汽車座椅設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

**理工大學(xué)畢業(yè)論文汽車中排座椅設(shè)計(jì).z.目錄摘要…………3ABSTRACT…………………4第1章緒論……………………5第2章汽車座椅的相關(guān)介紹………………62.1汽車座椅的作用、性能及設(shè)計(jì)要求……………………62.1.1汽車座椅的作用………………………62.1.2汽車座椅的性能………………………62.1.3汽車座椅的設(shè)計(jì)要求…………………72.2汽車座椅的構(gòu)造和分類………………82.2.1汽車座椅的構(gòu)造………………………82.2.2汽車座椅的分類………………………92.3汽車座椅的研究現(xiàn)狀及開展趨勢(shì)第3章汽車座椅的理論研究與設(shè)計(jì)……………………113.1汽車座椅設(shè)計(jì)的根本原則及依據(jù)……………………113.1.1汽車座椅設(shè)計(jì)的根本原則…………113.1.2汽車座椅設(shè)計(jì)的根本依據(jù)……………113.2汽車座椅與人體生理學(xué)和解剖學(xué)相關(guān)研究…………143.2.1坐姿與座椅………………………143.2.2舒適坐姿的生理特征…………………153.2.3體壓分布與坐姿疲勞…………………163.3汽車座椅系統(tǒng)強(qiáng)度特性研究173.3.1座椅的靜強(qiáng)度…………173.3.2座椅的沖擊強(qiáng)度………………………193.3.3座椅的疲勞強(qiáng)度………………………20第4章CATIA制圖軟件的介紹第5章長(zhǎng)安CM9中排座椅的實(shí)際設(shè)計(jì)……………… 225.1汽車座椅用戶需求分析225.2用戶人體尺寸研究………………………225.2.1人體靜態(tài)尺寸…………225.2.2人體測(cè)量尺寸………………………235.3人體坐姿功能尺寸………………………255.4中排座椅的設(shè)計(jì)參數(shù)……………………265.4.1決定座椅參數(shù)的基準(zhǔn)265.4.2中排座椅設(shè)計(jì)的主要參數(shù)…………265.5汽車座椅的構(gòu)造設(shè)計(jì)……………………295.6汽車座椅的造型設(shè)計(jì)……………………31第6章座椅總成相關(guān)試驗(yàn)………………… 416.1汽車座椅系統(tǒng)強(qiáng)度要求及試驗(yàn)方法…………………… 41主題內(nèi)容與適用范圍…………………416.1.2引用標(biāo)準(zhǔn)………………416.1.3相關(guān)術(shù)語………………41強(qiáng)度要求……………… 42試驗(yàn)方法……………… 426.2汽車座椅頭枕性能要求和試驗(yàn)方法………………… 43主要內(nèi)容與通用范圍…………………43引用標(biāo)準(zhǔn)………………436.2.3相關(guān)術(shù)語………………43性能要求………………44試驗(yàn)方法………………44第7章主要結(jié)論和未來展望……46致………………47參考文獻(xiàn)………………48附錄49附錄A插圖清單………… 49附錄B表格清單………… 50摘要眾所周知，我國(guó)的汽車工業(yè)起步較晚，技術(shù)落后和缺乏自主研發(fā)能力等長(zhǎng)期存在的問題仍未得到根本解決。而汽車座椅是人與汽車直接接觸的界面，人們駕乘汽車的舒適性主要與座椅有關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的開展和生產(chǎn)力的提高，人們對(duì)工作、生活、休息質(zhì)量的要求也不斷提高，以前的那種從產(chǎn)品到人的設(shè)計(jì)模式己不能滿足日益豐富的工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)以及廣闊消費(fèi)者對(duì)工業(yè)品的期望。這就要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的時(shí)候能充分將人的因素、產(chǎn)品使用的環(huán)境因素合理地、科學(xué)地運(yùn)用其中。在設(shè)計(jì)中必須將人的因素貫穿在整個(gè)設(shè)計(jì)的始終。技術(shù)的開展要圍繞人的需求來展開，產(chǎn)品和環(huán)境的設(shè)計(jì)要更好地適應(yīng)和滿足人類的各種需求，這種觀點(diǎn)已逐漸在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)者和消費(fèi)者中形成共識(shí)?，F(xiàn)代的工業(yè)設(shè)計(jì)師已經(jīng)意識(shí)到產(chǎn)品是否能夠被用戶承受及被承受的程度不僅僅取決于產(chǎn)品的市場(chǎng)因素，而且越來越多地取決于產(chǎn)品的外觀造型和人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)。汽車是二十世紀(jì)最顯著的人文標(biāo)志之一，它改變了人們的生活方式以及對(duì)時(shí)空和價(jià)值的觀念，為豐富人類社會(huì)的物質(zhì)生活和精神文明做出了巨大奉獻(xiàn)。本文研究了人的坐姿舒適度及生理特性，研究了人與座椅的人機(jī)關(guān)系，在這一根底上，進(jìn)展了座椅設(shè)計(jì)研究的實(shí)習(xí)，結(jié)合我國(guó)汽車座椅的設(shè)計(jì)和使用現(xiàn)狀，找出現(xiàn)有汽車座椅的缺乏，以人機(jī)工程學(xué)、人體測(cè)量學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、生理學(xué)和汽車設(shè)計(jì)等學(xué)科的理論為依據(jù)，對(duì)汽車座椅進(jìn)展了綜合研究，重點(diǎn)對(duì)人機(jī)工程和座椅強(qiáng)度進(jìn)展了研究。個(gè)人研究的重點(diǎn):1、座椅存在的問題；2、用戶人體尺寸研究；3、坐姿相關(guān)的人體生理學(xué)研究；4、從滿足乘員的需求出發(fā)，確定中排座椅的各個(gè)參數(shù)并突出座椅尺寸設(shè)計(jì)與人體尺寸的相關(guān)性。關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)座椅坐姿舒適度ABSTRACTAseveryoneknows,autoindustryofourcountrystartsrelativelylate,atpresenttherearestillsomeLong-e*istingproblemsarenotsolvedyet,suchasbackwardintechniqueandlackabilitytodevelopindependentlyetc.Seatofautomobileistheinterfacepeoplecontactwiththeautomobile,people'sdrivingfortablenessbycarrelatestoseatmainly.Withdevelopmentandimprovementofproductivityofscienceandtechnology,people'srequestforqualityofworking,living,andrela*ationraiseconstantly,Formerproductdesignmodethatfromproductstopeoplethatalreadycan'tsatisfiedthemanufactureofabundantindustryproductionandthemassesofconsumerofindustrialproductsdaybydaye*pectation.Thisrequiresproductsdesignercantakethehumanfactorwhendesigntheproducts,environmentalfactorthattheproductsbeingused,thecivilizationcultureoftheevenwholesocietyintoacountrationally,scientifically.Mustisitdesignhumanfactorentirelytorunthroughallthetimeindesign.Developmentoftechnologylaunchtoearounddemandsofpeople,designofproductsandenvironmentisitadapttoandsatisfyhumancharacteristicofphysiologyandpsychology,thisformsthemonunderstandingbetweendesignproducerandconsumeroftheproductsgradually.Themodernindustrydesignerrealizes:Whethertheproductscanbeacceptedornotdependsonnotonlythefactorofproductssuchastechnologicalcharacteristic,price,service,etc.butalsotheappearanceandman-machineengineeringoftheproductsareconsideredmoreandmore.Automobile,oneofthe20thcenturymostremarkablehumanesigns,itchangelifestyleofpeoplewithspatio-temporalconceptionandthevaluesconceptionintime,havemadeenormouscontributionformaterialwealthandspiritualcivilizationofthehumansociety.Thiste*thasstudiedpeople'sphysiologyofpositionofsittingandpsychologicalcharacteristic,theman-machinerelationbetweenpeopleandseat,onthebasisofthis,carryonuser'sneedsinvestigation,andseatdesigntosurveyandstudyonthespotfactory,Accordwiththedesignoftheautomobileseatofourcountryanduse,findoutthedeficiencythatthee*istingcardrivestheseat,asthebasiswiththetheoryindisciplines,suchasman-machineengineering,humansurveying,statistics，physiology，anatomyandindustrydesign,etc.,havecarriedonprehensiveresearchindrivingtheseat.Thepriorityresearchinman-machineengineeringandstrengthtest.Focalpointofindividualresearch:1,E*istingproblemoftheseat;2,thestudyofuser'shumansize;3,thestudyofhumanphysiology,anatomythatthepositionofsittingiscorrelatedwith.Itsetouttomeetdriver'sdemands,isitconfirmeachparameterofseatandstressseatsizedesignwithhumandependenceofsize.Keywords:ErgonomicsCarseatPositionofsittingfortabledegree.