 章 微型汽車中排座椅的設計 14 5.1人機工程學的概述[12] 14 5.2 乘客的人體尺寸的研究 14 5.3人體的靜態(tài)尺寸和人體測量尺寸 14 5.4人體坐姿功能的尺寸 16 5.5微型汽車中排座椅設計的主要參數(shù) 17 5.6汽車座椅的結(jié)構(gòu)設計 19 5.7汽車座椅的造型設計 19 5.8設計心得 25 第6章 總結(jié)全文 27 參考文獻 28 致 謝 30 II 摘要 III 微型汽車乘客座椅設計 摘 要 隨著經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展，汽車已經(jīng)普遍成為了現(xiàn)代人的代步工具，對汽車座椅的乘坐要求也在慢慢提高。本文針對某款微型汽車，以人機工程學為依據(jù)，研究我國的人體基本尺寸，著重考慮乘員坐姿生理特性及人體對車內(nèi)振動等兩大方面的要求，設計一款能既能保證乘客安全舒適感，也具有一定抗疲勞的座椅。從而來找出舒適的坐姿，本文主要是對長安歐諾這款微型車的中排座椅進行了改善設計。最后，對設計出來的座椅進行舒適性、可調(diào)節(jié)性、適應性等的分析，檢驗此次設計成果。 關鍵詞：座椅;人機工程學;坐姿;舒適性;安全性 I Abstract Mini?car?passenger?seat?design Abstract With the development of economy and technology, automobile has generally become the modern transport, on requirements for car seats is slowly improving. A miniature models, the author of this paper, based on ergonomics, studies our country basic dimensions of the human body, mainly considering the crew sitting physiological characteristics and the demands on a two big aspects, such as the vehicle vibration, can design a can not only ensure the safety of the passenger comfort, also has a certain fatigue resistance of seats. To find a comfortable sitting position, this article is mainly to changan boediono middle seat to improve the design of this kind of mini. Finally, the designed seat comfort, regulatory and adaptability analysis, and to test the design results. Keywords: Car seat;?Ergonomics;?Posture of sitting;?Comfort?and?Safety IV 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1 汽車座椅的發(fā)展趨勢和市場需求 現(xiàn)在我們的社會經(jīng)濟發(fā)展的速度是非?？斓?，汽車工業(yè)的發(fā)展速度也非常的快，所以人們對汽車座椅也有著一定的乘坐要求?，F(xiàn)在的消費者對于自己所選擇使用的產(chǎn)品不僅要滿足安全性，而且要滿足一定的舒適性，有時還要有更高的要求就是讓產(chǎn)品和自己的生活和品位相符合，所以在使用時有了更加愉快的精神體驗和滿足，從而使得現(xiàn)在越來越多的設計師要考慮買方市場的需求。 我國的汽車產(chǎn)業(yè)在不停地發(fā)展中，汽車的座椅的性能也在不斷地提高。對于簡單的汽車座椅，事實上，我們更渴望追求舒適安全的汽車座椅。汽車座椅作為直接與人體接觸的部件，對汽車的安全性有著重要的影響。良好的座椅結(jié)構(gòu)不僅能夠提高乘坐舒適性，而且直接關系著乘員的安全。本文對座椅進行了人機工程學的分析研究，從滿足人體脊椎正常生理彎曲的這一要求出發(fā)，考慮人體的健康、舒適及相關的坐姿特性，將座椅的設計重點主要放在影響座椅靜態(tài)舒適性方面的因素即座椅與人體的尺寸和生理特征的匹配。 