汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及發(fā)展方向

1、.汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及發(fā)展方向?qū)W院：工程技術(shù)學(xué)院 專(zhuān)業(yè)：車(chē)輛工程 姓名：王 強(qiáng) 學(xué)號(hào)：20040707104前言：現(xiàn)代汽車(chē)座椅與汽車(chē)安全性、舒適性緊密相關(guān)。設(shè)計(jì)具有先進(jìn)水準(zhǔn)的座椅是當(dāng)今汽車(chē)發(fā)展中的一個(gè)重要課題。摘要：本文將對(duì)現(xiàn)代汽車(chē)座椅的設(shè)計(jì)方式，設(shè)計(jì)特點(diǎn)，以及未來(lái)的設(shè)計(jì)方向做簡(jiǎn)要的論述。主要從座椅材料，調(diào)整，設(shè)計(jì)等方面做基本的分析和說(shuō)明。首先對(duì)當(dāng)前汽車(chē)座椅的組成及功用等做簡(jiǎn)要分析說(shuō)明：一、 座椅表面材料。主要指織物和真皮等多種材料。選擇標(biāo)準(zhǔn)以舒適，手感，透氣性為主。一般座椅的表面材料與整車(chē)的內(nèi)飾相協(xié)調(diào)。二、 座椅調(diào)節(jié)形式。對(duì)于汽車(chē)座椅必須滿(mǎn)足調(diào)整便利性和舒適性?xún)纱笠?，也就是說(shuō)駕駛員通過(guò)調(diào)節(jié)操

2、縱，可以將座椅調(diào)整到最佳位置上以獲得最好視野。易于操縱方向盤(pán)、踏板、變速桿等。 調(diào)節(jié)形式有手動(dòng)和電動(dòng)兩種。手動(dòng)調(diào)節(jié)方式需要成員通過(guò)手柄放松座椅的鎖止機(jī)構(gòu)，然后通過(guò)改變身體的座姿和位置來(lái)帶動(dòng)座椅移動(dòng)。電動(dòng)座椅調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由控制器，可逆性直流電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)部件組成。直流電動(dòng)機(jī)受控制器控制并分別驅(qū)動(dòng)某個(gè)調(diào)整方向的傳動(dòng)部件（如蝸桿軸，蝸輪等）。蝸輪與齒條嚙合，蝸輪輪轉(zhuǎn)動(dòng)將齒條移動(dòng)使座椅前移或后移。電動(dòng)調(diào)節(jié)的座椅在調(diào)節(jié)時(shí)，座椅是施力方，乘客只需要扳動(dòng)控制鍵就可以了。電動(dòng)座椅的使用，讓駕駛員能輕松的找到最適合自己的駕駛姿勢(shì)，提供良好的視野，提高了行車(chē)安全性，并能工巧匠效減輕駕駛疲勞。三、前后排座椅調(diào)節(jié)方向。座椅

3、方向的調(diào)節(jié)是由座椅調(diào)角器、座椅導(dǎo)軌和座椅升降機(jī)構(gòu)來(lái)完成的，在每種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上，座椅都能完成兩個(gè)或兩個(gè)以上方向的調(diào)節(jié)。 座椅調(diào)角器用于連接汽車(chē)座椅椅座和椅背，對(duì)乘員提供安全保護(hù)和增強(qiáng)座椅舒適性。并在椅背內(nèi)添加了機(jī)械裝置用于減少追尾事故對(duì)頸椎造成的傷害。如下圖所示：上圖：放置在椅背與坐墊接縫處的能量吸收機(jī)構(gòu)發(fā)揮功能座椅導(dǎo)軌連接汽車(chē)座椅與車(chē)身底板，起調(diào)節(jié)座椅前后位置以及保護(hù)乘員安全的作用。座椅升降機(jī)構(gòu)用來(lái)調(diào)節(jié)汽車(chē)座椅高度和角度，能提高乘員舒適性并給駕駛者提供最佳視線，讓不同身材的人都不得能清楚的看清前方路況。一般汽車(chē)座椅至少能進(jìn)行前后、靠背調(diào)節(jié)四個(gè)方向的調(diào)整。四、 后座頭枕。指座椅靠背上方，與座椅相連

