汽车座椅设计《汽车车身设计》课程设计Word文档下载推荐.docx

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本文基于人机工程学的汽车真皮座椅（驾驶座椅）设计，车型为：

丰田FJ酷路泽4.0。

目前市场上主要有以下汽车座椅分类：

真皮座椅、绒布座椅、儿童座椅及赛车座椅。

基于真皮座椅的以下优点，真皮座椅得到了广泛的应用。

真皮座椅有以下优点：

容易清洁。

相对于绒布座椅来说，灰尘只能落在真皮座椅表面，而不会深入到座椅深层，因此用布轻轻一擦就可以完成清洁工作，对于绒布座椅来说还需要购买座垫等，否则一旦弄脏，就有可能渗入到座椅内部。

更易散热。

虽然真皮也会吸热，但是它的散热性能表现更好。

夏日正午被阳光灼热的车辆，座椅一定很烫。

但如果是真皮座椅，用手拍几下就可以散去热气，或者坐上去一段时间就不会感觉那么烫了。

而绒布座椅就没有这么好的散热性。

图1.汽车真皮座椅

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起的重要部件，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分布，在重要的人体结构点上支撑人体，可以有效的保证人体在车辆行驶过程中的平稳。

2.为驾驶员提供良好的定位。

通过座椅对驾驶员的定位，可以使驾驶员获得良好的视野，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。

座椅中各种人性化的附属设备以及豪华配置，减少了路面对乘员的影响，缓和和衰减由车身传来的冲击和振动，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，能有效的防止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、研发过程中必须着重解决的问题。

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分，包括静态舒适性，动态舒适性以及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以及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

人机工程学是根据人体解剖学、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、合理的体压分布、人体测量的基本数据和视觉美学等方面使设计的座椅满足人的生理和心理要求，为乘员提供舒适、安全的驾驶和乘车环境。

（2）汽车座椅的动态舒适性

一般认为，人体对振动的反应可分为两个过程：

一个是振动传递到人后引起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起的生理反应。

汽车座椅的动态舒适性与座椅以及人体的振动特性密切相关。

（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，尽量为驾驶员和乘员在整个过程中提供最舒适的工作和乘坐环境。

一方面，就座椅的各种调节装置而言，应该是使操作更容易实现，并且更容易达到；

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阔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。

根据座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，可以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防止事故发生的能力。

座椅系统的设计与驾驶员视野、驾驶员定位以及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，舒适的座椅可以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满足主动安全性要求，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起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。

在加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2－1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种高档轿车中。

图2-1带侧碰气囊的座椅

2.1.3汽车座椅的设计要求

根据汽车座椅的功用及性能，有如下的设计要求：

1、座椅的尺寸和形状应使人体具有合适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。

2、座椅应有良好的动态舒适性，以缓和与衰减车身传给人体的冲击和振动，使驾驶员在各种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量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，成本低。

5、能保证视野良好，驾驶员工作时操作方便，座椅调节轻便。

6、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总体设计要求。

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，一百多年来，随着汽车的发展和人们要求的不断提高，汽车座椅已不是单纯满足乘坐和美观需要的车身部件，而是关系到汽车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分。

如下图2－2所示：

图2－2汽车座椅结构示意图

座椅骨架常用轧制型材（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。

2.2.2汽车座椅的分类

座椅的分类方法很多，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。

近年来，随着汽车工业的发展，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、安全性及方便性得到了提高。

2.3汽车座椅的发展趋势

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，发展非常成熟，与座椅相关的安全标准和法规已经十分完善。

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落后。

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多年的发展，目前国内已经有了很多座椅生产厂家。

借助合资的优势，他们掌握了部分设计和生产技术，但核心技术还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。

落后的设计方法是阻碍我国座椅发展的重要因素。

当前汽车产业亟需开发出适合我国生产现状的安全、轻量、低成本的座椅。

目前汽车座椅在国际上的发展趋势：

1、电动座椅2、悬挂座椅3、记忆座椅4、轻量型座椅5、安全座椅。

随着汽车工业的高速发展，人们对汽车座椅的要求也会越来越高。

为了进一步提高座椅的舒适性及安全性，全球各大汽车公司以及汽车零部件商也在持续不断地加大对座椅的研发力度，在座椅的新结构、新工艺、新材料的研发及应用上狠下工夫，研制出了各类悬架座椅、电动座椅、电脑记忆座椅等新型座椅，按摩装置、辅助冷热智能空调座椅等各类辅助装置也不断诞生。

此外，采用环保织物作为座椅面料，也将成为一种新趋势。

第3章汽车座椅的理论研究与设计

3.1汽车座椅设计的基本原则及依据

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、安全性以及座椅的合理布置，此外，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汽车座椅设计的基本原则

