1、CAD09-10班指导教师（签名）指导教师评语评阅成绩： 评阅教师签字：答辩记录成绩： 提问教师签字： 小组意见答辩成绩： 答辩小组组长签字：摘 要 汽车是二十世纪最显著的人文标志之一，它改变了人们的生活方式和对时空和价值的观念，为丰硕人类社会的物质生活和精神文明做出了庞大奉献。本文研究了人的坐姿舒适度及生理特性，研究了人与座椅的人机关系，在这一基础上，进行了座椅设计研究的实习，结合我国汽车座椅的设计和利用现状，找出现有汽车座椅的不足，以人机工程学、人体测量学、统计学、生理学和汽车设计等学科的理论为依据，对汽车座椅进行了综合研究，重点对人机工程和座椅强度进行了研究。 个人研究的重点:一、座椅存
2、在的问题；二、用户人体尺寸研究；3、坐姿相关的人体生理学研究；4、从知足乘员的需求动身，肯定中排座椅的各个参数并突出座椅尺寸设计与人体尺寸的相关性。关键词：驾驶座椅；安全性设计；舒适型设计； 优化；Abstract Automobile, one of the 20th century most remarkable humane signs, it change life style of people with spatio-temporal conception and the values conception in time, have made enormous contribut
3、ion for material wealth and spiritual civilization of the human society. This text has studied peoples physiology of position of sitting and psychological characteristic, the man-machine relation between people and seat, on the basis of this, carry on users needs investigation, and seat design to su
4、rvey and study on the spot factory, Accord with the design of the automobile seat of our country and use, find out the deficiency that the existing car drives the seat, as the basis with the theory in disciplines, such as man-machine engineering, human surveying, statistics，physiology，anatomy and in
5、dustry design ,etc., have carried on comprehensive research in driving the seat. The priority research in man-machine engineering and strength test.Focal point of individual research: 1, Existing problem of the seat; 2,the study of users human size; 3,the study of human physiology, anatomy that the
