基于安全人機工程學的汽車座椅系統(tǒng)設計與優(yōu)化

1、名目 HYPERLINK l _TOC_250019 緒論1 HYPERLINK l _TOC_250018 第一章座椅系統(tǒng)的安全性功能分析1 HYPERLINK l _TOC_250017 第二章座椅設計與駕駛疲勞的關系分析2 HYPERLINK l _TOC_250016 2。1 人體坐姿生理特性分析2 HYPERLINK l _TOC_250015 2。2 人體坐姿的壓力分布3 HYPERLINK l _TOC_250014 2。3 人體對車內(nèi)振動的反應3 HYPERLINK l _TOC_250013 2。4 人體對微天氣的反應4 HYPERLINK l _TOC_250012 第三章

2、座椅的安全性設計4 HYPERLINK l _TOC_250011 3。1 靠背設計對安全性的影響4 HYPERLINK l _TOC_250010 3.1。1 靠背形狀4 HYPERLINK l _TOC_250009 3.1。2 靠背傾角4 HYPERLINK l _TOC_250008 。3 靠背高度5 HYPERLINK l _TOC_250007 安全性對座墊的要求5 HYPERLINK l _TOC_250006 3。2.1 座墊高度5 HYPERLINK l _TOC_250005 3。2.2 座墊寬度5 HYPERLINK l _TOC_250004 3.2。1 座墊深度53.

3、2.2 座墊傾角6 HYPERLINK l _TOC_250003 3。3 頭枕的安全性設計6 HYPERLINK l _TOC_250002 3。4 座椅總成強度設計6 HYPERLINK l _TOC_250001 第四章結論7 HYPERLINK l _TOC_250000 參考文獻7 PAGE PAGE 8緒論部其他部件也起著主導作用.汽車座椅作為汽車部件之一不僅為乘員提供了舒適而且還在汽車受到意外碰撞過程中提供了安全保障.現(xiàn)代汽車座椅的機械結構主要由頭枕、靠1體，減緩路面不平傳給人體的沖擊并減 弱由此而引起的振動。給駕乘提供舒適、安全的乘坐條件和便于駕駛操作的良好的工作條件 .體，減

4、緩路面不平傳給人體的沖擊并減 弱由此而引起的振動。給駕乘提供舒適、安全的乘坐條件和便于駕駛操作的良好的工作條件 .從人的方面入的姿勢主要有坐、躺、站三個動作.無論是居家、工作、交通還是休閑，坐著的時間占其中的相當大的比率。在當今社會中,汽車在人的生活中有著相當大的作用，工作、休些由于乘坐和駕駛的引發(fā)的健康問題也相繼出現(xiàn)。究其原因，汽車座椅難逃干系。寸；有的是將國外引進的汽車座椅的尺寸照搬進行“仿制設計。而實際中對于座椅設依據(jù)對用戶的分析得出設計目標并進行實際的設計工作.汽車座椅作為安全部件是在被動保護中起決定性作用的組成部件.首先,在事故中它要保證乘員處在自身的生存空間之內(nèi)，并防止其他車載體進

5、入到這個空間.其次，要使除了防止事故發(fā)生的功能，座椅還應具有在乘員與其發(fā)生碰撞時(在事故中乘員與車內(nèi)之碰撞的能量。座椅安全功能失效時可引起以下幾種形式的乘員損害：a。在正面碰撞中,座椅與車身連接強度不夠,座椅脫離車體，使乘員逸出其生存空椅的乘坐外廓設計不當,在前方碰撞時會使乘員沿座椅下滑，使腰部安全帶移到浮肋以，這是極為不利的約束姿態(tài)。b。在后部碰撞中，假如頭枕設計過低或與靠背的相對位置設置不當會引起胸部與頭部的加速度差,作用在頸部上的這個差值超過一定程度后會對乘員造成致命損害。前排座椅靠背的強度不足,會在其本身質量及乘員質量的慣性力作用下向后發(fā)生較大的彈性變形以至塑性變形，失去對乘員的支撐作