（1）安全性座椅设计时首先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，座椅就能够减轻事故对乘坐者造成的伤害，并能起到一定的保护作用。

（2）操纵方便设计的座椅还需操纵方便，调整手柄和按钮的布置必须在驾乘者伸手能及的位置，并符合常人的习惯且操纵力量适中。

（3）乘坐舒适设计的座椅必须能使乘客保持良好的坐姿，使其脊柱自然弯曲，保证合理的体压分布并使其肌肉松弛，血液循环正常；

并具有腰椎依托感、腰背部贴和感和侧向稳定感。

能有效隔离或衰减路面产生的振动，满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分布于坐骨附近区域；

座椅前缘处，大腿与椅子之间压力应尽量减少；

座椅应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，但必须防止滑脱，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起肢体麻木，长时间乘坐不易感到疲劳；

骨架及各机构应能满足强度（安全）要求和使用要求，通过对座椅靠背的前后、上下倾斜角度、头枕前后上下等位置的有限调节，使大部分人处于舒适状态。

3.1.2汽车座椅设计的基本依据

、座椅造型的基本要点：

汽车座椅的设置特点，是根据人体工学原理而设计座椅的舒适性，以及按不同身材的人而设置座椅的可调节性。

座椅造型的基本要点：

（1）适应腰曲弧线

（2）靠背必须具有正确的支撑点

（3）正确分布体压

（4）保持人体躯干与大腿的舒适夹角

、汽车座椅设计人机工程学对座椅结构的具体要求：

（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，使背部肌肉处于放松状态，并能给背部、肩部有效可靠的支撑，使驾乘人员保持稳定的坐姿，还要有足够的侧背支撑，从而避免高速转弯时的横向滑动。

靠背的具体参数要求：

设计时，靠背的高度和宽度一般分别为600mm和480mm。

不同的靠背倾角会导致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，满足驾乘人员在休息时的需求，靠背倾角应为可调式，并且调整范围尽可能大。

一般载重汽车为100°

～115°

，大客车为95°

～135°

，轿车为80°

～170°

。

此外，腰部支撑和扶手也可以减少椎间盘的压力。

设计时，腰部支撑要有一定的厚度、硬度和透气性，确保乘坐人员的体重能够均匀地分布于座盆区域。

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5cm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，使腰部得到良好的保护和有效支撑。

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

座垫设计主要是座垫深度和坐垫倾角的确定。

座垫深度的设计原则是在充分利用靠背的情况下，使臀部得到合理支撑。

人体在坐姿状态下，坐骨与小腿足部构成稳定的人体支撑。

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，引起疲劳；

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，座垫的深度应按臀部至大腿表面全长的3/4设计，一般取400～480mm。