第1章緒論汽車座椅屬于汽車的根本裝置，是汽車的重要平安部件。在汽車中它將人體和車身聯(lián)系在一起，直接關(guān)系到乘員的駕乘舒適性和平安性。1886年德國(guó)人戴姆勒制成了最早的汽車座椅，其座墊是以棉花等軟填料作為芯子，靠背是用木板和木條圍成。一百多年來，隨著汽車的開展和人們要求的不斷提高，汽車座椅已不再是單純滿足乘坐和美觀需要的車身部件，而是關(guān)系到汽車的駕乘舒適性和平安性，集人機(jī)工程學(xué)、機(jī)械振動(dòng)、控制工程等為一體的系統(tǒng)工程產(chǎn)品。隨著我國(guó)汽車工業(yè)的迅猛開展，人們對(duì)汽車的乘坐舒適性及平安性等方面的要求越來越高。其中，作為影響汽車舒適性和平安性的重要內(nèi)飾部件——汽車座椅的設(shè)計(jì)、研發(fā)，已越來越引起汽車業(yè)界的重視。我國(guó)汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)部已將汽車座椅列為四十種優(yōu)先開展的關(guān)鍵零部件之一。汽車座椅是用來支撐成員的質(zhì)量，緩和和衰減由車身傳來的沖擊和振動(dòng)，從而為乘員提供良好的工作條件，并為乘員創(chuàng)造舒適和平安的乘坐條件。因此，座椅設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)汽車的平順性、乘坐舒適性、平安性及操縱方便性等有很大的影響，必需要全面綜合的考慮，才能設(shè)計(jì)生產(chǎn)出滿足各方面要求的產(chǎn)品。作為連接部件的汽車座椅，對(duì)其性能要求越來越高，設(shè)計(jì)與研究領(lǐng)域十分廣闊。本課題的主要任務(wù)是根據(jù)乘員的平安性、舒適性與座椅的動(dòng)靜態(tài)特性分析，對(duì)長(zhǎng)安一款微車的中排座椅進(jìn)展構(gòu)造設(shè)計(jì)，運(yùn)用繪圖軟件繪制出中排座椅的三維實(shí)體造型。通過查閱相關(guān)資料，對(duì)汽車座椅相關(guān)知識(shí)有了較深入的理解，并掌握了汽車座椅的設(shè)計(jì)思路；選取長(zhǎng)安一款微車，確定以其中排座椅為設(shè)計(jì)對(duì)象；了解并掌握了中排座椅的靠背骨架總成構(gòu)造與坐墊骨架總成構(gòu)造，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，結(jié)合乘員的平安性與舒適性，確定了汽車座椅的構(gòu)造尺寸；學(xué)習(xí)三維制圖軟件，并繪制所設(shè)計(jì)座椅的三維實(shí)體造型。本課題的內(nèi)容可以歸納為以下幾個(gè)方面：在閱讀大量文獻(xiàn)的根底上，要求對(duì)汽車座椅材料有全面的了解；對(duì)座椅各方面的性能進(jìn)展研究與分析；參考我國(guó)對(duì)座椅系統(tǒng)強(qiáng)度的法規(guī)要求，對(duì)座椅骨架的靜態(tài)強(qiáng)度進(jìn)展分析；對(duì)長(zhǎng)安微車的座椅骨架總成進(jìn)展設(shè)計(jì)；繪制汽車座椅的三維實(shí)體模型。相關(guān)總成試驗(yàn)。本課題研究的意義：從社會(huì)的角度:汽車走進(jìn)千家萬戶，人們對(duì)汽車的情感也有所轉(zhuǎn)變，從以前的遙遠(yuǎn)、到現(xiàn)在的擁有，將來必將轉(zhuǎn)變?yōu)樘籼蕖Ｒ虼似嚨拈_展也要跟上時(shí)代的步伐。座椅是汽車與人接觸的界面，人們?cè)谶x擇汽車時(shí)，往往首先接觸到的就是它的座椅。從人的角度:現(xiàn)代人越來越多地會(huì)與汽車接觸，座椅的平安與舒適直接影響到人們的安康與平安。尤其是對(duì)人們脊椎的傷害。從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的角度:汽車制造業(yè)正在迅速地向數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試這種新方式轉(zhuǎn)化。在汽車產(chǎn)品開發(fā)CAC/CAM/CAE/PDM環(huán)境下，傳統(tǒng)的實(shí)物模型被數(shù)字模型所取代。這使得汽車產(chǎn)品可以直接從設(shè)計(jì)階段進(jìn)入生產(chǎn)階段，實(shí)現(xiàn)了汽車開發(fā)過程中多學(xué)科、多領(lǐng)域的集成化、并行化和協(xié)同化，縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)周期，獲得了更短的產(chǎn)品上市時(shí)間。從這個(gè)角度來看，我們?cè)诩夹g(shù)上也必然要脫離以前的那種反復(fù)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)周期，使得汽車座椅的設(shè)計(jì)走向數(shù)字化和虛擬化的道路。本文的研究設(shè)計(jì)工作對(duì)于提高汽車座椅的平安性和舒適性有重要的意義。第2章汽車座椅的相關(guān)介紹2.1汽車座椅的作用、性能及設(shè)計(jì)要求2.1.1汽車座椅的作用座椅是汽車中將乘員與車身聯(lián)系在一起的重要部件，其主要的作用是：1.為人體提供良好的支撐。座椅通過對(duì)人體提供合理的體壓分布，在重要的人體構(gòu)造點(diǎn)上支撐人體，可以有效的保證人體在車輛行駛過程中的平穩(wěn)。2.為駕駛員提供良好的定位。通過座椅對(duì)駕駛員的定位，可以使駕駛員獲得良好的視野，并實(shí)現(xiàn)了駕駛員對(duì)汽車方便的操縱。3.為乘員提供舒適的駕乘環(huán)境。座椅中各種人性化的附屬設(shè)備以及豪華配置，減少了路面對(duì)乘員的影響，緩和和衰減由車身傳來的沖擊和振動(dòng)，能為乘員提供優(yōu)越的駕乘環(huán)境。4.在汽車受到撞擊時(shí)最大限度的保護(hù)乘員的平安。合理的配置頭枕和靠背的軟墊，能有效的防止乘員的頭頸部在汽車發(fā)生碰撞時(shí)受到傷害。簡(jiǎn)而言之，汽車座椅的功能為：在規(guī)定的條件下，能夠?yàn)槌藛T提供舒適的環(huán)境并保證乘員的平安。可見，座椅的平安性及舒適性是其最重要的功能，也是汽車座椅在設(shè)計(jì)、研發(fā)過程中必須著重解決的問題。2.1.2汽車座椅的性能1.汽車座椅的舒適性汽車乘坐的舒適性是汽車研發(fā)的重要課題之一，座椅的舒適性是汽車乘坐舒適性的重要組成局部，包括靜態(tài)舒適性，動(dòng)態(tài)舒適性以及操作舒適性三方面內(nèi)容：座椅的靜態(tài)舒適性是指座椅在靜止?fàn)钕绿峁┙o人體的舒適特性，主要與座椅尺寸參數(shù)、外表質(zhì)量、調(diào)節(jié)特性等關(guān)；動(dòng)態(tài)舒適性是指汽車在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下通過座椅骨架以及軟墊將振動(dòng)傳遞給人體的舒適特性；操作舒適性是乘員在車內(nèi)正?；顒?dòng)〔如操縱向盤〕的舒適程度，主要與座椅和車內(nèi)其他部件的布置有關(guān)?！?〕汽車座椅的靜態(tài)舒適性人機(jī)工程學(xué)是根據(jù)人體解剖學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)等特征，了解并掌握其活動(dòng)能力及其極限，使生產(chǎn)器具、生活用具、工作環(huán)境等和人體功能相適應(yīng)的科學(xué)。座椅靜態(tài)舒適性是人機(jī)工程學(xué)在座椅設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用，它通過人體舒適坐姿、合理的體壓分布、人體測(cè)量的根本數(shù)據(jù)和視覺美學(xué)等方面使設(shè)計(jì)的座椅滿足人的生理和心理要求，為乘員提供舒適、平安的駕駛和乘車環(huán)境?！?〕汽車座椅的動(dòng)態(tài)舒適性一般認(rèn)為，人體對(duì)振動(dòng)的反響可分為兩個(gè)過程：一個(gè)是振動(dòng)傳遞到人后引起的人體各部位的振動(dòng)響應(yīng)；另一個(gè)是由于人體的振動(dòng)響應(yīng)而引起的生理反響。汽車座椅的動(dòng)態(tài)舒適性與座椅以及人體的振動(dòng)特性密切相關(guān)?！?〕汽車座椅的操作舒適性從座椅的操作舒適性角度考慮，座椅設(shè)計(jì)應(yīng)該更趨于人性化，盡量為駕駛員和乘員在整個(gè)過程中提供最舒適的工作和乘坐環(huán)境。一方面，就座椅的各種調(diào)節(jié)裝置而言，應(yīng)該是使操作更容易實(shí)現(xiàn)，并且更容易到達(dá)；另一方面，在保證靜態(tài)舒適性的前提下，為駕駛員提供更為廣闊的操作空間也將成為座椅操作舒適性研究的主要方向。2.汽車座椅的平安性汽車座椅的平安性是指座椅能有效的預(yù)防事故的發(fā)生，并在事故發(fā)生時(shí)有效的減輕乘員所受傷害的能力。根據(jù)座椅在碰撞事故發(fā)生時(shí)和發(fā)生后對(duì)減輕乘員傷害程度的不同作用，可以將座椅的平安性分為主動(dòng)平安性和被動(dòng)平安性兩個(gè)方面?！?〕汽車座椅的主動(dòng)平安性座椅的主動(dòng)平安性是指座椅能夠有效地防止事故發(fā)生的能力。座椅系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與駕駛員視野、駕駛員定位以及其它汽車控制系統(tǒng)功能的發(fā)揮息息相關(guān)，這些系統(tǒng)之間配合的好壞也不同程度的影響座椅的主動(dòng)平安性。應(yīng)當(dāng)指出的是，座椅的舒適性與主動(dòng)平安性有關(guān)，舒適的座椅可以為駕駛員提供一個(gè)良好的工作環(huán)境，使其心情愉快、精力集中，從而有效地防交通事故的發(fā)生，提高汽車的主動(dòng)平安性?！?〕汽車座椅的被動(dòng)平安性座椅的被動(dòng)平安性是指汽車發(fā)生了不可防止的交通事故后，能夠?qū)噧?nèi)員進(jìn)展保護(hù)，防止其發(fā)生傷害或使傷害降到至最低程度的性能。一個(gè)好的汽車座椅要能夠減輕駕駛員及乘員的疲勞來滿足主動(dòng)平安性要求，更要有足夠高的構(gòu)造強(qiáng)度和剛度，以便與平安帶和平安氣囊一起對(duì)乘員定位的同時(shí)緩和碰撞的強(qiáng)度，使乘員的損傷到達(dá)最小。在加強(qiáng)座椅構(gòu)造本身吸能性的同時(shí)，人們開場(chǎng)研究把平安氣囊安裝在座椅靠背側(cè)面〔如圖2－1所示〕，為乘員提供平安保護(hù)。這種帶有平安氣囊的座椅已經(jīng)開場(chǎng)應(yīng)用在各種高檔轎車中。