4、的，供駕駛員和成員緩解頸部疲勞使 用。五、 后排座放倒比例（%）。指后排座椅能放倒的幅度。很多可以100%放倒。常見(jiàn)的 放 倒比例有：1/3；2/3；50%；100%等。六、 前/后排座椅加熱。一般選用在使用真皮材料的座椅上，用天冬季溫度低時(shí)。提高駕駛者舒適感。七、 運(yùn)動(dòng)座椅。是專(zhuān)門(mén)針對(duì)高速行駛的車(chē)身與人體動(dòng)態(tài)反映而設(shè)計(jì)。特別將椅背及椅墊這兩個(gè)部分加以強(qiáng)化，使人體兩側(cè)的腰部/肩部以及背部能夠有良好的側(cè)向支撐性。使駕駛員能對(duì)車(chē)輛進(jìn)行精確的操控。八、 座椅按摩/通風(fēng)功能。在座椅內(nèi)加入氣動(dòng)裝置，氣壓由發(fā)動(dòng)機(jī)氣泵提供，座椅靠背內(nèi)分別有四個(gè)或多個(gè)氣壓腔，實(shí)現(xiàn)對(duì)腰椎部的保護(hù)。其次簡(jiǎn)述汽車(chē)安全系統(tǒng)：一、 座

5、椅安全帶。汽車(chē)座椅安全帶（以下簡(jiǎn)稱(chēng)安全帶）是重要的乘員保護(hù)設(shè)施之一，在減輕碰撞事故中乘員傷害方面起著重要的作用。隨著安全帶使用率的大幅度提高，事故中乘員傷亡率也隨之下降，有數(shù)據(jù)表明：佩帶座椅安全帶可以使碰撞事故中乘員傷亡率減少15%到30%。二、 安全氣囊。安全氣囊由沖擊傳感器、氣體發(fā)生器、氣袋和診斷系統(tǒng)等組成。安全氣囊設(shè)計(jì)的基本思想是：在傳感器感應(yīng)到汽車(chē)發(fā)生碰撞后，氣體發(fā)生器接收傳感器傳來(lái)的信號(hào)，通過(guò)爆發(fā)產(chǎn)生大量氣體，迅速在乘員和汽車(chē)內(nèi)構(gòu)件之間打開(kāi)一個(gè)充氣墊袋，使乘員“撲”在氣墊上，以緩沖并吸收碰撞能量，從而達(dá)到減輕乘員傷害程度的目的。 汽車(chē)安全帶的發(fā)展方向：一、 卷收器。卷收器是用于收卷、

6、儲(chǔ)存部分或全部織帶，并在增加某些機(jī)構(gòu)后起到某些特定作用的裝置。該裝置使佩帶者不必隨時(shí)調(diào)節(jié)織帶長(zhǎng)度。卷收器按其作用可以分為：無(wú)鎖式卷收器、自鎖式卷收器和緊急鎖止式卷收器（ABC），目前應(yīng)用最為廣泛的是緊急鎖止式卷收器。緊急鎖止式卷收器在汽車(chē)正常行駛時(shí)允許織帶自由伸縮，但當(dāng)汽車(chē)速度急劇變化時(shí)，其鎖止機(jī)構(gòu)鎖止并保持安全帶束緊力以約束乘員。這種卷收器中裝有慣性敏感元件和棘輪棘爪機(jī)構(gòu)或中心鎖止機(jī)構(gòu)。當(dāng)汽車(chē)正常行駛時(shí)，卷收器借助卷簧的作用，既能使織帶隨使用者身體的移動(dòng)而自由伸縮，又不會(huì)使織帶松弛。但當(dāng)緊急制動(dòng)、碰撞或車(chē)輛行駛狀態(tài)急劇變化時(shí)，卷收器內(nèi)的敏感元件將驅(qū)動(dòng)鎖止機(jī)構(gòu)鎖住卷軸，使織帶固定在某一個(gè)位置上