1.2汽車座椅的三種需求 1.2.1安全性 這幾年，汽車數(shù)量的增加，可以說現(xiàn)在家家戶戶幾乎都有一輛汽車，汽車道路的交通事故數(shù)量也呈逐年上升的趨勢，但是隨之而來的就是交通事故數(shù)量的增加。汽車座椅是把乘客和座椅聯(lián)系在一起，座椅約束著乘客，從而來保證乘客的安全，現(xiàn)在安全的汽車座椅更受人們的歡迎。 1.2.2舒適性 現(xiàn)代人希望在車上有一種享受和放松狀態(tài)，汽車座椅能讓車內(nèi)乘坐人員有一個好的乘坐姿勢，使得他們血液循環(huán)正常，讓乘客不會有什么不舒適感。這也是現(xiàn)在人們選擇汽車座椅的一個參考。 1.2.3外觀性 現(xiàn)在很多年輕人都追求時尚潮流，所以他們也會對汽車的外觀有所追求，越來越多的消費者開始去追求座椅外觀的包裝。 1 第 2 章 汽車座椅的性能和設計要求的相關介紹 第 2 章 汽車座椅的性能和設計要求的相關介紹 2.1 汽車座椅的性能 汽車座椅的安全性指的是汽車座椅能夠盡量去阻止發(fā)生交通事故，同時能減小車內(nèi)乘客的受傷程度。汽車座椅的安全性分兩種：主動安全性和被動安全性。 （1）汽車座椅的主動安全性 汽車座椅座椅可以盡可能地防止交通事故的發(fā)生。汽車座椅的舒適性和主動性安全是有聯(lián)系的，舒適的座椅可為乘客提供一個良好的乘坐環(huán)境，使他們心情愉悅，集中精力，從而能減少交通事故的發(fā)生，進一步提高汽車的主動安全性。 （2）汽車座椅的被動安全性 在汽車發(fā)生了不可避免的碰撞事故后，座椅可以約束車內(nèi)乘客，從而來達到減少乘員受傷的程度或者是盡量確保乘客不受傷。 如果汽車座椅安全動能失效的時候，車內(nèi)的乘坐人員會受到不同程度的受傷。當汽車在正面受到碰撞的時候，車內(nèi)的乘坐人員依靠汽車座椅和安全帶的連接，如果汽車車身和座椅相連的強度不夠的時候，汽車座椅就可能會和汽車車體相分離，從而導致了車內(nèi)乘坐人員脫離他們的生存空間。這種情況下，車內(nèi)的乘坐人員就可能在自己慣性力的作用促使之下，就會跟前排靠背碰撞，這會導致乘坐人員胸部或者是頭部受到傷害；如果汽車前排座椅的靠背的強度足夠大時，后排乘坐人員因為前排座椅而其頸部或者是頭部受傷。有時候由于座椅結(jié)構(gòu)的不合理，還會使得乘坐人員沿著汽車座椅下滑，緊接著腰部的安全帶就會滑到肋骨之上，這也就是“潛水”現(xiàn)象，這是種非常不好的約束姿勢。汽車在追尾的過程中時，汽車的座椅系統(tǒng)對車內(nèi)乘坐人員起著非常重要的作用，如果汽車座椅的頭枕過低或者是和座椅靠背之間的位置設計不合理的時候，就會讓乘坐人員的頭部和胸部的會產(chǎn)生很大的壓力差值，如果這個差值作用在乘坐人員頸部超過了一定的范圍值，會導致乘客受傷，嚴重的話乘客可能會失去性命。汽車在發(fā)生側(cè)面碰撞的時候，此時的汽車座椅是一個非常重要的吸收能量的部件，在一定程度上有著減少乘坐人員受傷的作用。除了和安全帶的配合之外，還要考慮在汽車座椅的側(cè)面安裝碰撞的安全氣囊，這樣就能更好的提高對車內(nèi)乘坐人員安全保護的作用（如圖2.2所示）。 圖2.2 座椅側(cè)碰氣囊裝置 2 2.2汽車座椅的設計要求 根據(jù)汽車座椅的性能和功能，對汽車座椅的設計進行了滿足[1]： （1）設計是非常合理的，乘坐者有良好的姿勢和身體壓力分布，乘坐舒適性； （2）有足夠的剛度和強度，能夠承受人的各種動作的作用力； （3）有良好的振動性，適應人體的振動特點； （4）汽車座椅要考慮方向盤和其他操作機構(gòu)和駕駛員的視野,差距,腿部空間等等,可以適應不同大小的乘客或司機; （5）結(jié)構(gòu)與制造簡單，有良好的經(jīng)濟特性。 3 3 第3章設汽車座椅的結(jié)構(gòu)和分類 第 3 章 汽車座椅的結(jié)構(gòu)和分類 3.1 汽車座椅的結(jié)構(gòu) 汽車座椅框架是汽車座椅的最重要的部分，現(xiàn)在一般微汽車座椅由靠背，頭枕，調(diào)節(jié)裝置，以及座椅坐墊和座椅配件。如圖3.1所示： 圖3.1汽車座椅結(jié)構(gòu)示意圖 我們通過對汽車座椅骨架的設計，來保證汽車座椅的強度。通過設計汽車骨架和選擇汽車骨架的材料來使汽車座椅可以為乘坐人員提供乘坐的安全和有效的支撐，同時也可以來承受一定的載荷。到現(xiàn)在為止，汽車座椅的骨架正常由鈑金和管材料焊接組成的，材料正常地都選用Q23S，如果座椅承受的力比較大的話，都會選用強度更高的板材料，比如SAPH440等等，同時為了增加它的強度，應該設計加強筋。