6、用，使前排乘員射向后排座椅或后窗,并傷及后排乘員.汽車座椅的安全性設計目標就是避開上述諸種不利情況的發(fā)生.響駕駛與乘坐舒適程度的重要設施，對于減少駕駛員疲勞程度,降低事故發(fā)生率有重要1.人機工程學是一門綜合性較強的新興交叉學科，它是從人的生理和心理特點動身，研究人、機、環(huán)境相互適性，而且影響整車內(nèi)外造型和尺寸參數(shù)，進而影響整車性能和市場競爭力。2。1 人體坐姿生理特性分析生。在坐姿狀態(tài)下，支持人體的主要結構是脊柱、骨盆、腿和腳等。最舒適的坐姿是臀部稍離靠背向前移，使上體略向上后傾斜,保持上體與大腿間角在90115，同時，小腿向前伸, 大腿與小腿、小腿與腳掌之間也應達到一定角度,如圖2所示,否則

7、會造成腰部酸痛、疲勞等不舒適的感覺。此時，腰椎、骶骨和椎間盤及軟組織承受坐姿時上身大部分負荷,還要實現(xiàn)彎腰扭轉等動作( 圖3)，對設計而言，這兩部分最重要.圖2 舒適的坐姿關節(jié)角度圖3 脊柱的形狀及組成2。2 人體坐姿的壓力分布人體的質量在靠背和坐墊上的壓力分布叫坐姿的體壓分布。依據(jù)人機工程學的研力合理地分布到坐墊和靠背上；壓力分布應從小到大平滑地過渡，避開突然變化 .圖4力并非均布，由前面分析可知,舒適的坐姿是肩部和臀部同時支撐身體質量，因而應依據(jù)布應使坐骨部分承受的壓力最高，由坐骨周圍擴展到臀部外圍，壓力逐漸降低,直到與坐墊前緣接觸的大腿下平面趨于最低值.靠背上的體壓分布則應以肩胛骨和腰椎

8、骨兩個部位的壓力最高。這就是靠背設計中所強調的“兩點支撐。4 座椅各部位的受力圖2。3 人體對車內(nèi)振動的反應有關研究表明，人體最敏感的頻率范圍為縱向振動48Hz,橫向振動12Hz。當外界振動接近器官的共振頻率時，即產(chǎn)生共振,振幅迅速增大，此時引起器官的生理反應一般來說，坐姿工作時，由于人腿的減振作用大大降低，抗振性要比站姿工作時差,特病。振動對駕駛員操縱的影響主要表現(xiàn)為視覺作業(yè)效率的下降和操縱動作正確性變差.當振動頻率低于2Hz時，由于眼肌的調節(jié)補償作用，使視網(wǎng)膜上的映像相對穩(wěn)定，因此對視覺的干擾作用不大,但當振動頻率大于4Hz動頻率為1030Hz時，對視覺的干擾最大，振動頻率為50Hz、加速

9、度為2m/s2時，視覺50。振動對操縱動作正確性的影響，主要是由于振動降低了手（或腳）的穩(wěn)定繁傳進大腦皮質，引起大腦皮質細胞興奮。當達到一定限度時,皮質細胞的工作強度將減弱，人就會感到疲乏，工作效率明顯下降.2。4 人體對微天氣的反應人置身于高濕度、高溫度的條件下，往往會感到渾身不適、四肢乏力，工作不能持久研究表明，駕駛員在駕駛狀態(tài)下的舒適溫度為1823，舒適濕度為40%60，代謝量為1。02.0met。座椅對人體熱環(huán)境的主要影響因素有:座椅表面的溫度和濕度。的形成.座墊、頭枕、座椅總成強度等設計參數(shù)?？勘吃O計對安全性的影響靠背形狀據(jù)國外有關文獻介紹,在中低等速尾部撞車時,不管靠背為何傾角,即