6、position of sitting is correlated with. It set out to meet drivers demands, is it confirm each parameter of seat and stress seat size design with human dependence of size.Key Word: Ergonomics Car seat Position of sitting Comfortable degree.第 1 章 前言汽车座椅属于汽车的大体装置，是汽车的重要安全数件。在汽车中它将人体和车身联系在一路，直接关系到乘员的驾乘
7、舒适性和安全性。1886年德国人戴姆勒制成了最先的汽车座椅，其座垫是以棉花等软填料作为芯子，靠背是用木板和木条围成。一百连年来，随着汽车的进展和人们要求的不断提高，汽车座椅已不再是单纯知足乘坐和美观需要的车身部件，而是关系到汽车的驾乘舒适性和安全性，集人机工程学、机械振动、控制工程等为一体的系统工程产品。随着我国汽车工业的迅猛进展，人们对汽车的乘坐舒适性及安全性等方面的要求愈来愈高。其中，作为影响汽车舒适性和安全性的重要内饰部件汽车座椅的设计、研发，已愈来愈引发汽车业界的重视。我国汽车工业产业部已将汽车座椅列为四十种优先进展的关键零部件之一。汽车座椅是用来支撑成员的质量，缓和和衰减由车身传来的
8、冲击和振动，从而为乘员提供良好的工作条件，并为乘员创造舒适和安全的乘坐条件。因此，座椅设计的好坏，对汽车的平顺性、乘坐舒适性、安全性及操纵方便性等有专门大的影响，必需要全面综合的考虑，才能设计生产出知足各方面要求的产品。作为连接部件的汽车座椅，对其性能要求愈来愈高，设计与研究领域十分广漠。本课题的主要任务是按照乘员的安全性、舒适性与座椅的动静态特性分析，对长安一款微车的中排座椅进行结构设计，运用画图软件绘制出中排座椅的三维实体造型。通过查阅相关资料，对汽车座椅相关知识有了较深切的理解，并掌握了汽车座椅的设计思路；选取长安一款微车，肯定以其中排座椅为设计对象；了解并掌握了中排座椅的靠背骨架总成结
9、构与坐垫骨架总成结构，按照人机工程学原理，结合乘员的安全性与舒适性，肯定了汽车座椅的结构尺寸；学习三维制图软件，并绘制所设计座椅的三维实体造型。本课题的内容能够归纳为以下几个方面：第一，在阅读大量文献的基础上，要求对汽车座椅材料有全面的了解；第二，对座椅各方面的性能进行研究与分析；第三，参考我国对座椅系统强度的法规要求，对座椅骨架的静态强度进行分析；第四，对长安微车的座椅骨架总成进行设计；第五，绘制汽车座椅的三维实体模型。第六，相关总成实验。本课题研究的意义： 从社会的角度:汽车走进千家万户，人们对汽车的情感也有所转变，从以前的遥远、到此刻的拥有，未来必将转变成挑剔。因此汽车的进展也要跟上时期
10、的步伐。座椅是汽车与人接触的界面，人们在选择汽车时，往往第一接触到的就是它的座椅。从人的角度:现代人愈来愈多地会与汽车接触，座椅的安全与舒适直接影响到人们的健康与安全。尤其是对人们脊椎的伤害。 从经济和技术的角度:汽车制造业正在迅速地向数字化设计、制造和测试这种新方式转化。在汽车产品开发CAC/CAM/CAE/PDM环境下，传统的实物模型被数字模型所取代。这使得汽车产品能够直接从设计阶段进入生产阶段，实现了汽车开发进程中多学科、多领域的集成化、并行化和协同化，缩短了产品设计开发周期，取得了更短的产品上市时刻。从那个角度来看，咱们在技术上也必然要离开以前的那种反复的设计实验周期，使得汽车座椅的设