圖2-1帶側(cè)碰氣囊的座椅2.1.3汽車座椅的設(shè)計(jì)要求根據(jù)汽車座椅的功用及性能，有如下的設(shè)計(jì)要求：1、座椅的尺寸和形狀應(yīng)使人體具有適宜的坐姿并符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并能調(diào)整其尺寸與位置來保證駕乘的舒適性。2、座椅應(yīng)有良好的動(dòng)態(tài)舒適性，以緩和與衰減車身傳給人體的沖擊和振動(dòng)，使駕駛員在各種道路條件下長(zhǎng)期工作不感到疲勞或減輕疲勞，使乘員在行駛中感到舒適。3、座椅應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，壽命長(zhǎng)。并能在發(fā)生事故時(shí)盡量減少乘員的受傷程度，即具有足夠的座椅平安性。4、制造工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量小，本錢低。5、能保證視野良好，駕駛員工作時(shí)操作方便，座椅調(diào)節(jié)輕便。6、外形及色彩美觀大方，與車身內(nèi)飾及整車外觀協(xié)調(diào)。7、座椅布置及性能應(yīng)符合車輛用途及總體設(shè)計(jì)要求。2.2汽車座椅的構(gòu)造和分類2.2.1汽車座椅的構(gòu)造汽車座椅伴隨著汽車的誕生而出現(xiàn)，一百多年來，隨著汽車的開展和人們要求的不斷提高，汽車座椅已不是單純滿足乘坐和美觀需要的車身部件，而是關(guān)系到汽車的乘坐舒適性和平安性，集人機(jī)工程學(xué)、機(jī)械振動(dòng)、控制工程等為一體的系統(tǒng)工程產(chǎn)品。汽車座椅一般由頭枕、靠背、調(diào)節(jié)裝置、座墊和座椅連接件等組成，汽車座椅骨架是汽車座椅的根底構(gòu)造，可分為靠背骨架和座墊骨架兩局部。如以下圖2－2所示：圖2－2汽車座椅構(gòu)造示意圖座椅骨架常用軋制型材〔鋼管、型鋼〕制成或用鋼板沖壓焊接而成，并用螺釘直接固定或通過座椅調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在車身上。座椅行程調(diào)節(jié)裝置、靠背角度調(diào)節(jié)裝置、限位裝置等是與座椅相關(guān)的一些機(jī)械裝置。其中座椅行程調(diào)節(jié)裝置是安裝在座墊骨架和地板之間，調(diào)節(jié)座椅與地板的前后和上下位置的機(jī)械裝置?？勘辰嵌日{(diào)節(jié)裝置安裝在座墊骨架和靠背骨架之間，是用來調(diào)節(jié)座椅靠背角度的機(jī)械裝置。2.2.2汽車座椅的分類座椅的分類方法很多，按功用可分為：駕駛員座椅、乘員座椅、兒童平安座椅；按形狀可分為：別離式、戽斗式、半別離式、長(zhǎng)凳式；按性能可分為：固定式、可拆式、調(diào)節(jié)式；按乘坐人數(shù)可分為：?jiǎn)稳?、雙人、多人等。近年來，隨著汽車工業(yè)的開展，陸續(xù)開發(fā)出許多具有特殊功能的座椅，如冷熱可調(diào)式座椅、防下滑式座椅、帶按摩功能的座椅、帶電子記憶調(diào)節(jié)裝置座椅、空氣懸掛式座椅等，使乘坐的舒適性、平安性及方便性得到了提高。2.3汽車座椅的研究現(xiàn)狀及開展趨勢(shì)國(guó)外的座椅研究是伴隨著汽車的誕生而開場(chǎng)的，經(jīng)歷了百余年的歷史，開展非常成熟，與座椅相關(guān)的平安標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)已經(jīng)十分完善。早在20世紀(jì)60年代，國(guó)外許多國(guó)家就已經(jīng)制定出國(guó)家或行業(yè)內(nèi)關(guān)于保證汽車座椅平安性能的各種法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)強(qiáng)制執(zhí)行的聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車平安法規(guī)〔FMVSS〕和工商設(shè)備制造協(xié)會(huì)〔BIFMA〕的非強(qiáng)制性法規(guī)等，并且研制出多種專用試驗(yàn)設(shè)備。我國(guó)的座椅平安性法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)就是參考國(guó)外的法規(guī)制定而成的。比擬國(guó)外汽車座椅的研究狀況，由于我國(guó)的汽車工業(yè)起步較晚，座椅的設(shè)計(jì)研究也比擬落后。從嚴(yán)格意義上講，我國(guó)的座椅研究是從20世紀(jì)80年代開場(chǎng)的。經(jīng)歷了20多年的開展，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有了很多座椅生產(chǎn)廠家。借助合資的優(yōu)勢(shì)，他們掌握了局部設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)，但核心技術(shù)還是只有國(guó)外少數(shù)幾家生產(chǎn)商掌握，國(guó)內(nèi)的自主設(shè)計(jì)和研發(fā)仍停留在起步階段。落后的設(shè)計(jì)方法是阻礙我國(guó)座椅開展的重要因素。目前國(guó)內(nèi)許多的座椅生產(chǎn)廠商還在繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的串連生產(chǎn)方式，致使設(shè)計(jì)本錢高，開發(fā)周期長(zhǎng)。而一旦出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量不合格的情況，往往采取盲目加大管徑、壁厚或板厚的方法。這種做法雖然能使座椅薄弱局部的性能有所改變，但會(huì)使座椅強(qiáng)度和剛度余量偏大，造成不必要的材料浪費(fèi)，無形中提高了產(chǎn)品的本錢。設(shè)計(jì)方法的落后還表達(dá)在座椅設(shè)計(jì)的輔助研究手段上。目前仍有很多座椅設(shè)計(jì)和生產(chǎn)廠家不具備高水準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助分析能力，只能沿用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和流程，而且對(duì)座椅平安性的認(rèn)識(shí)還只是停留在國(guó)家法規(guī)要求上，阻礙了座椅設(shè)計(jì)的開展。我國(guó)的座椅平安性標(biāo)準(zhǔn)雖然是參考國(guó)外座椅標(biāo)準(zhǔn)制定的，但內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，要求也偏低。以座椅總成靜強(qiáng)度為例，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中要求座椅總成能承受20倍總成重力的載荷，而德國(guó)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中有的則要求其能夠承受24倍甚至更高的總成重力的載荷。針對(duì)承受沖擊時(shí)的座椅平安性，國(guó)外已經(jīng)開展了相關(guān)的研究，而我國(guó)的一些企業(yè)由于對(duì)座椅研發(fā)重視不夠，尚未開展專門的研究，這不僅給座椅的平安帶來隱患，而且制約了座椅的開展。隨著現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)對(duì)平安、環(huán)保和節(jié)能的要求，在保證汽車座椅平安性的根底上，國(guó)外座椅構(gòu)造設(shè)計(jì)也開場(chǎng)向輕量化、低本錢的方向開展，越來越多的新制造技術(shù)和輕質(zhì)材料開場(chǎng)廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代汽車座椅設(shè)計(jì)。因此，我國(guó)的座椅平安性研究急需大量技術(shù)和資金的投入，才能縮小與先進(jìn)水平的差距，開發(fā)出適合我國(guó)生產(chǎn)現(xiàn)狀的平安、輕量、低本錢的座椅。圖2-3整體約束式汽車座椅目前汽車座椅在國(guó)際上的開展趨勢(shì)1、電動(dòng)座椅—電動(dòng)座椅實(shí)際上是將座椅的各種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由手動(dòng)操縱改變?yōu)殡妱?dòng)操縱的座椅。電動(dòng)座椅中布置有多臺(tái)電機(jī)、電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使座椅相應(yīng)的部位產(chǎn)生位移，實(shí)現(xiàn)座椅位置的前后、上下、傾斜調(diào)整。電動(dòng)座椅用按鈕代替手柄，因而極大的提高了輕便性和方便性，應(yīng)用日益廣泛。2、懸掛座椅—懸掛座椅是在座椅與地板之間增設(shè)一懸掛裝置，懸掛裝置用以緩解座椅的振動(dòng)。懸掛裝置由緩沖元件、減振元件及定位元件組成。緩沖元件有鋼板彈簧及螺旋彈簧等。3、記憶座椅—電動(dòng)座椅與微機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了座椅的記憶功能。由微機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)座椅的控制反響功能。當(dāng)乘員乘坐時(shí)將調(diào)整好的座椅位置存儲(chǔ)入微機(jī)，當(dāng)再次乘坐時(shí)，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)到所需要的狀態(tài)而不必進(jìn)展重新調(diào)整。4、輕量型座椅—輕量型座椅去除了座椅的一些傳統(tǒng)零件，利用積壓成型的鋁件和高強(qiáng)度的剛件保證了座椅的輕量化和構(gòu)造的鞏固性。座椅外表采用開式網(wǎng)狀材料，替代了傳統(tǒng)的聚氨脂泡沫塑料、裝飾物和懸架零件。輕量型座椅的重量可以控制在10kg以內(nèi)。使用輕量型座椅，不但可以節(jié)省車內(nèi)空間來安裝其他功能件，而且其平安性也優(yōu)于傳統(tǒng)座椅，并提高了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。5、平安座椅—平安座椅可以稱之為動(dòng)態(tài)座椅。普通座椅一般只考慮了舒適性，對(duì)于撞車時(shí)的動(dòng)態(tài)狀況不能做出任何反響。而平安座椅則可以在撞車時(shí)設(shè)法使乘員隨座椅主動(dòng)運(yùn)動(dòng)。如瑞典沃爾沃公司研究開發(fā)的可以保護(hù)乘員頭頸的座椅。汽車追尾時(shí)，該種座椅靠背和靠枕向后平行運(yùn)動(dòng)，使乘員頭部和上身處于平衡狀態(tài)，并減少身體向后傾斜出現(xiàn)的向前回彈。在整個(gè)過程中，座椅傳遞的力都相當(dāng)柔和。隨著汽車工業(yè)的高速開展，人們對(duì)汽車座椅的要求也會(huì)越來越高。