另外，汽車座椅的骨架還要考慮到在發(fā)生碰撞交通事故后和承受負載以后的疲勞強度，可以使得汽車車內(nèi)的乘坐人員與汽車車內(nèi)的裝飾件盡可能的不會再發(fā)生二次碰撞，從而來保證汽車車內(nèi)乘員的安全（如圖3.2所示）。 圖3.2汽車座椅骨架示意圖 汽車座椅的骨架分成兩種，分別是汽車靠背骨架與汽車座墊骨架，在不同的用途下就可以采用不同的形狀的骨架結(jié)構(gòu)。 汽車座椅的調(diào)節(jié)機構(gòu)是汽車座椅的組成部分之一，而且我們最常見的調(diào)節(jié)機構(gòu)之一就是汽車座椅的滑軌，它能將座椅和整車地板相連接起來。乘員可以通過汽車座椅的調(diào)節(jié)機構(gòu)來調(diào)節(jié)自己乘坐時比較舒適的座椅位置，大多數(shù)的有八向、二向、四向、六向等，其中就包含了汽車座墊上下的調(diào)節(jié)、汽車座墊前后端獨立的上下調(diào)節(jié)、汽車座椅靠背角度的調(diào)節(jié)，還有就是汽車座椅前后的調(diào)節(jié)。 3.2 汽車座椅的分類 從座椅的性能、乘坐人員數(shù)量、形狀等角度出發(fā)，汽車座椅可以有一下分類（有由于考慮角度的不用，一個汽車座椅可有屬于2個以上的類屬）[2]: （1）按形狀分類。 a)分離式座椅； b)戽斗式座椅； c)半分離式座椅； d)長凳式座椅。 （2）按性能分類。 a）固定式； b)活動式； c)可拆式； d)調(diào)節(jié)式（調(diào)節(jié)靠背傾斜角、前后、上下、整體角度）。 (3)按乘坐人數(shù)分類。 a)單人用； b)雙人用； c)多人用； d)輔助座椅（包括兒童座椅），輔助座椅通常用于大客車、運動車、大型乘用車和旅行車。 5 第5章 微型汽車中排座椅的設計 6 第4章 汽車座椅的研究與設計 第 4 章 汽車座椅的研究與設計 4.1 汽車座椅設計的基本依據(jù) 系統(tǒng)工程在設計座椅時，它涉及到的方面很廣。在設計汽車座椅最重要的目的就是座墊的傾角和座墊的深度的確定。座墊的深度比較大時，乘客的身體會相對的往前移動，會使得乘客的腰部不能有良好的支撐，讓乘客乘坐時有不適感；座墊的深度比較小的時候，就不能很好地來支撐乘客的大腿部位，所以會讓乘客有不舒適感。所以，汽車座椅的座墊傾角為了能夠使得乘客有安全性的同時也要具備了舒適性，我們一般把傾角定為2°～10°。 汽車座椅的靠背最緊要的是針對強度和造型來進行設計。設計靠背的時候，不同的靠背傾角，人體背部受到的壓力也不同?？勘车膶挾纫约案叨纫话阄覀兌紩x擇480 mm和600 mm。當靠背傾角大于110°時，椎間盤壓力明顯會變小，所以我們在設計時要考慮座椅靠背合理的傾角。為了提高乘客乘坐的舒適性，靠背傾角調(diào)整的范圍應該盡可能的大。一般微型車是80度到170度，公交車是95度到135度，車是100度到115度。到目前為止，我們新研制的一種新型空氣護腰的設備，該設備利用氣囊有平或擴展的規(guī)律性，以達到為乘客領域擠，如頸肩部和腰部，這個目的就是給乘客進行局部按摩，從而提高了舒適度（如圖4.1所示）。 圖4.1 新型空氣腰支撐裝置 汽車座椅的蒙皮是材料包裝在座椅表面上，它能直接接觸乘坐人員。它一定能阻止燃燒，它的燃燒特性一定要符合GB 8410-1994《汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性》的要求。 調(diào)節(jié)機制，主要包括前后位移調(diào)節(jié)機構(gòu)、座椅高度調(diào)節(jié)機構(gòu)，前排座椅的坐墊和靠背角度調(diào)整機構(gòu)高度調(diào)節(jié)機構(gòu)。高度調(diào)整的范圍要滿足大部分乘坐人群的使用要求，并且我們要根據(jù)人機工程學原理來進行確認，一般調(diào)整的范圍為0～100 mm，來使得一個座墊角度和靠背角度的鎖定和調(diào)整。汽車座椅減振機構(gòu)包括阻尼元件和彈性元件，對于汽車座椅的振動，外力會使汽車座椅的振動阻尼系統(tǒng)，那么，彈性元件可以使汽車座椅回到初始位置，使振動阻尼力逐漸消失。 4.2 汽車座椅強度的概述[3] 影響汽車座椅安全性的主要原因是汽車座椅的強度特性。汽車座椅的強度特性將直接影響到汽車座椅的安全性，汽車座椅的強度是目前設計人員必須考慮的一個設計。在汽車的過程中，汽車座椅的負荷要承受許多種，所以汽車座椅必須有足夠的強度，從而保證乘客的最小傷害；座椅的使用時間應該是足夠長的時間，不要太早的變形或損壞；當受到?jīng)_擊載荷時，座椅不應損壞，嚴重變形和其他損壞 [4][5]。