11、计走向数字化和虚拟化的道路。本文的研究设计工作对于提高汽车座椅的安全性和舒适性有重要的意义。第 2 章 汽车座椅的相关介绍2.1 汽车座椅的作用、性能及设计要求2.1.1 汽车座椅的作用座椅是汽车中将乘员与车身联系在一路的重要部件，其主要的作用是：1.为人体提供良好的支撑。座椅通过对人体提供合理的体压散布，在重要的人体结构点上支撑人体，能够有效的保证人体在车辆行驶进程中的平稳。2.为驾驶员提供良好的定位。通过座椅对驾驶员的定位，能够使驾驶员取得良好的视野，并实现了驾驶员对汽车方便的操纵。3.为乘员提供舒适的驾乘环境。座椅中各类人性化的附属设备和奢华配置，减少了路面对乘员的影响，缓和和衰减由车身
12、传来的冲击和振动，能为乘员提供优越的驾乘环境。4.在汽车受到撞击时最大限度的保护乘员的安全。合理的配置头枕和靠背的软垫，能有效的避免乘员的头颈部在汽车发生碰撞时受到伤害。简而言之，汽车座椅的功能为：在规定的条件下，能够为乘员提供舒适的环境并保证乘员的安全。可见，座椅的安全性及舒适性是其最重要的功能，也是汽车座椅在设计、研发进程中必需着重解决的问题。2.1.2 汽车座椅的性能1.汽车座椅的舒适性汽车乘坐的舒适性是汽车研发的重要课题之一，座椅的舒适性是汽车乘坐舒适性的重要组成部份，包括静态舒适性，动态舒适性和操作舒适性三方面内容：座椅的静态舒适性是指座椅在静止状下提供给人体的舒适特性，主要与座椅尺
13、寸参数、表面质量、调节特性等关；动态舒适性是指汽车在运动状态下通过座椅骨架和软垫将振动传递给人体的舒适特性；操作舒适性是乘员在车内正常活动（如操纵向盘）的舒适程度，主要与座椅和车内其他部件的布置有关。（1）汽车座椅的静态舒适性人机工程学是按照人体解剖学、生理学、心理学等特征，了解并掌握其活动能力及其极限，使生产器具、生活用具、工作环境等和人体功能相适应的科学。座椅静态舒适性是人机工程学在座椅设计中的具体应用，它通过人体舒适坐姿、合理的体压散布、人体测量的大体数据和视觉美学等方面使设计的座椅知足人的生理和心理要求，为乘员提供舒适、安全的驾驶和搭车环境。（2）汽车座椅的动态舒适性一般以为，人体对振
14、动的反映可分为两个进程：一个是振动传递到人后引发的人体各部位的振动响应；另一个是由于人体的振动响应而引发的生理反映。汽车座椅的动态舒适性与座椅和人体的振动特性紧密相关。（3）汽车座椅的操作舒适性从座椅的操作舒适性角度考虑，座椅设计应该更趋于人性化，尽可能为驾驶员和乘员在整个进程中提供最舒适的工作和乘坐环境。一方面，就座椅的各类调节装置而言，应该是使操作更易实现，而且更易达到；另一方面，在保证静态舒适性的前提下，为驾驶员提供更为广漠的操作空间也将成为座椅操作舒适性研究的主要方向。2.汽车座椅的安全性汽车座椅的安全性是指座椅能有效的预防事故的发生，并在事故发生时有效的减轻乘员所受伤害的能力。按照座
15、椅在碰撞事故发生时和发生后对减轻乘员伤害程度的不同作用，能够将座椅的安全性分为主动安全性和被动安全性两个方面。（1）汽车座椅的主动安全性座椅的主动安全性是指座椅能够有效地避免事故发生的能力。座椅系统的设计与驾驶员视野、驾驶员定位和其它汽车控制系统功能的发挥息息相关，这些系统之间配合的好坏也不同程度的影响座椅的主动安全性。应当指出的是，座椅的舒适性与主动安全性有关，舒适的座椅能够为驾驶员提供一个良好的工作环境，使其心情愉快、精力集中，从而有效地防交通事故的发生，提高汽车的主动安全性。（2）汽车座椅的被动安全性座椅的被动安全性是指汽车发生了不可避免的交通事故后，能够对车内员进行保护，避免其发生伤害