為了進(jìn)一步提高座椅的舒適性及平安性，全球各大汽車公司以及汽車零部件商也在持續(xù)不斷地加大對(duì)座椅的研發(fā)力度，在座椅的新構(gòu)造、新工藝、新材料的研發(fā)及應(yīng)用上狠下工夫，研制出了各類懸架座椅、電動(dòng)座椅、電腦記憶座椅等新型座椅，按摩裝置、輔助冷熱智能空調(diào)座椅等各類輔助裝置也不斷誕生。此外，采用環(huán)?？椢镒鳛樽蚊媪?，也將成為一種新趨勢(shì)。第3章汽車座椅的理論研究與設(shè)計(jì)3.1汽車座椅設(shè)計(jì)的根本原則及依據(jù)汽車座椅設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它涉及機(jī)械、化工、紡織、噴涂、熱處理、美學(xué)、力學(xué)、人機(jī)工程學(xué)等多門學(xué)科，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)依據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理綜合考慮座椅的舒適性、減振性、平安性以及座椅的合理布置，此外，還要考慮人體生理特征及尺寸，進(jìn)展量身定做，以提高座椅的乘坐舒適性。3.1.1汽車座椅設(shè)計(jì)的根本原則〔1〕平安性座椅設(shè)計(jì)時(shí)首先要絕對(duì)保證駕乘者的平安，這就要求座椅要有足夠的強(qiáng)度，在發(fā)生碰撞時(shí)，座椅就能夠減輕事故對(duì)乘坐者造成的傷害，并能起到一定的保護(hù)作用。〔2〕操縱方便設(shè)計(jì)的座椅還需操縱方便，調(diào)整手柄和按鈕的布置必須在駕乘者伸手能及的位置，并符合常人的習(xí)慣且操縱力量適中?！?〕乘坐舒適設(shè)計(jì)的座椅必須能使乘客保持良好的坐姿，使其脊柱自然彎曲，保證合理的體壓分布并使其肌肉松弛，血液循環(huán)正常；并具有腰椎依托感、腰背部貼和感和側(cè)向穩(wěn)定感。能有效隔離或衰減路面產(chǎn)生的振動(dòng)，滿足大多數(shù)駕乘者坐姿舒適性的要求。座椅的尺寸須參照人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)，與就座者的人體測(cè)量尺寸相適宜；座椅的靠背構(gòu)造和尺寸應(yīng)給予腰部以充分的支撐，使脊柱接近于自然彎曲狀態(tài)；椅面需有足夠的墊料和適當(dāng)?shù)挠捕?，保證身體的主要重量由臀部坐骨承當(dāng)，并使其有助于體重壓力均勻地分布于坐骨附近區(qū)域；座椅前緣處，大腿與椅子之間壓力應(yīng)盡量減少；座椅應(yīng)能使就坐者方便地變換坐姿，靈活平穩(wěn)地進(jìn)展體態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)，但必須防止滑脫，座椅的形狀和尺度與其功用有關(guān)。汽車座椅部件主要包括座墊、靠背、頭枕、骨架、蒙皮、減振機(jī)構(gòu)、調(diào)整機(jī)構(gòu)等。設(shè)計(jì)原則的依據(jù)是：座墊、靠背的造形和曲線應(yīng)與人體放松狀態(tài)下的背部曲線和臀部曲線相吻合，能支撐到腰椎部位，不會(huì)因血液循環(huán)不良而引起肢體麻木，長(zhǎng)時(shí)間乘坐不易感到疲勞；骨架及各機(jī)構(gòu)應(yīng)能滿足強(qiáng)度(平安)要求和使用要求，通過對(duì)座椅靠背的前后、上下傾斜角度、頭枕前后上下等位置的有限調(diào)節(jié)，使大局部人處于舒適狀態(tài)。3.1.2汽車座椅設(shè)計(jì)的根本依據(jù)〔1〕靠背靠背的設(shè)計(jì)主要指強(qiáng)度設(shè)計(jì)和造型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使靠背的高度、形狀符合人體曲線，使背部肌肉處于放松狀態(tài)，并能給背部、肩部有效可靠的支撐，使駕乘人員保持穩(wěn)定的坐姿，還要有足夠的側(cè)背支撐，從而防止高速轉(zhuǎn)彎時(shí)的橫向滑動(dòng)。設(shè)計(jì)時(shí)，靠背的高度和寬度一般分別為600mm和480mm。不同的靠背傾角會(huì)導(dǎo)致不同的椎間盤壓力及背部肌肉負(fù)荷。當(dāng)靠背傾角超過110°時(shí)，椎間盤壓力顯著減小，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮合理的靠背傾角。為了提高舒適性，滿足駕乘人員在休息時(shí)的需求，靠背傾角應(yīng)為可調(diào)式，并且調(diào)整范圍盡可能大。一般載重汽車為100°～115°，大客車為95°～135°，轎車為80°～170°。此外，腰部支撐和扶手也可以減少椎間盤的壓力。設(shè)計(jì)時(shí)，腰部支撐要有一定的厚度、硬度和透氣性，確保乘坐人員的體重能夠均勻地分布于座盆區(qū)域。腰部支撐的位置應(yīng)處于第3至第5腰椎部位，且支撐厚度以5cm左右為宜。腰部支撐分機(jī)械支撐和空氣支撐。機(jī)械支撐是通過機(jī)械裝置支撐人體，支撐部位為剛性，舒適性差?？諝庵问怯每諝鈿饽襾碇稳梭w，通過氣囊控制閥控制氣囊的充放氣，使腰部得到良好的保護(hù)和有效支撐。腰支撐氣囊一般采用0.4～0.8mm厚的聚氨酯板經(jīng)高頻焊接而成具有工藝簡(jiǎn)單、本錢低、耐磨性好、耐老化、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，目前已得到廣泛推廣。腰支撐氣囊控制閥除可以控制氣囊的進(jìn)排氣外，還能起溢流保護(hù)的作用，即當(dāng)氣囊內(nèi)壓力超過氣囊的額定壓力時(shí)，氣囊控制閥溢流卸壓，保證氣囊的平安使用。目前我國(guó)新開發(fā)出一種新型空氣腰支撐裝置，該裝置可以按一定的順序和頻率有規(guī)律地對(duì)頸部、肩部、腰部等氣囊進(jìn)展充氣、放氣，利用氣囊有規(guī)律的癟或脹，實(shí)現(xiàn)對(duì)腰肩、頸等部位的擠壓，到達(dá)局部按摩的目的，大大提高了舒適性座椅扶手的安裝位置應(yīng)符合人體坐姿時(shí)肘部的高度尺寸，一般安裝在距座墊水平面高250mm處。座椅扶手有固定式、角度可調(diào)式和可翻轉(zhuǎn)式，可翻轉(zhuǎn)式又有橫向翻轉(zhuǎn)式和縱向翻轉(zhuǎn)式。〔2〕座墊座墊設(shè)計(jì)主要是座墊深度和坐墊傾角確實(shí)定。座墊深度的設(shè)計(jì)原則是在充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理支撐。人體在坐姿狀態(tài)下，坐骨與小腿足部構(gòu)成穩(wěn)定的人體支撐。座墊深度過大時(shí)，造成人體軀干相對(duì)前移，腰部得不到良好的支撐，引起疲勞；座墊深度過小時(shí)，會(huì)因大腿得不到良好的支撐而感到不舒適：因此，座墊的深度應(yīng)按臀部至大腿外表全長(zhǎng)的3/4設(shè)計(jì)，一般取400～480mm。座墊的傾角應(yīng)兼顧平安性和舒適性，一般為2°～10°?！?〕頭枕頭枕是為提高汽車乘坐舒適性和平安性而設(shè)置的一種輔助裝置。頭枕的主要作用是保障平安，一旦汽車發(fā)生追尾碰撞，頸椎會(huì)承受到很大的加速度而容易傷害。有了頭枕的承托，可以減少頭部自由移動(dòng)的空間，降低對(duì)頸椎的沖擊力，起到防止或減輕乘員頸部受傷的作用。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，汽車座椅頭枕屬汽車整車強(qiáng)制認(rèn)證檢測(cè)工程之一，汽車前排座椅應(yīng)裝有頭枕。頭枕要起到保護(hù)頸椎的作用，正確的安裝位置十分重要。頭枕應(yīng)該安裝在至少與耳朵上緣平齊的地方，后腦與頭枕之間的距離最好不要超過10cm。目前VOLVO公司首先在S80型車上推出了一種稱為WHIPS頸椎保護(hù)系統(tǒng)(圖3-1)，由一個(gè)平安頭枕和一個(gè)設(shè)計(jì)合理可有效而均勻地承受乘員身體運(yùn)動(dòng)的椅背支撐構(gòu)造，以及位于椅背和坐墊連接處的內(nèi)置式能量吸收機(jī)構(gòu)組成，具有均勻的支撐功能。一旦發(fā)生追尾撞車事故，椅背與乘員一起向后移動(dòng)，在稍微向后傾斜之前首先做平行運(yùn)動(dòng)。由于在椅背和坐墊之間的連接件上安裝了可變形部件，從頭枕、椅背到座墊連接成一體，給乘員的軀體有效支撐，從而進(jìn)一步減輕碰撞力對(duì)乘員背部的沖擊?！?〕座椅蒙皮座椅蒙皮是包裹在座椅總成外表的一層材料，它直接與乘員接觸，一方面對(duì)座椅泡沫有保護(hù)作用，同時(shí)又可直接表達(dá)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖。座椅蒙皮必須阻燃，其燃燒特性必須符合GB8410-1994"汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性"要求。圖3-1WHIPS頸椎保護(hù)系統(tǒng)〔5〕泡沫軟墊目前座墊、靠背緩沖用軟墊根本上是由軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料發(fā)泡而成，在汽車上應(yīng)用較多的是高回彈軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料。考慮到座椅的舒適性和人體坐姿時(shí)的體壓分布，需將泡沫軟墊的密度設(shè)計(jì)為不同，即"軟硬兼施〞。主要生產(chǎn)方法有2種，一是拼接法，將座墊前端與大腿接觸的局部用低硬度泡沫塑料，與坐骨處接觸的局部用中硬度泡沫塑料，下部及兩側(cè)用高硬度泡沫塑料。這種方法工藝繁雜且效率低，一般極少采用。二是嵌件法(圖3-2)，在澆注軟墊時(shí)，在模具中相應(yīng)部位放入高密度泡沫塑料嵌件，然后在周圍澆注低密度泡沫塑料。這種方法可以解決體壓分布和橫向支撐問題，并且工藝適合批量生產(chǎn)。圖3-2嵌件法座墊橫截面〔6〕座椅骨架座椅骨架必須能夠承受一定的載荷，通常所指的座椅強(qiáng)度其實(shí)就是座椅骨架的強(qiáng)度，它屬于汽車整車強(qiáng)制認(rèn)證檢測(cè)工程之一，應(yīng)符合GB15083-1994"汽車座椅系統(tǒng)強(qiáng)度要求及實(shí)驗(yàn)方法"的規(guī)定?？勘臣白鶋|骨架的形狀，應(yīng)以能滿足人體生理特征、給駕駛?cè)藛T提供平安和有效支撐為目的進(jìn)展設(shè)計(jì)(圖2-3)。例如：為了防止因靠背型芯偏軟而造成的側(cè)背支撐在急轉(zhuǎn)彎時(shí)減小或失效，在靠背骨架兩側(cè)加焊凸起的側(cè)支撐板或支撐筋，將泡沫型芯加以支撐襯墊，保證支撐的有效性。為了保證駕駛員腰部、肩部有良好的支撐而在靠背骨架上設(shè)計(jì)出符合背部曲線的弧度。對(duì)于高靠背，為使腰部、背部及肩部同時(shí)緊貼靠背，更好地起到支撐和平安保護(hù)作用，設(shè)計(jì)師把靠背設(shè)計(jì)成上下2局部，并且角度可分別調(diào)整等。座椅骨架一般由鋼質(zhì)材料焊接而成，但在輕量化成為現(xiàn)代化汽車設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)下，汽車座椅薄型化顯得非常重要。其中骨架是座椅薄型化的關(guān)鍵，骨架的材料也有所不同，熱塑性塑料成型的座椅骨架和鎂制座椅骨架正在推廣應(yīng)用。