從汽車座椅的載荷形式，可分為汽車座椅的靜強度、疲勞強度和沖擊強度的座椅。 4.2.1汽車座椅的疲勞強度[3] 汽車座椅的疲勞強度可分為2個部分，分別是座椅墊架的疲勞強度和疲勞壽命。針對軟性墊層的疲勞壽命，研究了大變形的一般使用，使用了非線性有限元法，帕特里克1986眼的座椅墊的簡化模型，座椅坐墊為多和高度的座椅墊厚柱單元，在壓力下的氣柱不會橫向變形，圓柱體之間受剪應力的相互作用[4]。該模型的分析不僅可以用來在強度的坐墊上，也可用于計算人體內(nèi)的壓力分布。另外，在工程實踐中，我們也試著通過疲勞試驗的方法來研究汽車座墊的材料性能，然而骨架的疲勞強度問題就涉及到了金屬材料長時間使用后累計的損傷理論、可靠性設計等等方面的研究內(nèi)容，一般采取以試驗為主的方法進行研究[6]。 4.2.2汽車座椅的靜強度[3] 汽車座椅在實際工作中承受的載荷十分的復雜，在試驗室中很難體現(xiàn)出來，所以人們用靜態(tài)加載的方式將各種工況折算為一種極限載荷來研究座椅的承載能力[7]。在各個國家的座椅強度標準中，都規(guī)定了如果座椅要成為衡量承載符合能力的統(tǒng)一標準，那么久一定要滿足靜態(tài)強度的要求。因為在靜態(tài)載荷的情況下對軟墊的影響非常小，所以通過考慮座椅骨架材料及結(jié)構(gòu)形式兩個方面內(nèi)容來對靜強度問題進行研究。在一般的整體閥座結(jié)構(gòu)形式、靠背架通過滑道和座椅墊架連接，當靠背承受負荷，傳遞路線是非常復雜的；出現(xiàn)在八十年代后期分散開的框架結(jié)構(gòu)的靠背框架直接連接到滑動[ 8 ]，可以簡化流程，可以很好的靜強度有所提高，特別適用于座椅設計整體約束。為了實現(xiàn)減少座椅的重量，在現(xiàn)代汽車座椅除了使用異形截面薄壁桿，而且也越來越像使用復合材料。就像用鎂合金座椅框架的主要材料，滿足強度要求的條件下，總重量可降低40%（5.5千克）[9]。 8 4.2.3汽車座椅的沖擊強度[3] 汽車座椅沖擊強度的主要內(nèi)容是通過模擬與試驗分析相結(jié)合的方法，對汽車座椅的強度特性進行研究，并對汽車座椅的沖擊載荷進行研究，可以讓它在汽車發(fā)生碰撞事故中能很好地保護車內(nèi)乘坐人員。但在中等或者高強度的追尾碰撞事故中，柔性靠背不足以為乘員提供有效的保護，駕駛員與后排乘客之間發(fā)生碰撞，因此需要提高座椅靠背的強度。[11]。在過去的幾十年里，研究汽車座椅的安全性主要集中考慮在汽車尾部發(fā)生碰撞是對車內(nèi)乘客的保護上，以這種方式，設計了剛性設計和柔性設計的2個設計概念。 4.3 汽車座椅與人體生理學的相關研究 4.3.1人體的坐姿 坐著是人們的自然姿勢之一，座椅對于人們的生活十分重要，無論是學習、工作、外出旅游或者是在室內(nèi)休息我們都離不開座椅。在生物學上，當人們坐、臀部、腿、脊柱和腳支撐整個身體。其中主要是腰椎和胯骨來支撐人體的重量。在整個的脊椎骨中受到最大力的部位是第三和第四節(jié)的腰椎，所以腰椎就比腰椎上方的椎骨結(jié)構(gòu)大而且硬很多。坐著的時候，人體的尾椎因為受到了壓力所以會往前呈彎曲狀態(tài)，因此有著緩沖震蕩的作用。髖關節(jié)部分的底部是人體坐骨，在坐骨結(jié)節(jié)的形狀的字母“L”。當我們坐在那里時，會有向下的抵抗來支撐身體的重量。 當我們坐在座位上，如果姿勢不好，骨盆很容易下沉，小心地接觸到骨盆的兩側(cè)，我們會發(fā)現(xiàn)骨盆向后傾斜，然后我們會駝峰或腰酸背疼的感覺在脊柱和胸廓的交界處。對于一直坐在電腦前工作的上班族來說，坐姿不好的話經(jīng)常是造成腰酸背疼最主要的因素。我們的脊柱像一個杠桿，當我們坐在前面，如果頭部傾斜，以支持向前傾斜的頭部，這將使骨韌帶拉力的力量，當這個拉力大于韌帶所能承受負荷的范圍，這個力隨之會轉(zhuǎn)到人體背后的肌肉上，因為這樣我們的肌肉就持續(xù)地暴露在這個張力之下。時間久了背部、腰部肌肉以及頸部就會有酸痛的感覺。以下有幾種危險的錯誤坐姿： （1）把腳放在車內(nèi)的中控臺上（如圖4.2所示）： 在乘坐汽車的過程中尤其是長途坐車的時候，車內(nèi)乘客很容易感到累，不少乘客為了緩解疲勞就喜歡頻繁地改變坐姿，最常見的就是前排乘客把腳放在中控 8 臺上。事實上，這樣的姿勢是更舒服，如果是在休息時，這種姿勢是可以理解的，但如果汽車行駛在這個姿勢是非常危險的。第一，把腳放在中控臺上會直接擋住駕駛員觀察右側(cè)后視鏡的視線，這樣會影響行車的安全；同時在汽車緊急剎車等情況下，會影響氣囊的正常彈出，并且車內(nèi)乘員自身的保護和即時的反應也會受到一定的影響，所以一定要禁止這種坐姿。 