16、或使伤害降到至最低程度的性能。一个好的汽车座椅要能够减轻驾驶员及乘员的疲劳来知足主动安全性要求，更要有足够高的结构强度和刚度，以便与安全带和安全气囊一路对乘员定位的同时缓和碰撞的强度，使乘员的损伤达到最小。在增强座椅结构本身吸能性的同时，人们开始研究把安全气囊安装在座椅靠背侧面（如图21所示），为乘员提供安全保护。这种带有安全气囊的座椅已经开始应用在各类高级轿车中。图2-1 带侧碰气囊的座椅2.1.3 汽车座椅的设计要求按照汽车座椅的功用及性能，有如下的设计要求：一、座椅的尺寸和形状应令人体具有适合的坐姿并符合国家标准，并能调整其尺寸与位置来保证驾乘的舒适性。二、座椅应有良好的动态舒适性，以缓
17、和与衰减车身传给人体的冲击和振动，使驾驶员在各类道路条件下长期工作不感到疲劳或减轻疲劳，使乘员在行驶中感到舒适。3、座椅应有足够的强度和刚度，寿命长。并能在发生事故时尽可能减少乘员的受伤程度，即具有足够的座椅安全性。4、制造工艺简单，质量小，本钱低。五、能保证视野良好，驾驶员工作时操作方便，座椅调节轻便。六、外形及色彩美观大方，与车身内饰及整车外观协调。7、座椅布置及性能应符合车辆用途及整体设计要求。2.2 汽车座椅的结构和分类2.2.1 汽车座椅的结构汽车座椅伴随着汽车的诞生而出现，一百连年来，随着汽车的进展和人们要求的不断提高，汽车座椅已不是单纯知足乘坐和美观需要的车身部件，而是关系到汽车
18、的乘坐舒适性和安全性，集人机工程学、机械振动、控制工程等为一体的系统工程产品。汽车座椅一般由头枕、靠背、调节装置、座垫和座椅连接件等组成，汽车座椅骨架是汽车座椅的基础结构，可分为靠背骨架和座垫骨架两部份。如下图22所示：图22汽车座椅结构示用意座椅骨架常常利用轧制型材（钢管、型钢）制成或用钢板冲压焊接而成，并用螺钉直接固定或通过座椅调节机构固定在车身上。座椅行程调节装置、靠背角度调节装置、限位装置等是与座椅相关的一些机械装置。其中座椅行程调节装置是安装在座垫骨架和地板之间，调节座椅与地板的前后和上下位置的机械装置。靠背角度调节装置安装在座垫骨架和靠背骨架之间，是用来调节座椅靠背角度的机械装置。
19、2.2.2 汽车座椅的分类座椅的分类方式很多，按功用可分为：驾驶员座椅、乘员座椅、儿童安全座椅；按形状可分为：分离式、戽斗式、半分离式、长凳式；按性能可分为：固定式、可拆式、调节式；按乘坐人数可分为：单人、双人、多人等。最近几年来，随着汽车工业的进展，陆续开发出许多具有特殊功能的座椅，如冷热可调式座椅、防下滑式座椅、带按摩功能的座椅、带电子记忆调节装置座椅、空气悬挂式座椅等，使乘坐的舒适性、安全性及方便性取得了提高。2.2.3 汽车座椅的研究现状国外的座椅研究是伴随着汽车的诞生而开始的，经历了百余年的历史，进展超级成熟，与座椅相关的安全标准和法规已经十分完善。早在20世纪60年代，国外许多国家
20、就已经制定出国家或行业内关于保证汽车座椅安全性能的各类法规和标准，如美国强制执行的联邦机动车安全法规（FMVSS）和工商设备制造协会（BIFMA）的非强制性法规等，而且研制出多种专用实验设备。我国的座椅安全性法规标准就是参考国外的法规制定而成的。比较国外汽车座椅的研究状况，由于我国的汽车工业起步较晚，座椅的设计研究也比较掉队。从严格意义上讲，我国的座椅研究是从20世纪80年代开始的。经历了20连年的进展，目前国内已经有了很多座椅生产厂家。借助合伙的优势，他们掌握了部份设计和生产技术，但核心技术仍是只有国外少数几家生产商掌握，国内的自主设计和研发仍停留在起步阶段。掉队的设计方式是阻碍我国座椅进展