(7)減振機(jī)構(gòu)座椅減振機(jī)構(gòu)主要包括彈性元件和減振元件。彈性元件在機(jī)械懸架座椅中一般指彈簧，在空氣懸架座椅中指空氣氣囊，它能產(chǎn)生使座椅恢復(fù)到初始位置的回復(fù)力。減振元件一般是指減振器，它設(shè)計(jì)有固有的阻尼值，阻尼值越大，阻尼力越大。對(duì)于座椅的振動(dòng)來說，外力使座椅減振系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)，彈性元件使座椅恢復(fù)到初始位置，阻尼力使振動(dòng)衰減或消亡。在座椅設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)座椅的剛度阻尼進(jìn)展優(yōu)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)座椅剛度和阻尼時(shí)，要根據(jù)整車的振動(dòng)特性充分考慮人體生理特點(diǎn)綜合選擇最正確值，使車身振動(dòng)得到衰減。為了使設(shè)計(jì)的座椅阻尼和剛度能更合理地搭配，工程師們一般將座椅剛度和阻尼均設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)式。例如：機(jī)械懸架座椅通過調(diào)整彈簧的預(yù)緊力來調(diào)整座椅的剛度，而空氣懸架座椅則設(shè)計(jì)有高度控制閥，可以根據(jù)不同人的體重，自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣氣囊內(nèi)的壓力，到達(dá)調(diào)整座椅剛度的目的。格拉默公司生產(chǎn)的新型Kingman空氣懸架座椅除剛度可調(diào)外，阻尼也為無級(jí)可調(diào)，以適應(yīng)不同的路況。(8)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要包括座椅高度調(diào)整機(jī)構(gòu)、前后位移調(diào)整機(jī)構(gòu)(即座椅滑道)、靠背仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)(即調(diào)角器)及座墊前傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)等。高度調(diào)整機(jī)構(gòu)是調(diào)整座椅在車廂內(nèi)垂直位置上下移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，有機(jī)械調(diào)整機(jī)構(gòu)、可控空氣彈簧調(diào)整機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)和電動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)等。高度調(diào)整的范圍應(yīng)根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，以能滿足大局部人群的使用要求為目標(biāo)進(jìn)展確定，一般調(diào)整范圍為0～100mm?；朗钦{(diào)整座椅在車廂縱向水平位置前后位移的機(jī)構(gòu)，有單鎖止滑道和雙鎖止滑道之分，滑道的選用一般根據(jù)鎖止強(qiáng)度確定。例如：當(dāng)平安帶當(dāng)平安帶固定點(diǎn)不在座椅上時(shí)，一般選用單鎖止滑道；當(dāng)平安帶固定點(diǎn)在座椅上時(shí)，選用雙鎖止滑道或加強(qiáng)雙鎖止滑道?；牢灰频某叽缂醋吻昂笳{(diào)整的距離需根據(jù)相應(yīng)人體尺寸和人機(jī)工程學(xué)原理確定，一般前后調(diào)整距離為0～±100mm。調(diào)角器是對(duì)靠背、座墊夾角進(jìn)展調(diào)整和鎖止的機(jī)構(gòu)。鎖止強(qiáng)度必須能滿足GB15083-1994"汽車座椅系統(tǒng)強(qiáng)度要求及實(shí)驗(yàn)方法"的規(guī)定。調(diào)角器分為機(jī)械調(diào)角器和電動(dòng)調(diào)角器，機(jī)械調(diào)角器又包括機(jī)械板式調(diào)角器、機(jī)械桿式調(diào)角器、雙聯(lián)動(dòng)調(diào)角器等。機(jī)械板式調(diào)角器一般是采用棘輪棘爪或齒條齒板工作原理及板簧式復(fù)位構(gòu)造，最大能夠?qū)崿F(xiàn)180°范圍有級(jí)調(diào)節(jié)及折疊，適用于各類汽車駕駛員座椅。機(jī)械桿式調(diào)角器由可控氣彈簧和連接件組成，適用于大客車乘客座椅。雙聯(lián)動(dòng)調(diào)角器是指左右兩套調(diào)整鎖止機(jī)構(gòu)在一套調(diào)整機(jī)構(gòu)控制下同時(shí)動(dòng)作，同時(shí)鎖止，具有鎖止強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，適用于各類載重汽車駕駛員座椅。電動(dòng)調(diào)角器一般采用齒差行星齒輪傳動(dòng)原理或齒差雙聯(lián)擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)原理，具有傳動(dòng)平穩(wěn)、強(qiáng)度高、調(diào)解范圍大等優(yōu)點(diǎn)，適用于高檔汽車駕駛員座椅。座墊前傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)一般是機(jī)械調(diào)整機(jī)構(gòu)，多采用平安可靠、構(gòu)造簡(jiǎn)單的多桿機(jī)構(gòu)。3.2汽車座椅與人體生理學(xué)和解剖學(xué)相關(guān)研究3.2.1坐姿與座椅坐姿是人體較自然的姿勢(shì)，也是進(jìn)展各種操作經(jīng)常采用的姿勢(shì)。座椅與人們的生活息息相關(guān)，無論是工作、學(xué)習(xí)、出門旅行、在家休息都離不開座椅。人的坐姿是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問題，雖然座椅伴隨人類的生活己經(jīng)有幾千年的歷史了，但是關(guān)于座椅的設(shè)計(jì)問題至今仍然是值得研究的課題。在生物學(xué)中，當(dāng)我們坐著時(shí)，人的身體由脊椎、胯骨、腿和腳支撐。主要用來支撐人體重量的關(guān)節(jié)為胯骨和腰椎，腰椎的第三、第四腰椎為整個(gè)脊椎骨中受力最大的部位。所以腰椎也就比上方的椎骨大而且硬得多。坐姿時(shí)，尾椎將受到壓力而往前彎，有緩沖震蕩的作用。坐骨構(gòu)成了胯骨最下方的部位，其后下方的坐骨結(jié)節(jié)為L(zhǎng)字母形狀，當(dāng)我們坐著的時(shí)候，此處往下頂住來支撐身體的重量。長(zhǎng)期的姿勢(shì)不良、受傷或者疾病，傷害就會(huì)發(fā)生在脊椎彎曲的地方，如胸彎過分彎曲就會(huì)造成圓肩或駝背;腰部脊椎過分彎曲，會(huì)造成脊椎的側(cè)彎或是脊椎的前凸癥、后凸癥。當(dāng)我們坐在椅子上時(shí)，假設(shè)坐姿不良，骨盆很容易下陷，仔細(xì)摸骨盆兩側(cè)，發(fā)現(xiàn)整個(gè)骨盆往后傾，整個(gè)人會(huì)感到胸廓與腰桿交界處造成腰酸背疼、駝背。長(zhǎng)期使用電腦的上班族而言，坐姿不良通常是造成腰酸背疼得最主要的兇手。我們的脊椎在坐姿情況下就像是一根杠桿，如果頭部向前傾，為了支撐前傾的頭部，骨頭的韌帶就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)拉力，當(dāng)力量超過韌帶所能負(fù)荷的范圍，這個(gè)力量就會(huì)轉(zhuǎn)移到背后的肌肉上，于是肌肉便持續(xù)暴露在張力之下。久而久之，就會(huì)出現(xiàn)頸部、背部、腰部肌肉酸痛的病癥。3.2.2舒適坐姿的生理特征坐姿狀態(tài)下，支撐身體的是脊柱、骨盆、腿和腳。脊柱是人體的主要支柱，由24節(jié)椎骨以及5塊骸骨和4塊尾骨連結(jié)組成，如圖3-3所示，其中椎骨自上而下又分為頸椎(共7節(jié))、胸椎(共12節(jié))、腰椎(共5節(jié))三局部，每?jī)晒?jié)椎骨之間由軟骨組織和韌帶相聯(lián)系，使人體得以進(jìn)展屈伸、側(cè)曲和扭轉(zhuǎn)動(dòng)作等有限度的活動(dòng)。頸椎支撐頭部，肋椎與肋骨構(gòu)成胸腔，腰椎、骸骨和椎間盤承當(dāng)人體坐姿的主要負(fù)荷。圖3-3人體脊椎構(gòu)造圖3-4人體在各種不同狀態(tài)下腰椎彎曲形狀由于各節(jié)椎骨所承受的重量自上到下逐節(jié)增加，因而椎骨由上往下逐漸變粗變大。腰椎局部承當(dāng)體重最大，所以腰椎也最粗大。這就是脊柱的根本生理形態(tài)。由于腰椎幾乎承受著人的上體的全部重量，并且要實(shí)現(xiàn)彎腰、側(cè)曲、扭轉(zhuǎn)等人體運(yùn)動(dòng)，所以最容易損傷或腰曲變形。從側(cè)面觀察脊柱，可看到脊柱呈現(xiàn)頸、胸、腰、骸四個(gè)彎曲部位，其中頸曲和腰曲凸向前，胸曲和骸曲凸向后。成年人脊柱的自然彎曲弧形應(yīng)如圖3-4所示，在此情況下，椎骨的支承外表相互位置正常，椎間盤沒有錯(cuò)位的趨勢(shì)。一旦人體改變這種自然彎曲狀態(tài)，就會(huì)引起惟間盤壓力改變，致使腰部疼痛。圖3-2所示為人體在各種不同姿勢(shì)下的腰椎彎曲形狀。曲線B表示人體松弛側(cè)臥時(shí)，脊柱呈自然彎曲狀態(tài);曲線C是最接近人體脊柱自然彎曲狀態(tài)的坐姿;曲線萬是當(dāng)人體的軀干與大腿的夾角呈900時(shí)情形，此時(shí)脊柱嚴(yán)重變形，椎間盤上的壓力不能正常分布。因此，欲使坐姿能形成接近正常的脊柱自然彎曲形態(tài)，軀干與大腿之間必須有大約135〞的夾角，并且座椅的設(shè)計(jì)應(yīng)使坐者的腰部有適當(dāng)?shù)闹危员阊⌒巫匀粡澢?，腰背肌肉處于放松狀態(tài)。人坐著時(shí)，大腿和上身的重量必須由座椅來支承。人體構(gòu)造在骨盆下面有兩塊圓骨，稱為坐骨結(jié)節(jié)，如圖2-5所示。這兩塊小面積能夠支持大局部上身的重量。覆蓋在它們外面的皮膚能獲得豐富的動(dòng)脈血液供給，就象腳底一樣;而在臀部的邊緣局部，血液循環(huán)則大不一樣，在這局部靜脈較多(包含較少的氧);當(dāng)人坐著的時(shí)候，覆蓋著坐骨結(jié)節(jié)的皮膚能夠更好地經(jīng)受住持久的壓力。因此，座面上的臀部壓力分布是在坐骨結(jié)節(jié)處最大，由此向外壓力逐漸減小，直至與座而前緣接觸的大腿下部，壓力為最小。座墊的柔軟程度要適當(dāng)，坐骨局部的座墊應(yīng)當(dāng)是支承性的，它要承受加在座位上的大約60%的重量，而其余局部則應(yīng)當(dāng)比它更柔軟些，以便能夠把重量分布在更大約面積上。座椅靠背上的壓力分布，應(yīng)當(dāng)是肩腳骨和腰椎骨兩個(gè)部位最高，此即靠背設(shè)計(jì)中所謂的"兩點(diǎn)支承〞準(zhǔn)則?？勘车膬牲c(diǎn)支承中，上支承點(diǎn)為肩腳骨提供憑靠，稱為肩靠，其位置相當(dāng)于第5~6節(jié)胸椎之間的高度;下支承點(diǎn)為腰曲局部提供憑靠，稱為腰靠，其位置相當(dāng)于第4~5節(jié)腰椎之間的高度。