圖 4.2 錯誤坐姿（1） （2）手腳伸出窗外： 與第一種錯誤坐姿相類似，乘客的手或者是腳伸出窗外也是經(jīng)常見到的，這種坐姿比較放松，但是這種坐姿存在一定的安全隱患，而且很多小孩子喜歡把頭伸出窗外，這種情況是非常危險的。 如果是前排乘員出現(xiàn)這種坐姿，會擋住駕駛員觀察右側(cè)后視鏡的視線，導致行車不安全。 （3）靠背放的過平（如圖4.3）： 乘坐汽車的時候，把座椅靠背調(diào)整到適合自己的角度是自己感到舒適這個是非常重要的，合適的角度可以在乘坐汽車時感到舒適，但是有一些乘客把座椅調(diào)節(jié)的“太過于舒服”反而會影響行車的安全。有時候我們會發(fā)現(xiàn)很多坐在副駕駛的乘員把座椅的靠背放的很平，身體完全是躺著的，這種姿勢雖然很舒服但是存在著很多不小的安全隱患。 首先就是座椅的靠背雖然放的很平，但是車內(nèi)乘客安全帶的角度是沒什么改變的，躺平以后安全帶就會脫離乘員的肩部，緊急情況下，很難保證車內(nèi)乘員的安全。其次，由于這種姿勢本來就已經(jīng)很低了，緊急剎車的時候乘客就會脫離安全帶的約束，膝蓋最先碰撞到中控臺，同時彈出的氣囊就不能保護低坐姿乘員的 9 安全。還有就是乘客平躺的時候不能很好地觀察前方的動態(tài)，所以會在發(fā)生緊急情況下不能做出及時的反應。 圖 4.3 錯誤坐姿（3） 4.3.2人體舒適性坐姿的生理特征 脊柱是支撐人體的主要部分，它由24節(jié)椎骨，5塊骸骨和4塊尾骨組成的，從上到下椎體分別是12節(jié)胸椎和5節(jié)腰椎以及7節(jié)頸椎這幾部分組成（如圖4.4所示）。 圖 4.4 人體脊柱構(gòu)造 因為每節(jié)椎骨所承受的重量從上面到下面呈現(xiàn)的是逐節(jié)增加的，所以椎骨從上面到下面是慢慢變粗變大。支撐人體體重最大的是人體的腰椎部分，所以腰椎是椎骨中最粗最大的部位。我們換個角度，從側(cè)面觀察人體的脊柱，我們可看到的是脊柱的胸、骸、頸、腰四個部位都呈現(xiàn)彎曲狀態(tài)。人體脊柱呈現(xiàn)的彎曲幅度如圖4.5所示，如果人體突然地改變了這種非常自然的彎曲狀態(tài)，就可能會改變椎間盤的壓力，從而會使人們感到腰部疼痛。 10 圖4.5 人體在各種不同狀態(tài)下腰椎彎曲 人們保持坐姿的狀態(tài)，它會被身體的上半身和大腿的重量所支撐。我們會發(fā)現(xiàn)，有2個圓形骨頭在人體的骨盆，這是所謂的坐骨節(jié)點。座椅有著不同的用途，所以對兩點的支持作用也不同。腰靠支承是讓乘客疲勞和背疼得到減輕的最好的方法，不然維持腰部彎曲的幅度單單靠肌肉會引起腰部肌肉的受傷。大腿的主動脈是緊挨著膝蓋的后面和大腿的下表面，在這個大腿上，如果有點持續(xù)的壓力都會讓乘客感到極度的不舒適感和腫脹感，所以會要借助適當?shù)貋頊p少座墊的深度，或者是修圓座墊的前端以及座墊采用材質(zhì)軟的泡沫塑料的方法來防止這種狀況的發(fā)生。人體坐骨下面的座墊表面應該是接近于水平的，（如圖4.6所示，帶有股骨的骨盆部位的前視圖），股骨在股節(jié)中伸出連接骨盆的球孔。 11 圖4.6股骨正常位置 當乘客就座時，座椅表面上的壓力分布和座椅靠背的分布是壓力分布（如圖4.7所示），這與座椅和座椅的結(jié)構(gòu)密切相關。體壓分布的測量我們現(xiàn)在通常采用等高線的形式來測量體壓分布，從而使壓力分布狀況很好地反應出來。 （a）靠背 (b)座墊 圖4.7人體在靠背和座墊上最適宜的體壓分布 在乘客坐著的時候，乘客的自身重量的大部分（約80%）通過背面的凸起部分，附著的肌肉和在座椅表面髖關節(jié)（如圖4.8所示）。 圖4.8座椅各部位的受力分布 14 第5章 微型汽車中排座椅的設計 第 5 章 微型汽車中排座椅的設計 5.1人機工程學的概述[12] Man-Machine Engineering是人機工程學的英文名，人機工程學是用于人、機及其工作環(huán)境中的一個主體之間的相互作用。人機工程學最早開始于 20 世紀初，在這個時期的人機關系上都是以機器為主，然后讓人去適應機器。直到第二次世界大戰(zhàn)末至 50 年代初期，因為設計的不合理以及操作人員缺少經(jīng)驗，所以發(fā)生了很多的意外事故，此時，人們才開始慢慢的意識到人主導的重要性，單靠工程技術(shù)知識是沒有辦法去做出好的設計，所以還要有人體測量學、生物力學以及生理學等學科方面的知識，就這樣人機工程學慢慢朝著科學的方向發(fā)展，因此人機工程學開始向科學的方向發(fā)展，也開始重視“人的因素”在設計的重要地位，不再是人去適應機器，而是機器來適應人。