21、的重要因素。目前国内许多的座椅生产厂商还在继续沿用传统的串联生产方式，致使设计本钱高，开发周期长。而一旦出现产品质量不合格的情形，往往采取盲目加大管径、壁厚或板厚的办法。这种做法虽然能使座椅薄弱部份的性能有所改变，但会使座椅强度和刚度余量偏大，造成没必要要的材料浪费，无形中提高了产品的本钱。设计方式的掉队还体此刻座椅设计的辅助研究手腕上。目前仍有很多座椅设计和生产厂家不具有高水准的运算机辅助设计和辅助分析能力，只能沿用传统的设计方式和流程，而且对座椅安全性的熟悉还只是停留在国家法规要求上，阻碍了座椅设计的进展。我国的座椅安全性标准虽然是参考国外座椅标准制定的，但内容相对简单，要求也偏低。以座椅
22、总成静强度为例，我国标准中要求座椅总成能经受20倍总成重力的载荷，而德国的企业标准中有的则要求其能够经受24倍乃至更高的总成重力的载荷。针对经受冲击时的座椅安全性，国外已经开展了相关的研究，而我国的一些企业由于对座椅研发重视不够，尚未开展专门的研究，这不仅给座椅的安全带来隐患，而且制约了座椅的进展。随着现代汽车设计对安全、环保和节能的要求，在保证汽车座椅安全性的基础上，国外座椅结构设计也开始向轻量化、低本钱的方向进展，愈来愈多的新制造技术和轻质材料开始普遍的应用于现代汽车座椅设计。因此，我国的座椅安全性研究急需大量技术和资金的投入，才能缩小与先进水平的差距，开发出适合我国生产现状的安全、轻量、
23、低本钱的座椅。图2-3整体约束式汽车座椅第 3 章 汽车座椅的研究与设计3.1 汽车座椅设计的大体原则及依据 汽车座椅设计是一项复杂的系统工程，它涉及机械、化工、纺织、喷涂、热处理、美学、力学、人机工程学等多门学科，设计时应依据人机工程学原理综合考虑座椅的舒适性、减振性、安全性和座椅的合理布置，另外，还要考虑人体生理特征及尺寸，进行量身定做，以提高座椅的乘坐舒适性。3.1.1 汽车座椅设计的大体原则（1）安全性座椅设计时第一要绝对保证驾乘者的安全，这就要求座椅要有足够的强度，在发生碰撞时，座椅就可以够减轻事故对乘坐者造成的伤害，并能起到必然的保护作用。（2）操纵方便 设计的座椅还需操纵方便，调
24、整手柄和按钮的布置必需在驾乘者伸手能及的位置，并符合常人的适应且操纵力量适中。（3）乘坐舒适设计的座椅必需能使乘客维持良好的坐姿，使其脊柱自然弯曲，保证合理的体压散布并使其肌肉松弛，血液循环正常；并具有腰椎依托感、腰背部贴和感和侧向稳固感。能有效隔离或衰减路面产生的振动，知足大多数驾乘者坐姿舒适性的要求。座椅的尺寸须参照人体测量学数据，与就座者的人体测量尺寸相适宜；座椅的靠背结构和尺寸应给予腰部以充分的支撑，使脊柱接近于自然弯曲状态；椅面需有足够的垫料和适当的硬度，保证身体的主要重量由臀部坐骨承担，并使其有助于体重压力均匀地散布于坐骨周围区域；座椅前缘处，大腿与椅子之间压力应尽可能减少；座椅应
25、能使就坐者方便地变换坐姿，灵活平稳地进行体态自动调节，但必需避免滑脱，座椅的形状和尺度与其功用有关。汽车座椅部件主要包括座垫、靠背、头枕、骨架、蒙皮、减振机构、调整机构等。设计原则的依据是：座垫、靠背的造形和曲线应与人体放松状态下的背部曲线和臀部曲线相吻合，能支撑到腰椎部位，不会因血液循环不良而引发肢体麻木，长时刻乘坐不易感到疲劳；骨架及各机构应能知足强度（安全）要求和利用要求，通过对座椅靠背的前后、上下倾斜角度、头枕前后上劣等位置的有限调节，使大部份人处于舒适状态。3.1.2 汽车座椅设计的大体依据（1）靠背靠背的设计主要指强度设计和造型设计，设计时应使靠背的高度、形状符合人体曲线，使背部肌
26、肉处于放松状态，并能给背部、肩部有效靠得住的支撑，使驾乘人员维持稳固的坐姿，还要有足够的侧背支撑，从而避免高速转弯时的横向滑动。设计时，靠背的高度和宽度一般别离为600 mm和480 mm。不同的靠背倾角会致使不同的椎间盘压力及背部肌肉负荷。当靠背倾角超过110时，椎间盘压力显著减小，所以设计时应考虑合理的靠背倾角。为了提高舒适性，知足驾乘人员在休息时的需求，靠背倾角应为可调式，而且调整范围尽可能大。一般载重汽车为100115，大客车为95135，轿车为80170。另外，腰部支撑和扶手也能够减少椎间盘的压力。设计时，腰部支撑要有必然的厚度、硬度和透气性，确保乘坐人员的体重能够均匀地散布于座盆区