不同用途的座椅，兩點(diǎn)支承的作用是不一樣的。休息用的座椅，體、腿夾角較大(舒適角度約為115度)，坐著時(shí)身體向后傾斜，只要肩局部支承穩(wěn)靠，沒有腰靠也能得到舒適的坐姿，因此是以肩靠起主要作用;而一般操作用座椅，由于操作的要求，身體需要略向前傾，肩胖骨局部幾乎接觸不到靠背，因此只有腰靠起支撐作用，一般無需設(shè)置肩靠。腰靠支承是使背疼和疲勞減到最輕的主要措施，否則，將只靠肌肉來維持腰曲弧形，勢(shì)必引起腰部肌肉疲勞和損傷?？紤]到人的身材高矮不同，腰部的位置差異較大，對(duì)*些重要的操作座椅，應(yīng)當(dāng)具有能調(diào)節(jié)腰靠位置的裝置，有條件的話，最好還要有能調(diào)節(jié)腰靠凸起形狀的裝置。腿的主動(dòng)脈緊靠著大腿下外表和膝蓋的后面，在這個(gè)部位上，任何持續(xù)的壓力都會(huì)給人造成極端的不好適和腫脹感覺需要借助于適當(dāng)減短座深、把座墊前緣修圓和采用較軟的泡沫塑料座墊等措施來防止發(fā)生這種情況。同時(shí)，還要使座面離地板的高度足夠低，以便使腳能踩著地板，讓人的這個(gè)重要部位感覺不到有任何壓力。坐骨下面的座面應(yīng)當(dāng)近似是水平的。圖3-5表示帶有股骨的骨盆部位的前視圖，股骨在股節(jié)中從連接骨盆的球孔向外伸去。用平的座位，股骨的這一局部在坐骨平面之上，因此不承受過分的壓迫。但是，如果座面是斗形的，則彎曲的座面會(huì)使股骨趨于向上轉(zhuǎn)動(dòng)(箭頭所示)而受載，造成盟邦肌肉承受反常的壓迫，從而引起不舒適感。故需注意防止采用斗形座面。應(yīng)當(dāng)注意，斗形的座面不管從什么觀點(diǎn)看，都是不適用的，因?yàn)樗荒苓m應(yīng)人體大小的整個(gè)系列，它還把身體重量平均地分配在整個(gè)臀部，而不是讓較多的重量集中在坐骨下面。當(dāng)人長(zhǎng)時(shí)間坐在一個(gè)位置不動(dòng)而出現(xiàn)肌肉緊張時(shí)，稍稍轉(zhuǎn)換身體位置可以促進(jìn)生物電的活動(dòng)。圖3-5股骨正常位置座椅的設(shè)計(jì)必須能讓人經(jīng)常地改變自己的姿勢(shì)和位置，以便減輕壓力和活動(dòng)伸展各局部肌肉。3.2.3體壓分布與坐姿疲勞人在坐姿狀態(tài)下，體重作用在座面和靠背上的壓力分布稱為坐態(tài)體壓分布，它與坐姿及座椅的構(gòu)造密切相關(guān)，對(duì)于體壓的研究是目前人們對(duì)座椅進(jìn)展研究的主要方法和參數(shù)。體壓分布的測(cè)量一般采用等高線的形式反映壓力分布狀況?！瞐〕靠背(b)座墊圖3-6人體在靠背和座墊上最適宜的體壓分布就座者的骨盆可以比喻為倒立的錐體，與椅面接觸的主要是臀部?jī)蓧K薄肌肉層下的坐骨。人體大約75%的重量需由骨盆下兩塊面積為25cm2左右的坐骨支點(diǎn)(薄肌肉層支承)承受。由坐骨向外，壓力逐漸減少。為了減少臀部下部的壓力，座面一般應(yīng)設(shè)計(jì)成軟墊，其柔軟程度以使坐骨出支承人體的60%左右的重量為宜，采用軟性坐墊，增大臀部與座面的接觸面積，就改善了這種壓力集中的現(xiàn)象，使整個(gè)臀部均承當(dāng)體重的壓力，減緩坐骨下支點(diǎn)處的疲勞，從而可以延長(zhǎng)就座時(shí)間。但是，不管什么座面，保持一種固定的坐姿時(shí)間過長(zhǎng)，臀部細(xì)血管內(nèi)參加循環(huán)的血液量就會(huì)減少，控制身體下部生理機(jī)能的功能將會(huì)下降，這種持續(xù)的復(fù)合作用在肌肉上會(huì)引起擠壓疲勞。只有不斷地活動(dòng)身體才能使身體的各個(gè)局部延遲疲勞的到來，對(duì)于腰肌也是這樣，盡管不同的坐姿對(duì)腰椎彎曲形狀的影響不同，有的小些有的大些，但是不管哪種姿勢(shì)，長(zhǎng)時(shí)間采取一種坐姿總會(huì)產(chǎn)生靜力疲勞。因此，任何一種座椅在設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)考慮變換坐姿的可能性。人體與座椅之間的壓力分布稱為坐姿的體壓分布，坐姿的體壓分布是影響乘坐舒適性的重要因素。人就坐時(shí)，身體重量的大局部(約80%)經(jīng)過臀部、背部隆起局部及其附著的肌肉壓在坐椅面上。圖3-7為座椅各部位的受力分布。圖3-7座椅各部位的受力分布3.3汽車座椅系統(tǒng)強(qiáng)度特性研究汽車座椅的強(qiáng)度特性是影響座椅平安性的主要因素。汽車座椅強(qiáng)度直接關(guān)系到座椅的平安性，是座椅平安性設(shè)計(jì)的首要內(nèi)容。汽車行駛中，座椅要承受復(fù)雜的載荷，汽車座椅必須有足夠的強(qiáng)度，以確保座椅上的人所受的傷害最小;座椅的壽命應(yīng)該足夠長(zhǎng)，不至于過早變形或損壞;受沖擊載荷作用時(shí)，座椅不應(yīng)發(fā)生斷裂、嚴(yán)重變形等損壞現(xiàn)象。從座椅所受載荷的形式上分，汽車座椅的強(qiáng)度可分為座椅的靜強(qiáng)度，沖擊強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。座椅靜強(qiáng)度特性直接影響座椅的平安性和乘坐舒適性，是座椅設(shè)計(jì)中的重要問題。在靜態(tài)載荷作用下，座椅軟墊對(duì)強(qiáng)度特性的影響很小，因此座椅的靜強(qiáng)度特性主要是針對(duì)座椅骨架而言的。3.3.1座椅的靜強(qiáng)度汽車座椅承受的載荷在實(shí)際工況中非常復(fù)雜，很難在試驗(yàn)室中再現(xiàn)，于是人們以靜態(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。各國(guó)的座椅強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定了座椅必須到達(dá)的靜強(qiáng)度要求來作為衡量承載能力的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。由于在靜態(tài)載荷作用下軟墊的影響很小，所以座椅靜強(qiáng)度問題的研究主要集中于座椅骨架構(gòu)造形式和材料兩個(gè)方面。在傳統(tǒng)的整體式座椅構(gòu)造中，靠背骨架通過座墊骨架與滑道相連接，當(dāng)靠背承受載荷時(shí)，力的傳遞路徑過于復(fù)雜;八十年代末期出現(xiàn)的別離式座椅骨架構(gòu)造將靠背骨架直接與滑道相連，不但可以簡(jiǎn)化載荷的傳遞路徑，可以有效地提高座椅靜強(qiáng)度，尤其適合于整體約束式座椅的設(shè)計(jì)。根據(jù)座椅骨架構(gòu)造的應(yīng)力分布情況，設(shè)計(jì)人員可以采用合理的截面形式，在保證強(qiáng)度的前提下降低座椅的重量。為了到達(dá)這一目的，現(xiàn)代汽車座椅中除了采用異型截面薄壁桿件外，越來越多的使用了復(fù)合材料。例如用鎂合金作為座椅骨架的主要材料，在滿足強(qiáng)度要求的條件下，總重量可以降低40%(約5.5kg)。1、座椅系統(tǒng)靜強(qiáng)度法規(guī)汽車座椅的靜強(qiáng)度是指座椅承受靜態(tài)載荷的能力，它是對(duì)座椅構(gòu)造提出的根本強(qiáng)度要求。作為聯(lián)系人與車的一個(gè)重要部件，座椅承受著復(fù)雜的載荷。一方面，由于路面的凸凹不平，汽車行駛時(shí)車體產(chǎn)生的隨機(jī)振動(dòng)對(duì)汽車座椅產(chǎn)生隨機(jī)動(dòng)載荷;另一方面，汽車行駛中要經(jīng)歷起步、加速、制動(dòng)等復(fù)雜工況，汽車座椅因此承受著很大的沖擊載荷。由于在試驗(yàn)室中很難再現(xiàn)這些復(fù)雜工況，研究人員將各種工況的極限情況折算為等效的靜態(tài)載荷，作為評(píng)定座椅承載性能的標(biāo)準(zhǔn)。〔1〕座椅總成靜強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)歐洲從20世紀(jì)、60年代后期開場(chǎng)制定被動(dòng)平安性法規(guī)(ECE)oECE法規(guī)是參照美國(guó)法規(guī)并根據(jù)歐洲人自身的特點(diǎn)加以修正，也是目前世界上比擬完善的被動(dòng)平安法規(guī)體系。在ECE法規(guī)中，除ECER17(汽車座椅、頭枕和固定裝置規(guī)定)外，還有一些關(guān)于客車座椅系統(tǒng)ECER80等與汽車座椅相關(guān)法規(guī)。美國(guó)是最早研究汽車被動(dòng)平安性的國(guó)家。迄今為止，在聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車平安法規(guī)(FMVSS)中，有關(guān)被動(dòng)平安的法規(guī)有26項(xiàng)，其中與座椅相關(guān)的法規(guī)有兩項(xiàng)，分別為FMVSS207座椅系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和FMVSS202頭部約束標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于座椅總成靜強(qiáng)度，F(xiàn)MVSS207中規(guī)定在座椅總成質(zhì)心處水平向前、向后對(duì)其施加20倍座椅總質(zhì)量的載荷時(shí)，座椅應(yīng)能承受以上載荷。對(duì)于座椅總成，GB15083一1994中規(guī)定:通過座椅質(zhì)心(如圖3-8),分別沿水平向前和向后各施加相當(dāng)于座椅總成重量20倍的力，座椅總成與車身本體不得別離。對(duì)于可調(diào)式座椅，調(diào)節(jié)裝置在試驗(yàn)中能使座椅保持原調(diào)節(jié)位置，在試驗(yàn)后允許失去調(diào)節(jié)能力。圖3-8座椅總成靜強(qiáng)度法規(guī)規(guī)定加載示意圖〔2〕座椅靠背靜強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于座椅靠背，在FMVSS207中規(guī)定，當(dāng)對(duì)座椅靠背施加372Nm的載荷，座椅應(yīng)能承受以上載荷。ECER17中規(guī)定:對(duì)座椅靠背施加530Nm的載荷;座椅應(yīng)能承受以上載荷;試驗(yàn)后及試驗(yàn)中，座椅骨架、座椅固定點(diǎn)及位移系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)或鎖止系統(tǒng)不得失效。在我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB15083一1994中規(guī)定:當(dāng)座椅總成承受一個(gè)相對(duì)于座椅R點(diǎn)為373Nm力矩的力時(shí)(如圖3-9所示)，座椅骨架不應(yīng)損壞并座椅總成與車身本體不應(yīng)別離。對(duì)于可調(diào)式座椅，調(diào)節(jié)裝置在試驗(yàn)中應(yīng)能保持原調(diào)節(jié)位置，在試驗(yàn)后允許失去調(diào)節(jié)能力。