座垫的倾角应兼顾安全性和舒适性，一般为2°

～10°

（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，颈椎会承受到很大的加速度而容易伤害。

有了头枕的承托，可以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。

按照国家标准，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10cm。

（4）座椅蒙皮

座椅蒙皮必须阻燃，其燃烧特性必须符合GB8410-1994《汽车内饰材料的燃烧特性》要求。

（5）泡沫软垫

目前座垫、靠背缓冲用软垫基本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。

（6）座椅骨架

座椅骨架必须能够承受一定的载荷，通常所指的座椅强度其实就是座椅骨架的强度，它属于汽车整车强制认证检测项目之一。

靠背及座垫骨架的形状，应以能满足人体生理特征、给驾驶人员提供安全和有效支撑为目的进行设计。

座椅骨架一般由钢质材料焊接而成。

（7）减振机构

座椅减振机构主要包括弹性元件和减振元件。

在设计座椅刚度和阻尼时，要根据整车的振动特性充分考虑人体生理特点综合选择最佳值，使车身振动得到衰减。

为使设计的座椅阻尼和刚度能更合理搭配，工程师们一般将座椅刚度和阻尼均设计为可调节式。

（8）调节机构

调节机构主要包括座椅高度调整机构、前后位移调整机构（即座椅滑道）、靠背仰角调整机构（即调角器）及座垫前倾角调整机构等。

高度调整的范围应根据人机工程学原理，以能满足大部分人群的使用要求为目标进行确定，一般调整范围为0～100mm。

滑道是调整座椅在车厢纵向水平位置前后位移的机构，一般前后调整距离为0～±

100mm。

锁止强度必须能满足GB15083-1994《汽车座椅系统强度要求及实验方法》的规定。

3.2用户人体尺寸研究

各种设备和工具等设计对象在适合于人的使用方面，首先涉及的问题是适合人的形态和功能范围的限度。

例如，一切操纵设备都应设在人的肢体活动所能及的范围之内，其高低位置必须与人体相应部位的高低位置相适应，而且岂不知应尽可能设在人操作方面、反应最灵活的范围之内。

所以研究人体尺寸模型—用人体模型描述人体尺度是非常有必要的。

人机工程学范围内的人体形态测量数据主要有两类，即人体构造尺寸和功能尺寸，也就是人体静态尺寸和人体动态尺寸。

而针对于座椅设计的人体尺寸相关的主要有人体立姿尺寸和人体水平尺寸。

3.2.1人体静态尺寸

人体静态尺寸，着眼于人体天然结构，比如身高、体重、腿臂长度等，是建立人体尺寸模型的基础。

国家标准GB10000-88《中国成年人人体尺寸》按照人机工程学的要求提供了我国成年人人体尺寸的基础数据。

标准中共给出了7类47项人体尺寸基本数据。

人体的主要尺寸包括身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长等6项。

根据有关统计数据，我国人体基本尺寸见表5-1。

一般人体尺寸都是在立正或正坐的姿势状态下测量的，因为在人体自然状态下测量很容易出现差别。

在设计时，通常也要按立正或正坐时的人体尺寸来考虑。

表5.1我国人体基本尺寸

单位：

mm

尺寸名称

尺寸数值

男

女

身长

1688

1586

肩窄宽

426

392

眼高

1585

1480

臀宽

334

395

肩高

1421

1320

下肢前伸长

1016

977

坐姿身高

897

849

大腿长

422

409

坐姿眼高

794

743

小腿长

401

369

肘到坐平距离

245

239

足高

71

66

上肢前伸长

731

689

膝臀间距

551

525

大臂长

269

261

大腿平长

433

432

小臂长

247

226

膝上到足底距离

515

480

手长

193

179

膝弯到足底距离

406

383

前伸长

3.2.2人体测量尺寸

表5.2人体尺寸表

测量项目分类

主要测量项目

人体主要尺寸

身高、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长、体重

立姿人体尺寸

眼高、肩高、肘高、手功能高、会阴高、胫骨点高

坐姿人体尺寸

坐高、坐姿颈椎点高、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、坐姿下肢长

人体水平尺寸

胸宽、胸厚、肩宽、最大肩宽、臀宽、胸围、腰围、臀围、系宽、坐姿臀宽、坐姿两肘间宽

3.2.3人体尺寸数据统计规律

H点的确定：

根据法规规定，首先利用GB11559-89所规定的三维H点测量装置（如图5-1所示）按GB11563-89中规定的H点确定程序确定座椅H点，并利用调角器调节靠背倾角，与竖直方向近似25度，同时，调节座垫倾角为50度记录此时座椅H点位置。

根据前面GB10000-88的人体结构尺寸数据表可知，身高数据是不连续的。

例如:

18~66岁的男子在百分数为99时身高为1814mm，在百分数为50时身高为1678mm。

若想为身高1700mm的人进行产品设计时，就必须对大量身高为1700mm的被测量者身体各部分的尺寸进行测量统计平均。

人体结构尺寸相当多，单独为某种身体尺寸的人进行产品设计显然是非常有限的。

如果可以找到测量的人体尺寸的计算公式，当输入身高时，就可以直接计算出所需的其它尺寸数值。

统计资料表明:

这种公式是存在的，也就是说人体测量尺寸符合统计规律。

这种规律就是:

人体的结构测量数据与身高、体重存在一定的关系，这种关系可以用经验公式表达。

表5.3列出了以身高为基本参数的主要的人体尺寸经验公式。

图5-1三维H点测量装置

表3.3人体各部分和身高的比例（H指身高）

代号

项目

男

亚洲人

欧美人

1

0.933H

0.937H

0.937H

2

0.844H

0.833H

3

肘高

0.600H

0.625H

4

臀高

0.467H

0.458H

5

胫骨点高

0.267H

0.313H

6

肩宽

0.222H

0.250H

0.213H

0.200H

7

前臂长

8

手臂长

0.438H

9

坐高

0.533H

0.531H

10

11

坐姿膝高

0.292H

12

坐姿肩高

0.334H

0.333H

13

坐姿肘高

0.123H

0.125H

0.150H

14

坐深

0.275H

15

小腿加足高

0.233H

16

坐姿大腿厚

0.080H

0.086H

17

臀膝距

0.320H

0.342H

3.3人体坐姿功能尺寸

所谓产品功能尺寸是指以人体尺寸参量为基础，考虑该产品的某项功能相对人体尺寸参量做修改的产品尺寸。

国家标准规定了不同身高等级的成年人坐姿功能尺寸设计的基本条件、功能尺寸、关节功能活动角度、设计图和使用要求。

主要用人体模版来设计和确定坐姿条