60 年代初期到現(xiàn)在，在機械方面的設計，以人為中心，讓機器的操作不能超越人的操作極限之中，同時研究的方向也發(fā)生了改變，作為一個整體的人-機-環(huán)境的研究，以獲得最高的系統(tǒng)的整體效率，這個階段可以被稱為現(xiàn)代人機工程學 [13]。汽車座椅對舒適性的影響非常大[14]各個國家的廠家在座椅的設計和研發(fā)時，都利用到了人機工程學原理，充分地考慮到了人體尺寸，車內(nèi)乘客的坐姿，體壓和人體自身重量等等的原因。我的設計對象是長安歐諾中排座椅，查閱書籍，結(jié)合人機工程學來完成此次的設計內(nèi)容。 5.2 乘客的人體尺寸的研究 用人體模型來描述人體的尺寸是必要的。人體測量學是通過測量人體工程學、人體各部位的尺寸來確定在群體和個體之間的大小差異，提供工程設計或工業(yè)設計的人體測量數(shù)據(jù)（表5.2 人體尺寸表）。 表5.2人體尺寸表 5.3人體的靜態(tài)尺寸和人體測量尺寸 人體靜態(tài)尺寸是建立在人體尺寸模型的基礎上。在1989年7月，國家標準GB 10000-88開始落實，這個標準以人機工程學的要求為依據(jù)，得出了《中國成年人人體尺寸》中的我國成年人人體尺寸的基礎數(shù)據(jù)。通常我們測量人體尺寸都是在正常坐著時和立正的姿勢狀態(tài)下來測量的，在設計的時候，一般也要以正常坐著時和立正時的人體尺寸來進行考慮(表5.3所示，人體坐姿尺寸)。通過對我國人體尺寸的統(tǒng)計表明，人體尺寸符合正態(tài)分布。但是我國人口很多，不同地區(qū)人體尺寸也存在著一定的差別。 表5.3 人體坐姿尺寸 續(xù)表5.3 15 根據(jù)規(guī)定，起先我們要利用GB11559-89中所規(guī)定的三維H點測量裝置(如圖5.4所示)按GB11563-89中規(guī)定的H點來確定座椅的H點。 圖5.4三維H點測量裝置 根據(jù)人體結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)，身高數(shù)據(jù)不是連續(xù)的。假如我們可以找到一種測量的人體尺寸的計算公式，當我們輸入乘客的身高時，直接就可以計算出其它所需要的尺寸數(shù)值。統(tǒng)計資料表明，存在這種公式，換種說法就是說明人體測量尺寸符合統(tǒng)計的規(guī)律。這種規(guī)律就是，人體的結(jié)構(gòu)測量數(shù)據(jù)和人體的體重以及身高是息息相關的，表5.5列出了以身高為基本參數(shù)的主要的人體尺寸經(jīng)驗公式。 表5.5人體各部分和身高的比例(H指身高) 代號 項目 男 女 亞洲人 歐美人 亞洲人 歐美人 1 眼高 0.933H 0.93 7H 0.933H 0.937H 2 肩高 0.844H 0.833H 0.844H 0.833H 3 肘高 0.600H 0.625H 0.600H 0.625H 4 臀高 0.467H 0.458H 0.467H 0.458H 5 脛骨點高 0.267H 0.313H 0.267H 0.313H 6 肩寬 0.222H 0.250H 0.213H 0.200H 7 前臂長 0.267H 0.250H 0.267H 0.250H 8 手臂長 0.467H 0.438H 0.467H 0.438H 9 坐高 0.533H 0.531H 0.533H 0.531H 10 坐姿眼高 0.467H 0.458H 0.467H 0.458H 11 坐姿膝高 0.267H 0.292H 0.267H 0.292H 12 坐姿肩高 0.334H 0.333H 0.334H 0.333H 13 坐姿肘高 0.123H 0.125H 0.123H 0.150H 14 坐深 0.267H 0.275H 0.267H 0.275H 15 小腿加足高 0.233H 0.250H 0.233H 0.250H 16 坐姿大腿厚 0.080H 0.086H 0.080H 0.086H 17 臀膝距 0.320H 0.342H 0.320H 0.342H 5.4人體坐姿功能的尺寸 我們說的產(chǎn)品功能尺寸是指人體尺寸參數(shù)為基礎，考慮到一定的產(chǎn)品的功能的相對車身尺寸參數(shù)，然后進行一些修改的產(chǎn)品尺寸。人體姿勢的生物力學分析可以得出，臀部稍向左的向后移動，然后向前移動是最舒服的坐姿，身體稍向后傾斜，保持上身和大腿之間的夾角在90°～115°的范圍內(nèi)（如圖5.6所示）。 圖5.6 舒適的坐姿關節(jié)角度 17 5.5微型汽車中排座椅設計的主要參數(shù) 中排座椅設計的主要參數(shù)有：座墊深度、座墊寬度、座墊高度、座墊角度、座墊與靠背的夾角、靠背寬度、靠背高度。 