圖3-9座椅靠背靜強(qiáng)度法規(guī)規(guī)定加載示意圖〔3〕座椅頭枕靜強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)座椅頭枕是汽車座椅重要的平安部件，因此各國(guó)對(duì)座椅總成強(qiáng)度制定相關(guān)法規(guī)的同時(shí)，對(duì)座椅頭枕的后移量和靜強(qiáng)度做了單獨(dú)詳細(xì)的規(guī)定。對(duì)于座椅頭枕后移量，F(xiàn)MVSS202中規(guī)定:頭枕在承受相對(duì)于座椅參考點(diǎn)R點(diǎn)，大小為372N.m的力矩時(shí)，頭枕的最大后移量不應(yīng)超過102mm。ECER25中規(guī)定:對(duì)座椅頭枕施加相對(duì)于座椅參考點(diǎn)R點(diǎn)，大小為373N.m的力矩的同時(shí)，座椅的靠背也應(yīng)同時(shí)承受相對(duì)于座椅參考點(diǎn)R點(diǎn)，大小為373N.m的力矩，此時(shí)座椅頭枕的后移量不應(yīng)超過102mmo我國(guó)GB11550-1995中規(guī)定:用假背對(duì)座椅加載，使得繞H點(diǎn)的后翻力矩為373N.m，在此根底上，頭枕在承受相對(duì)于座椅參考點(diǎn)R點(diǎn)，大小為372N.m的力矩時(shí)，頭枕的最大后移量不應(yīng)超過102mm。對(duì)頭枕靜強(qiáng)度，F(xiàn)MVS5202中規(guī)定:座椅頭枕應(yīng)能承受890N的載荷，允許座椅或座椅靠背損壞。我國(guó)GB11550-1995中規(guī)定：座椅頭枕應(yīng)能承受890N的載荷，允許座椅或座椅靠背損壞。3.3.2座椅的沖擊強(qiáng)度座椅的沖擊強(qiáng)度是隨著平安性研究的開展而逐漸受到人們重視的，它的主要內(nèi)容是通過實(shí)驗(yàn)和仿真分析相結(jié)合的方法，研究座椅在沖擊載荷作用下的強(qiáng)度特性，使其在碰撞事故中為乘員提供良好的保護(hù)作用。汽車座椅平安性研究始于上世紀(jì)五十年代，美國(guó)南加州大學(xué)最早使用志愿者進(jìn)展了低速追尾碰撞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)的低靠背座椅在碰撞事故中不能提供良好的支持，容易導(dǎo)致乘員的頸部損傷。研究人員還發(fā)現(xiàn)，座椅靠背向后的屈服變形有助于保持頭、頸和軀干的對(duì)齊，可以降低乘員受傷害的程度;在中等或者高強(qiáng)度的追尾碰撞事故中，柔性靠背缺乏以為乘員提供有效的保護(hù)，可能會(huì)導(dǎo)致靠背破壞，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(qiáng)度。在過去的二十年里，汽車座椅的平安性研究主要集中在汽車尾部碰撞的乘員保護(hù)上，并逐漸形成了座椅設(shè)計(jì)中的柔性設(shè)計(jì)和剛性設(shè)計(jì)兩種概念。按照上述兩種方法設(shè)訓(xùn)一的各種座椅構(gòu)造形式，在可控的試驗(yàn)條件下都得到了肯定性的結(jié)論。但是，這兩種強(qiáng)度設(shè)計(jì)概念是針對(duì)不同強(qiáng)度的碰撞條件形成的，如何做到各種在條件下保護(hù)作用都能夠兼顧仍然是座椅強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的重要課題。3.3.3座椅的疲勞強(qiáng)度座椅的疲勞強(qiáng)度分為座墊的疲勞壽命和骨架的疲勞強(qiáng)度兩個(gè)局部。對(duì)于軟墊的疲勞壽命問題，一般采用大變形、非線性有限元方法進(jìn)展研究，PatrickGlance于1986年提出了座椅軟墊的簡(jiǎn)化模型，把座墊分成許多個(gè)高度與座墊等厚的柱體單元，柱體在承受壓力是不產(chǎn)生橫向變形，柱體之間靠剪應(yīng)力相互作用。這個(gè)模型不但可以用于座墊的強(qiáng)度分析，還可以應(yīng)用于體壓力分布計(jì)算。此外，在工程實(shí)踐中，人們也嘗試著通過疲勞試驗(yàn)的方法研究座墊材料的性能，骨架的疲勞強(qiáng)度問題則涉及到可靠性設(shè)計(jì)、金屬材料的累積損傷理論等方面的內(nèi)容，一般采取以試驗(yàn)為主的方法進(jìn)展研究。對(duì)于一個(gè)由許多零件構(gòu)成的機(jī)械產(chǎn)品(如飛機(jī)、坦克、汽車等)，單憑理論分析所進(jìn)展的設(shè)計(jì)難以防止它在服役中的失效。雖然失效的形式很多，但多數(shù)是疲勞失效。有的資料報(bào)導(dǎo)，在整個(gè)機(jī)械零、部件的失效總數(shù)中，疲勞失效占50%一90%。第4章CATIA制圖軟件的介紹CATIA是一款主流的CAD/CAM/CAE/PDM應(yīng)用軟件，CATIA具有一個(gè)獨(dú)特的裝配草圖生成工具，支持欠約束的裝配草圖繪制以及裝配圖中各零件之間的連接定義，可以進(jìn)展快速的概念設(shè)計(jì)。它支持參數(shù)化造型和布爾操作等造型手段，支持繪圖與數(shù)控加工的雙向數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。CATIA的外形設(shè)計(jì)和風(fēng)格設(shè)計(jì)為零件設(shè)計(jì)提供了集成工具，而且該軟件具有很強(qiáng)的曲面造型功能，集成開發(fā)環(huán)境也別具一格，同樣，CATIA也可進(jìn)展有限元分析，特別的是，一般的三維造型軟件都是在三維空間內(nèi)觀察零件，但是CATIA能夠進(jìn)展四維空間的觀察，也就是說該軟件能夠模擬觀察者的視野進(jìn)入到零件的內(nèi)部去觀察零件，并且它還能夠模擬真人進(jìn)展裝配，比方使用者只要輸入人的性別、身高等特征，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)虛擬裝配的工人。CATIA大量用于航空航天、汽車及摩托車行業(yè)、機(jī)械、電子、家電產(chǎn)業(yè)、NC加工等各方面。法國(guó)的幻影2000系列戰(zhàn)斗機(jī)就是使用CATIA設(shè)計(jì)的一個(gè)典范，而波音777客機(jī)使用CATIA完成無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，更CAD領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)奇跡。在國(guó)內(nèi)，幾乎半數(shù)以上的汽車廠商都在使用CATIA。CATIA的內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、三維建模、分動(dòng)態(tài)模擬與仿真、工程圖的生成到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程，其中還有大量的電纜和管道布線、各種模具設(shè)計(jì)與分析、人機(jī)交互等實(shí)用模塊。下面簡(jiǎn)單介紹本文中主要用到的幾個(gè)模塊1，草圖設(shè)計(jì)：CATIA制圖模塊是線框和標(biāo)注產(chǎn)品的一個(gè)擴(kuò)圖模塊，使用戶可以方便地建立工程圖樣，添加文本、尺寸標(biāo)注、客戶以及建立用戶所需的剖視圖，局部視圖等。自由外形設(shè)計(jì)：該模塊提供給設(shè)計(jì)師一系功能來實(shí)施產(chǎn)品外形定義及復(fù)雜的曲線和曲面定義。裝配設(shè)計(jì)：裝配設(shè)計(jì)可以使設(shè)計(jì)師建立并管理機(jī)械零件的裝配。裝配件可以由多個(gè)主動(dòng)或被動(dòng)模型中的零件組成。零件觸自動(dòng)地對(duì)連接進(jìn)展定義，方便了CATIA運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)品進(jìn)展早期分析。CATIA的工業(yè)應(yīng)用極為廣泛，包括航空航天、汽車制造、工業(yè)機(jī)械，以及電子工業(yè)、船舶制造、廠房設(shè)計(jì)和消費(fèi)品。如今，CATIA被用于設(shè)計(jì)各種產(chǎn)品，從飛機(jī)直至珠寶首飾和服裝。CATIA不僅強(qiáng)大而且功能性強(qiáng)，能夠覆蓋全部產(chǎn)品開發(fā)流程。CATIA以一體化的方式支持產(chǎn)品的工程設(shè)計(jì)，從初始標(biāo)準(zhǔn)直至產(chǎn)品的運(yùn)行。它有利于縮短開發(fā)周期，提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求的反響速度。在2006年，美國(guó)汽車巨頭福特汽車公司在全球范圍內(nèi)將CATIAV5作為其新車型設(shè)計(jì)和工程的標(biāo)準(zhǔn)，更加強(qiáng)化了CATIA產(chǎn)品在這一市場(chǎng)上穩(wěn)固的地位。第5章長(zhǎng)安CM9中排座椅的實(shí)際設(shè)計(jì)5.1汽車座椅用戶需求分析任何一件現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都不是設(shè)計(jì)師憑空臆造出來的，因?yàn)槊恳患O(shè)計(jì)都會(huì)涉及到需求、經(jīng)濟(jì)、文化、技術(shù)、材料等一系列的問題。不同的設(shè)計(jì)不僅所涉及的問題的領(lǐng)域不同，而且深入程度也各不一樣。因此，怎樣科學(xué)有效地去掌握信息、收集材料是設(shè)計(jì)者必須認(rèn)真對(duì)待的問題。本文中作者為了得到用戶對(duì)產(chǎn)品的需求和要求，采用詢問法，通過與被調(diào)查者的面談、詢問、書面詢問以及網(wǎng)上詢問等方式，向被調(diào)查者詢問問題已獲得所需的材料。調(diào)查對(duì)象主要集中在購(gòu)置并使用微車一年以上的用戶、長(zhǎng)期進(jìn)展駕駛工作的司機(jī)、預(yù)購(gòu)車的消費(fèi)者和汽車座椅的設(shè)計(jì)生產(chǎn)者。問題多集中在對(duì)腰靠和頭枕的不舒適和不符合人體外形尺寸方面。普遍反映頭枕在駕車過程中無實(shí)際的作用，用戶因?yàn)轳{駛座椅設(shè)計(jì)不合理帶來的腰酸背疼的情況很嚴(yán)重。據(jù)報(bào)道，目前我國(guó)各種車輛累計(jì)已達(dá)上億輛，患上駕駛員腰痛職業(yè)病的人數(shù)也在1億以上。中國(guó)中醫(yī)研究院一位骨科專家在中成認(rèn)，目前大多數(shù)長(zhǎng)時(shí)間開車的司機(jī)均有不同程度的腰背部疾病。本次調(diào)查主要針對(duì)長(zhǎng)安CM9的中排座椅。5.2用戶人體尺寸研究各種設(shè)備和工具等設(shè)計(jì)對(duì)象在適合于人的使用方面，首先涉及的問題是適合人的形態(tài)和功能范圍的限度。例如，一切操縱設(shè)備都應(yīng)設(shè)在人的肢體活動(dòng)所能及的范圍之內(nèi)，其上下位置必須與人體相應(yīng)部位的上下位置相適應(yīng)，而且豈不知應(yīng)盡可能設(shè)在人操作方面、反響最靈活的范圍之內(nèi)。所以研究人體尺寸模型—用人體模型描述人體尺度是非常有必要的。