7、，并承受使用者身體加給織帶的載荷。二、 預(yù)緊器。安全帶預(yù)緊器能夠在低強(qiáng)度碰撞而安全氣囊未打開(kāi)的情況下，保護(hù)乘員的頭部；同時(shí)由于它能很好地消除在碰撞開(kāi)始時(shí)織帶與乘員之間的松弛量，故能使乘員與車(chē)體之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)減小，從而對(duì)乘員的胸、腹部起到很好的保護(hù)作用。三、 限荷器。限荷器（3/60 G .*4*,0/）可以改善安全帶的能量吸收特性，對(duì)乘員施加比較均勻的約束力，從而降低使用安全帶所造成的不適感。當(dāng)然，這必然會(huì)增加碰撞事故中乘員向前的移動(dòng)量，所以保證該裝置有效性的前提是與安全氣囊協(xié)同作用，確保乘員不會(huì)因過(guò)大的前移量而與汽車(chē)的內(nèi)飾件發(fā)生硬接觸。四、 帶扣/鎖舌。對(duì)帶扣、鎖舌的研究主要是使其在正常駕乘

8、狀態(tài)下將乘員可靠地固定在座椅的正確位置；而在事故發(fā)生時(shí)，可以盡快讓乘員解脫安全帶，逃離汽車(chē)。五、 安全帶織帶。除了要求足夠的強(qiáng)度以外，織帶還必須具有良好的耐溫濕、耐磨、耐光性。此外，對(duì)織帶的伸長(zhǎng)率和能量吸收特性也有特定要求，這是為了保證在碰撞事故中安全帶起作用約束人體向前移動(dòng)時(shí)，既不會(huì)因織帶過(guò)硬傷及被約束者身體，也不會(huì)因其彈性過(guò)大使乘員產(chǎn)生過(guò)量的移動(dòng)而碰撞到車(chē)身內(nèi)部件?？棊г谄淙局七^(guò)程中還需加入一定的阻燃劑，以滿(mǎn)足織帶阻燃的要求。六、 卷收器張力減小裝置。卷收器的卷收力過(guò)大會(huì)影響乘員佩戴安全帶時(shí)的舒適性，造成不舒服的壓迫感。張力減小裝置可以在不削減織帶的回卷能力并保持安全帶與乘員接觸的前提下，

9、盡量減小織帶對(duì)乘員的壓迫感。由于改善了安全帶的佩戴舒適性，無(wú)疑會(huì)增加安全帶的使用率。七、 高度調(diào)節(jié)器。高度調(diào)節(jié)器是一種用于調(diào)節(jié)安全帶上固定點(diǎn)高度的調(diào)節(jié)裝置，可以使安全帶佩戴者獲得較為舒服的肩帶佩戴位置。通過(guò)調(diào)節(jié)高度不僅使安全帶的約束性能得到優(yōu)化，更可以改善安全帶的佩戴舒適性，從而提高安全帶的使用率。八、 自動(dòng)緊急鎖止裝置。自動(dòng)緊急鎖止裝置是基于以下考慮而引入的：兒童乘員通常須可靠而牢固地進(jìn)行約束；而成年乘員卻希望可以比較自由地移動(dòng)，除非危險(xiǎn)情況出現(xiàn)。自動(dòng)緊急鎖止裝置在織帶充分拉出的情況下，通過(guò)一定的機(jī)構(gòu)將緊急鎖止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換到自動(dòng)鎖止?fàn)顟B(tài)。這同樣提高了乘員佩戴安全帶的舒適性和方便性。人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)