中間排座椅靜態(tài)參數(shù)的選擇原則：正常的坐姿體大小是座椅的幾何形狀，以確定基準，以下是座椅的主要參數(shù)的選擇方法： 1、頭枕：枕頸上的乘員起到緩解疲勞的作用，同時在緊急制動時，對乘員的能量吸收起到保護作用，防止乘員受傷造成的緊急剎車。根據(jù)設計，確定了頭枕的設計高度和調(diào)整范圍，并根據(jù)人機布局進行了設計。枕頭表面應滿足舒適性要求。頭枕至少裝在耳緣水平，頭部和頭部之間的距離至少為20厘米。垂直輸出或更大的拉力最大為250 N，頭枕桿解鎖力至少為20N，頭枕桿滑動力不能少于35 N，頭桿插入是一個不能少于70 N的力，而且能夠很容易地對其進行調(diào)整，必須要符合GB 11550-1995《汽車座椅頭枕性能要求和試驗方法》中的規(guī)定。 2、坐墊墊層：墊層的設計是優(yōu)選的，以確定墊層和墊層的深度。墊層深度的設計原則是充分利用了靠背的情況，讓臀部得到合理的支持。身體處于坐姿，坐骨和腿的腿形成穩(wěn)定的支撐。座墊深度過大，造成身體相對向前，不好的腰部支撐，引起疲勞；座墊深度過小，由于缺乏良好的大腿的支持，因此，墊層厚度應按3 / 4髖關節(jié)到大腿長度的表面設計，一般為400～480mm。座椅角度應既安全又舒適，一般為2-10°，這里取10°。 3、座寬：是指垂直寬通過R點的座位中心垂直平面和墊層表面最大寬度。座椅寬度必須能夠容納一個人的強大的構(gòu)建。參考尺寸為髖寬，女性大小的上限為設計依據(jù)；為了使乘員能夠調(diào)整坐姿，座椅寬度大于髖關節(jié)的寬度。寬，也不能太大，否則肘關節(jié)伸展兩側(cè)尋取軸承，這將導致肩部疲勞。由于長安歐諾這款微型車的中排座椅為雙人座，根據(jù)過去的經(jīng)驗和根據(jù)室內(nèi)空間的大小取為980毫米的寬度。 4、椅子面高度：座椅高度應靠近乘員大腿的水平，雙腿自然放置，這不是由于高座椅表面和大腿肌肉的壓縮，而且要保證座椅不太低，增加背部肌肉負荷，根據(jù)經(jīng)驗取高度為350mm。 5、座椅表面傾斜角：指的是座椅平面和水平面之間的角度。主要有兩點：一是由于重力、背對背得到支撐，可減少背部肌肉的靜壓力；二是防止乘客坐在座位邊上，這往往是在振動中的駕駛員座椅的環(huán)境是非常重要的。脊柱是由身體前屈直，破壞正常的腰椎曲線，形成一個緊張的姿勢，以及壓迫腹部，長時間乘坐會造成身體上的傷害。因此，傾角不能太大，一般為5度到15度，通過以前的經(jīng)驗取10度角。 6、座椅深度：指的是座椅中央面，座椅的前邊緣的垂直切線到坐墊最后端線的距離。 18 正確的座椅深度應該讓腰部支撐。作為一個身材矮小人體的大腿長度，前緣壓迫膝蓋的壓力敏感區(qū)域更大的，所以如果你想從椅背上的支持，你必須改變腰部正態(tài)曲線; 否則，人要移到前面的邊緣，以避免壓膝，但不支持的背后，這2種坐法是不舒服。為了適應廣大乘客，深度應當按照百分小的人群的設計，使身材矮小是坐著舒服，個子高的人只要小腿得到穩(wěn)定的支持，不會引起大腿的應力疲勞，一般微型轎車座椅深度在400-420毫米，只需要滿足正常的需要，因為本文設計的是某款微型車的中排座椅，而且考慮到成本需要選取310毫米。 7、座椅框架：座椅框架主要由兩部分組成，背架與座架，通常用直徑20-25mm，2mm壁厚焊接鋼管或無縫鋼管彎曲法制造；也可以用1-3mm厚鋼板沖壓或成型制造方法。本次骨架設計采用25毫米口徑鋼管焊接而成。 8、靠背：靠背的主要設計的強度設計和造型設計，設計時應使高度的背面，外形符合人體曲線，放松背部肌肉的狀態(tài)，并能給予背部和肩部有效可靠的支撐，使乘坐人員保持穩(wěn)定的姿態(tài)，必須有足夠的側(cè)背支撐，從而避免水平滑動高速彎角。設計時，背面的高度和寬度分別為600毫米和480毫米。但本文設計的是某款微型汽車，很容易把雙排座高度選為600mm，寬度選取為795毫米。不一樣的靠背角度會出現(xiàn)不同的椎間盤壓力負荷，背部肌肉受到的壓力也不同。當超過110°傾斜，椎間盤壓力明顯下降，因此合理的靠背角度設計應考慮。一般的卡車是100度到115度，公交車是95度到135度，車是80度到170度。根據(jù)經(jīng)驗和基準車數(shù)據(jù)確定的傾角為80度到110度。 表5.7 汽車乘客座椅外觀尺寸與設計依據(jù) 5.6汽車座椅的結(jié)構(gòu)設計 一般對于我們來說座椅的構(gòu)造模型指的就是經(jīng)過簡化后的模型，在座椅結(jié)構(gòu)簡化模型中，由一個個細化的單位慢慢組成一個理想化的簡化結(jié)構(gòu)（如圖5.7所示）。 