人機(jī)工程學(xué)范圍內(nèi)的人體形態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)主要有兩類，即人體構(gòu)造尺寸和功能尺寸，也就是人體靜態(tài)尺寸和人體動(dòng)態(tài)尺寸。而針對(duì)于座椅設(shè)計(jì)的人體尺寸相關(guān)的主要有人體立姿尺寸和人體水平尺寸。5.2.1人體靜態(tài)尺寸人體靜態(tài)尺寸，著眼于人體天然構(gòu)造，比方身高、體重、腿臂長(zhǎng)度等，是建立人體尺寸模型的根底。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB10000-88"中國(guó)成年人人體尺寸"按照人機(jī)工程學(xué)的要求提供了我國(guó)成年人人體尺寸的根底數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)中共給出了7類47項(xiàng)人體尺寸根本數(shù)據(jù)。人體的主要尺寸包括身高、體重、上臂長(zhǎng)、前臂長(zhǎng)、大腿長(zhǎng)、小腿長(zhǎng)等6項(xiàng)。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)人體根本尺寸見表5-1。一般人體尺寸都是在立正或正坐的姿勢(shì)狀態(tài)下測(cè)量的，因?yàn)樵谌梭w自然狀態(tài)下測(cè)量很容易出現(xiàn)差異。在設(shè)計(jì)時(shí)，通常也要按立正或正坐時(shí)的人體尺寸來考慮。表5.1我國(guó)人體根本尺寸單位：mm尺寸名稱尺寸數(shù)值尺寸名稱尺寸數(shù)值男女男女身長(zhǎng)16881586肩窄寬426392眼高15851480臀寬334395肩高14211320下肢前伸長(zhǎng)1016977坐姿身高897849大腿長(zhǎng)422409坐姿眼高794743小腿長(zhǎng)401369肘到坐平距離245239足高7166上肢前伸長(zhǎng)731689膝臀間距551525大臂長(zhǎng)269261大腿平長(zhǎng)433432小臂長(zhǎng)247226膝上到足底距離515480手長(zhǎng)193179膝彎到足底距離406383前伸長(zhǎng)7316895.2.2人體測(cè)量尺寸人體是一個(gè)復(fù)雜的生理體系，影響人體尺寸特征的因素很多，如國(guó)家、地區(qū)、民族、生活環(huán)境和風(fēng)俗習(xí)慣等。經(jīng)多年研究，我國(guó)成年人人體尺寸的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB10000-88已經(jīng)于1987年7月開場(chǎng)實(shí)施，它為我國(guó)人機(jī)工程設(shè)計(jì)提供了根底數(shù)據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)提供了代表從事工業(yè)生產(chǎn)的法定中國(guó)成年人(男子18~66歲，女子18~55歲的人體構(gòu)造尺寸數(shù)據(jù)，共七個(gè)類別47項(xiàng)人體尺寸數(shù)據(jù)，包括人體主要尺寸、立姿人體尺寸、坐姿人體尺寸、人體水平尺寸、人體手部和足部尺寸，并分別按性別、年齡段為數(shù)列表，其中主要人體構(gòu)造尺寸如表5.2所示。表5.2人體尺寸表測(cè)量工程分類主要測(cè)量工程人體主要尺寸身高、上臂長(zhǎng)、前臂長(zhǎng)、大腿長(zhǎng)、小腿長(zhǎng)、體重立姿人體尺寸眼高、肩高、肘高、手功能高、會(huì)陰高、脛骨點(diǎn)高坐姿人體尺寸坐高、坐姿頸椎點(diǎn)高、坐姿眼高、坐姿肩高、坐姿肘高、坐姿大腿厚、坐姿膝高、小腿加足高、坐深、臀膝距、坐姿下肢長(zhǎng)人體水平尺寸胸寬、胸厚、肩寬、最大肩寬、臀寬、胸圍、腰圍、臀圍、系寬、坐姿臀寬、坐姿兩肘間寬經(jīng)過對(duì)于我國(guó)人體數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析說明，人體尺寸服從正態(tài)分布，其所列人體尺寸數(shù)據(jù)的年齡段劃分跨度大，而且沒有18歲以下未成年男女的人體統(tǒng)計(jì)構(gòu)造尺寸。但是由于男女在成年人后人體的主要構(gòu)造尺寸變化較少，且在工業(yè)產(chǎn)品的人機(jī)設(shè)計(jì)過程中，絕大局部情況下僅需要成年人的構(gòu)造尺寸數(shù)據(jù)。另外，我國(guó)不同地區(qū)人體尺寸有一定的差異，不同國(guó)家間人體尺寸的差異也頗為明顯，可根據(jù)我國(guó)不同地區(qū)、我國(guó)與其它國(guó)家的人體構(gòu)造尺寸的比例差異推算出來。5.2.2.1人體尺寸數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律H點(diǎn)確實(shí)定：根據(jù)法規(guī)規(guī)定，首先利用GB11559-89所規(guī)定的三維H點(diǎn)測(cè)量裝置(如圖5-1所示)按GB11563-89中規(guī)定的H點(diǎn)確定程序確定座椅H點(diǎn)，并利用調(diào)角器調(diào)節(jié)靠背傾角，與豎直方向近似25度，同時(shí)，調(diào)節(jié)座墊傾角為50度記錄此時(shí)座椅H點(diǎn)位置。根據(jù)前面GB10000-88的人體構(gòu)造尺寸數(shù)據(jù)表可知，身高數(shù)據(jù)是不連續(xù)的。例如:18~66歲的男子在百分?jǐn)?shù)為99時(shí)身高為1814mm，在百分?jǐn)?shù)為50時(shí)身高為1678mm。假設(shè)想為身高1700mm的人進(jìn)展產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，就必須對(duì)大量身高為1700mm的被測(cè)量者身體各局部的尺寸進(jìn)展測(cè)量統(tǒng)計(jì)平均。人體構(gòu)造尺寸相當(dāng)多，單獨(dú)為*種身體尺寸的人進(jìn)展產(chǎn)品設(shè)計(jì)顯然是非常有限的。如果可以找到測(cè)量的人體尺寸的計(jì)算公式，當(dāng)輸入身高時(shí)，就可以直接計(jì)算出所需的其它尺寸數(shù)值。統(tǒng)計(jì)資料說明:這種公式是存在的，也就是說人體測(cè)量尺寸符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律。這種規(guī)律就是:人體的構(gòu)造測(cè)量數(shù)據(jù)與身高、體重存在一定的關(guān)系，這種關(guān)系可以用經(jīng)歷公式表達(dá)。表5.3列出了以身高為根本參數(shù)的主要的人體尺寸經(jīng)歷公式。圖5-1三維H點(diǎn)測(cè)量裝置人體活動(dòng)空間尺寸(動(dòng)態(tài)尺寸)是相對(duì)于人體靜態(tài)尺寸而言的。人體靜態(tài)尺寸，著眼于人體自然構(gòu)造，而不考慮人的姿態(tài)與活動(dòng)。人體活動(dòng)空間尺寸，指人體肢體末端能夠到達(dá)的三維空間范圍，著眼于人的日常姿態(tài)與活動(dòng)需要。人體靜態(tài)尺寸參數(shù)雖然可以解決不少工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中有關(guān)人體尺寸的問題，但是人在操縱設(shè)備或從事*種作業(yè)時(shí)并不是靜止不動(dòng)的。因此，人們更關(guān)心的是以不同姿態(tài)工作時(shí)人體的手、腳能活動(dòng)的范圍?？杉岸仁侵冈诳臻g特定位置，通過改變手臂或腿部的方向及伸展長(zhǎng)度，手或腳是否能夠觸及空間內(nèi)*一物體的評(píng)價(jià)指標(biāo)。常用活動(dòng)尺度表的繪制，是檢驗(yàn)可及度的主要手段，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)不可或缺的重要依據(jù)之一。在日常生活和工作中，人的動(dòng)作是十分豐富的，而且會(huì)由此產(chǎn)生許許多多活動(dòng)空間尺度。比方，人的手臂可以上舉、平舉、側(cè)平舉、斜舉，可以推、拉、伸、屈、拿、送，沿著不同的方向或角度轉(zhuǎn)動(dòng);可以單臂動(dòng)作、雙臂動(dòng)作、上臂動(dòng)作、下臂動(dòng)作、雙臂同時(shí)動(dòng)作、上下臂協(xié)調(diào)動(dòng)作等等。人的手腕也可以有不少動(dòng)作方向，人的手指則更為靈活。人的腿腳動(dòng)作同樣多不勝舉。如果把人的頭部、軀干與四肢協(xié)調(diào)配合起來，同時(shí)動(dòng)作，其動(dòng)作方向、動(dòng)作幅度、動(dòng)作數(shù)量，幾乎可以多到無法統(tǒng)計(jì)，故多關(guān)節(jié)的真實(shí)人體空間尺度難以描述。表5.3人體各局部和身高的比例(H指身高)代號(hào)工程男女亞洲人歐美人亞洲人歐美人1眼高0.933H0.937H0.933H0.937H2肩高0.844H0.833H0.844H0.833H3肘高0.600H0.625H0.600H0.625H4臀高0.467H0.458H0.467H0.458H5脛骨點(diǎn)高0.267H0.313H0.267H0.313H6肩寬0.222H0.250H0.213H0.200H7前臂長(zhǎng)0.267H0.250H0.267H0.250H8手臂長(zhǎng)0.467H0.438H0.467H0.438H9坐高0.533H0.531H0.533H0.531H10坐姿眼高0.467H0.458H0.467H0.458H11坐姿膝高0.267H0.292H0.267H0.292H12坐姿肩高0.334H0.333H0.334H0.333H13坐姿肘高0.123H0.125H0.123H0.150H14坐深0.267H0.275H0.267H0.275H15小腿加足高0.233H0.250H0.233H0.250H16坐姿大腿厚0.080H0.086H0.080H0.086H17臀膝距0.320H0.342H0.320H0.342H5.3人體坐姿功能尺寸所謂產(chǎn)品功能尺寸是指以人體尺寸參量為根底，考慮該產(chǎn)品的*項(xiàng)功能相對(duì)人體尺寸參量做修改的產(chǎn)品尺寸。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同身高等級(jí)的成年人坐姿功能尺寸設(shè)計(jì)的根本條件、功能尺寸、關(guān)節(jié)功能活動(dòng)角度、設(shè)計(jì)圖和使用要求。主要用人體模版來設(shè)計(jì)和確定坐姿條件下的座椅、工作面、支撐面、調(diào)節(jié)配件配置是的成效學(xué)要求。進(jìn)展座椅設(shè)計(jì)，不能不考慮室內(nèi)特定的范圍和環(huán)境。人體關(guān)節(jié)的舒適性是進(jìn)展座椅設(shè)計(jì)的主要考慮因素。圖5-2表示的是人體各關(guān)節(jié)之間的關(guān)系。圖5-2舒適的坐姿關(guān)節(jié)角度5.4座椅的設(shè)計(jì)參數(shù)5.4.1.決定座椅參數(shù)的基準(zhǔn)(1)踏腳平面:無論是什么類型的座具，踏腳平面部是確定