10、用：所謂人機(jī)工程學(xué)，亦即是應(yīng)用人體測(cè)量學(xué)、人體力學(xué)、勞動(dòng)生理學(xué)、勞動(dòng)心理學(xué)等學(xué)科的研究方法，對(duì)人體結(jié)構(gòu)特征和機(jī)能特征進(jìn)行研究，提供人體各部分的尺寸、重量、體表面積、比重、重心以及人體各部分在活動(dòng)時(shí)的相互關(guān)系和可及范圍等人體結(jié)構(gòu)特征參數(shù)；還提供人體各部分的出力范圍、活動(dòng)范圍、動(dòng)作速度、動(dòng)作頻率、重心變化以及動(dòng)作時(shí)的習(xí)慣等人體機(jī)能特征參數(shù)，分析人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)以及膚覺(jué)等感覺(jué)器官的機(jī)能特性；分析人在各種勞動(dòng)時(shí)的生理變化、能量消耗、疲勞機(jī)理以及人對(duì)各種勞動(dòng)負(fù)荷的適應(yīng)能力；探討人在工作中影響心理狀態(tài)的因素以及心理因素對(duì)工作效率的影響等。人機(jī)工程學(xué)的顯著特點(diǎn)是，在認(rèn)真研究人、機(jī)、環(huán)境三個(gè)要素本身特性的

11、基礎(chǔ)上，不單純著眼于個(gè)別要素的優(yōu)良與否，而是將使用“物”的人和所設(shè)計(jì)的“物”以及人與“物”所共處的環(huán)境作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)研究。在人機(jī)工程學(xué)中將這個(gè)系統(tǒng)稱(chēng)為“人機(jī)環(huán)境”系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)中，人、機(jī)、環(huán)境三個(gè)要素之間相互作用、相互依存的關(guān)系決定著系統(tǒng)總體的性能。本學(xué)科的人機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論，就是科學(xué)地利用三個(gè)要素間的有機(jī)聯(lián)系來(lái)尋求系統(tǒng)的最佳參數(shù)。人機(jī)工程設(shè)計(jì)程序：1)建立并運(yùn)用資料庫(kù)(這在前面已有論述)；2)決定研究主題；3)觀察階段：*目標(biāo)輪廓*訪識(shí)/觀察*使用模式/議題4)發(fā)展階段：*關(guān)鍵議題*產(chǎn)品概念*測(cè)試與評(píng)估 在整個(gè)研究過(guò)程中，人機(jī)工程師和工業(yè)設(shè)計(jì)師都必須全程參與，但在各個(gè)階段為主為輔的角色會(huì)有不同

12、。例如：產(chǎn)品概念由工業(yè)設(shè)計(jì)師主導(dǎo)，測(cè)試則由人機(jī)工程師主導(dǎo)，每個(gè)步驟以劇本的形式來(lái)串連溝通。每件產(chǎn)品都有各自的在人機(jī)工程學(xué)上的特色，特別是消費(fèi)性產(chǎn)品。以汽車(chē)內(nèi)部設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，座椅及內(nèi)裝設(shè)計(jì)表達(dá)了人機(jī)工程的應(yīng)用：座椅及內(nèi)裝設(shè)計(jì)，如一些大客車(chē)座椅，或者老板椅的靠背上部，都有一道鼓起來(lái)的凸包。對(duì)于大多數(shù)的中國(guó)人來(lái)說(shuō)，這個(gè)凸包常常是頂在后腦勺，使得身體后靠在椅背時(shí)，不得不稍稍低頭。從設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)，這道凸包本來(lái)是用來(lái)墊靠頸部凹處，使人的頭頸更舒服的。問(wèn)題的出現(xiàn)是由于這些座椅的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)直接從國(guó)外引進(jìn)，而生產(chǎn)者又沒(méi)有重新考慮中西方人在身材方面的不同，尺寸上完全照搬。結(jié)果西方人墊頸的凸包就頂住了我們的后腦勺。兒童座