27、域。腰部支撑的位置应处于第3至第5腰椎部位，且支撑厚度以5 cm左右为宜。腰部支撑分机械支撑和空气支撑。机械支撑是通过机械装置支撑人体，支撑部位为刚性，舒适性差。空气支撑是用空气气囊来支撑人体，通过气囊控制阀控制气囊的充放气，使腰部取得良好的保护和有效支撑。腰支撑气囊一般采用0.8mm厚的聚氨酯板经高频焊接而成具有工艺简单、本钱低、耐磨性好、耐老化、利用寿命长等特点，目前已取得普遍推行。腰支撑气囊控制阀除能够控制气囊的进排气外，还能起溢流保护的作用，即当气囊内压力超过气囊的额定压力时，气囊控制阀溢流卸压，保证气囊的安全利用。目前我国新开发出一种新型空气腰支撑装置，该装置能够按必然的顺序和频率有
28、规律地对颈部、肩部、腰部等气囊进行充气、放气，利用气囊有规律的瘪或胀，实现对腰肩、颈等部位的挤压，达到局部按摩的目的，大大提高了舒适性座椅扶手的安装位置应符合人体坐姿时肘部的高度尺寸，一般安装在距座垫水平面高250 mm处。座椅扶手有固定式、角度可调式和可翻转式，可翻转式又有横向翻转式和纵向翻转式。（2）座垫座垫设计主如果座垫深度和坐垫倾角的肯定。座垫深度的设计原则是在充分利用靠背的情形下，使臀部取得合理支撑。人体在座姿状态下，坐骨与小腿足部组成稳固的人体支撑。座垫深度过大时，造成人体躯干相对前移，腰部得不到良好的支撑，引发疲劳；座垫深度过小时，会因大腿得不到良好的支撑而感到不舒适：因此，座垫
29、的深度应按臀部至大腿表面全长的3/4设计，一般取400480mm。座垫的倾角应兼顾安全性和舒适性，一般为210（3）头枕头枕是为提高汽车乘坐舒适性和安全性而设置的一种辅助装置。头枕的主要作用是保障安全，一旦汽车发生追尾碰撞，颈椎会经受到专门大的加速度而容易伤害。有了头枕的承托，能够减少头部自由移动的空间，降低对颈椎的冲击力，起到避免或减轻乘员颈部受伤的作用。依照国家标准，汽车座椅头枕属汽车整车强制认证检测项目之一，汽车前排座椅应装有头枕。头枕要起到保护颈椎的作用，正确的安装位置十分重要。头枕应该安装在至少与耳朵上缘平齐的地方，后脑与头枕之间的距离最好不要超过10 cm。目前VOLVO公司第一在
30、S80型车上推出了一种称为WHIPS颈椎保护系统（图3-1），由一个安全头枕和一个设计合理可有效而均匀地经受乘员身体运动的椅背支撑结构，和位于椅背和坐垫连接处的内置式能量吸收机构组成，具有均匀的支撑功能。一旦发生追尾撞车事故，椅背与乘员一路向后移动，在略微向后倾斜之前第一做平行运动。由于在椅背和坐垫之间的连接件上安装了可变形部件，从头枕、椅背到座垫连接成一体，给乘员的躯体有效支撑，从而进一步减轻碰撞力对乘员背部的冲击。（4）座椅蒙皮座椅蒙皮是包裹在座椅总成表面的一层材料，它直接与乘员接触，一方面对座椅泡沫有保护作用，同时又可直接表现设计者的设计用意。座椅蒙皮必需阻燃，其燃烧特性必需符合GB 8410-1994汽车内饰材料的燃烧特性要求。图3-1 WHIPS颈椎保护系统（5） 泡沫软垫目前座垫、靠背缓冲用软垫大体上是由软质聚氨酯泡沫塑料发泡而成，在汽车上应用较多的是高回弹软质聚氨酯泡沫塑料。考虑到座椅的舒适性和人体坐姿时的体压散布，需将泡沫软垫的密度设计为不同，即“软硬兼施”。主要生产方式有2种，一是拼接法，将座垫前端与大腿接触的部份用低硬度泡沫塑料，与坐骨处接触的部份用中硬度泡沫塑料，下部及双侧用高硬度泡沫塑料。这种方式