10、使乘員沒有佩的提高和安全性要求的嚴格,桶式座椅將廣泛地用于汽車座椅設計中?？勘硟A角汽車在發(fā)生嚴峻的尾部撞車時,會發(fā)生乘員沿座椅靠背向上竄動的現(xiàn)象 ,這種現(xiàn)象驗表明佩帶安全帶后，可有效地抑止這種現(xiàn)象.從安全性考慮希望靠背的初始傾角取小95105,100115。3 靠背高度靠背高度是指座墊上平面（空載時）至靠背上端平行于靠背平面的尺寸,相關人體尺寸是座墊上平面至肩高尺寸（女子 5 百分位為 518mm,男子 50 百分位為 598mm，男子95641mm)?？勘掣叨冗^低，乘員得不到可靠的肩靠，靠背高度過高，影響駕620mm,對于有頭枕的座椅，780mm，680830mm.國外有關統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,尾部

11、撞車事故占全部汽車事故的 121,而人員傷亡則占頭枕比可分離式頭枕作用更佳。安全性對座墊的要求。1 座墊高度肌肉受壓，又保證不因椅面過低而增加背部肌肉負荷.3.2.2 座墊寬度伸展以尋取支承,這樣會引起肩部疲勞。另外座寬受車寬的限制。3.2.1 座墊深度座墊深度設計的原則是在充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理的支承.人體在坐姿狀態(tài)下的支撐機構為：脊柱、骨盆、腿和腳，椎骨下為骨盆,骨盆由骶尾段與髖骨構成,髖骨下部為坐骨.假如安全帶約束骨盆,則約束力通過骨盆傳至坐骨，這樣，骨盆因此,從安全性方面考慮，為適于大多數(shù)人的需要，座墊深度應按臀部至大腿表面全長3/4430mm，對于座墊深度470mm，3

12、80mm。3。2.2 座墊傾角可以較好地保護乘員.而發(fā)生后部撞車時，情況則相反，此時腰帶有下滑的趨勢。為遏制這種趨勢,駕駛員座椅座墊傾角向上,撞車時,慣性力使大腿繞 H 點向上轉動,這種運動阻止了腰帶的下滑,這樣，安全帶就可以更好地約束人體。所以,從安全性考慮,希望座墊傾角做大些，車速越高其駕駛員座椅座墊傾角也就越大。但座墊傾角過大,則操縱48為宜。頭枕的安全性設計頭枕在汽車尾部撞車時，能限制人的頭部向后運動,避開脊髓受損導致截癱。當發(fā)為使頭枕很好地保護頭部，頭枕應當有一定彈性,能很好地汲取能量,具備緩沖功能,減50可以調節(jié),以便使人的頭部與頭枕充分接觸。3。4 座椅總成強度設計在凹凸不平的路

13、面上，產(chǎn)生車體的隨機振動，對汽車座椅產(chǎn)生隨機動載荷,它是汽車座速、制動、減速、撞車等,在這些情況下,汽車座椅承受著很大的沖擊載荷,尤其是撞車時,作用于座椅上的沖擊力將非常大，很可能造成骨架斷裂，嚴峻變形或使調節(jié)機構失靈。因此，汽車座椅必須有足夠的強度,以確保:座椅上的人所受的損害最??；座椅的壽命應足夠長，不致過早變形或損壞；受沖擊載荷作用時，座椅不應發(fā)生斷裂、嚴峻變形等損壞現(xiàn)象.所以，設計座椅時必須對汽車座椅固定強度、安全帶固定點強度進行計算,必須對滿足強度要求.汽車座椅設計的首要任務是滿足安全性的要求，其次才是滿足高舒適性、低成本、質量小及美觀等要求。人機工程學應用于汽車座椅設計，能使座椅符合人體需求,從而保證乘坐和駕駛的舒適性和行車安全性 .能提高人車接口的設計水平.隨著數(shù)字化設計最佳水平。由于本人自身水平的限制,文章中還存在著不盡人意的地方，在以后的工作和學習條件下身體安全.以上是作者對自己研究成果的概括.作者針對自己的研究結果對將來