19 I 18 圖5.8 汽車座椅結(jié)構(gòu)簡化模型 5.7汽車座椅的造型設計 骨架： 21 彈簧： 23 22 24 固定片： 坐墊： 靠背： 座椅頭枕： 整體三維效果圖： 此次設計，我選擇了中等身材的人群為例，選用了百分位50的人體模型，對于原來該車的前排位置保持不變，然后坐墊前端與前排座椅靠背之間的距離變?yōu)闉?00mm，人體模型乘坐時θ5為102°，θ4為96°，θ1為18°，因為100°<θ5<120°，90°<θ4<115°且10°<θ1<20°，滿足舒適坐姿的角度范圍，所以設計的座椅能滿足乘客乘坐時的舒適性。 5.8設計心得 這次對于長安歐諾這款微型車進行的改裝設計只是一個探索 ，其中存在一些參考價值，但是也存在很多不足的地方，可能還有一些隱患。長安歐諾這款微型車的中排座椅是兩個分獨立的座椅，而我對其中排座椅改裝設計后變成了一個整體式的雙人座椅。改裝后的整體式雙人座椅，有了多余的空間方便人們放東西，而且乘客有足夠的空間進入汽車的后排座椅，雖然，乘客可以將長安歐諾中排獨立式座椅折疊，然后進入后座，也可以通過兩個獨立座椅的中間進入座椅，但是相比整體式中排座椅，不會讓空間顯得擁擠，可以很方便地讓乘客進入后座，同時也能節(jié)約時間。 改裝后不足的地方就是整體式雙人座沒有了安全帶，不像獨立式座椅自帶著自己的安全帶，因為本人的專業(yè)知識面有限，希望通過以后的生活學習中，能進一步地研究一下整體式座椅安全帶結(jié)構(gòu)特征。改裝后的獨立式座椅，沒有設計到靠背的調(diào)教器，只把靠背角度設置了一個固定的角度，這個角度也是根據(jù)經(jīng)驗和基準車數(shù)據(jù)確定的傾角80度到110度來設置的。 通過這次對長安歐諾中排座椅的改裝比原來的獨立式座椅，讓汽車的空間變大了，不會顯得那么擁擠，有足夠的地方讓乘客放自己的東西。通過這次改裝設計，讓我學習到了更多有關汽車座椅方面的知識。 26 第6章 總結(jié)全文 第6章 總結(jié)全文 隨著現(xiàn)代社會的迅速發(fā)展，汽車也逐漸進入家家戶戶的生活。人們在忙碌的生活中，也追求著乘坐汽車的舒適感，所以對汽車座椅的要求也隨之提高了。本文以人為主，利用人機工程學來滿足乘客對汽車座椅的需求，從而尋求一種“人-機-環(huán)境”的和諧。本文是設計了一款長安歐諾微型汽車的中排座椅，通過對汽車市場需求的分析，以人為依據(jù)，從人體基本尺寸和人體坐姿尺寸出發(fā)，對人體生理學進行研究，然后查閱有關書籍從而來確定座椅的一些基本尺寸來進行設計的。設計出一款座椅不僅能使乘客感到舒適，而且也能保證乘客的乘坐安全。然后用CATIA軟件來畫出座椅的三維視圖，讓人們更清楚地看見座椅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。由于本人關于這方面的知識有限，本文有很多不足的地方，會在以后的工作生活中更深入地去研究汽車座椅的其他方面內(nèi)容。 雖然研究汽車座椅有一定的歷史了，但是社會在發(fā)展，對汽車座椅的研究也不能停下來，要隨著社會的發(fā)展，根據(jù)當時人們的需求來進一步改善座椅。同時也希望國家能重視到這一塊來，畢竟汽車座椅關乎到了人們的安全問題，所以必須重視起來，出臺一些國家標準，讓這些有關企業(yè)得到重視，更好地去設計制造汽車的座椅，讓人們的安全得到保證。 27 參考文獻 參考文獻 [1]張金換等.汽車碰撞安全性設計.清華大學出版社，2010.2. 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[29]GB10000-88中國成年人人體尺寸.北京：國家技術(shù)監(jiān)督局，1989,7. 29 致謝 致 謝 感謝孟妍妮老師，在這段時間對我的耐心指導，幫助我完成畢業(yè)設計。孟妍妮老師從一開始就幫助我選題，當我選的題目有點不合適的時候，老師就會建議我，通過老師的指導和建議，我確定了題目，接下來的目標也更加明確了。在寫論文的過程中，老師大半夜地還接受我傳給她的文件然后給我她的建議，有時候會提前提醒我要提交文件，督促我論文應該到哪個進度了，讓我有了更好的想法和思緒來完成我的論文。最后還是要好好感謝孟妍妮老師用自己休息的時間來指導幫助我，像朋友一樣，陪著我一起走過這段時間。 時間過得很快，快四年過去了，四年前那個憧憬著大學的女孩，如今已經(jīng)是一個即將畢業(yè)的大四生，大學給了我很多美好的回憶。感謝四年來車輛工程系老師給我的幫助和教育，陪伴著我一起走過這四年，謝謝老師們！ 30