13、椅： 從制造技術(shù)上講，目前國(guó)內(nèi)已有一些廠家具備了兒童安全座椅的生產(chǎn)能力，但在技術(shù)和研發(fā)試驗(yàn)等方面卻基本還要依賴(lài)國(guó)外廠家支持，且其中大部分產(chǎn)品用于外銷(xiāo)（這也是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)于兒童安全座椅需求較小決定的）。另一方面，現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有部分廠家開(kāi)始意識(shí)到了兒童安全座椅當(dāng)中所蘊(yùn)藏的巨大市場(chǎng)潛力，正在進(jìn)行這方面的開(kāi)發(fā)，但由于國(guó)內(nèi)缺乏相應(yīng)的法規(guī)以及試驗(yàn)等方面的技術(shù)支持，使得這方面的發(fā)展受到了一定的制約。國(guó)外很多國(guó)家都有法律明確規(guī)定：兒童乘車(chē)時(shí)，必須使用兒童乘客約束系統(tǒng)，否則將受到罰款處罰。強(qiáng)制要求使用兒童汽車(chē)安全椅國(guó)家和地區(qū)主要有英國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本、新加坡、中國(guó)臺(tái)灣、意大利、荷蘭、澳大利亞、南非、瑞典

14、等。國(guó)家強(qiáng)制日期適用對(duì)象澳大利亞1976年未滿(mǎn)8歲，且體重小于18kg的兒童 美國(guó)1983年各州不統(tǒng)一。如加利福利亞州：不到4歲且體重小于18kg的兒童日本2000年6歲以下兒童法國(guó)1991年9以下兒童制表：太平洋汽車(chē)網(wǎng)淺析Unigraphics在汽車(chē)座椅設(shè)計(jì)中的應(yīng)用一、概述Unigraphics軟件是Unigraphics Solutions公司（簡(jiǎn)稱(chēng)UGS）的CAD產(chǎn)品，其在航空航天、汽車(chē)、通用機(jī)械、電子、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械、家電以及其他高科技應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)和模具加工自動(dòng)化的市場(chǎng)上得到了廣泛的應(yīng)用。文章以Unigraphics作為平臺(tái)，以汽車(chē)座椅的某一部件為例，對(duì)其性能進(jìn)行計(jì)算模擬分析

15、，發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行改進(jìn)，以確保成品的完善。（一）模型模型為一較復(fù)雜汽車(chē)座椅結(jié)構(gòu)，基本部件有靠背、坐墊及支架等。文章分析座椅中的聯(lián)接板。每輛份座椅共有左右對(duì)稱(chēng)共四個(gè)聯(lián)接板。聯(lián)接板的作用是將座椅坐墊骨架固定在支架上，盡管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它的性能直接關(guān)系到座椅的穩(wěn)定性，甚至汽車(chē)的安全性，因此是較重要的功能件。（二）材料骨架及其他金屬件材料為Q253，靠背及坐墊中間墊有泡沫，外層為皮革。對(duì)聯(lián)接板進(jìn)行有限元的分析，其它部分的材料屬性不予考慮。聯(lián)接板的材料屬性如下：密度：7.85103kg/m3 泊松比：0.3楊氏模量： 2.06105MPa 屈曲強(qiáng)度： 235.0MPa （三）環(huán)境設(shè)置環(huán)境溫度為，模擬座椅在惡劣路面上行駛時(shí)的受力，綜合考慮汽車(chē)急開(kāi)、急停、高速轉(zhuǎn)彎、劇烈顛簸以及撞車(chē)等情況。（四）預(yù)分析對(duì)聯(lián)接板結(jié)構(gòu)尺寸分析，可知當(dāng)上部變形超過(guò)1.776mm時(shí)，坐墊骨架將與支架脫離，致使座椅失去平衡。因此，這次模擬分析所得數(shù)據(jù)最重要的將是上部的變形量，其結(jié)果與1.776mm比較，就知道聯(lián)接板的設(shè)計(jì)是否合理。二、有限元分析運(yùn)行Unigraphics NX3.0版本，使用機(jī)構(gòu)P.E.解算器，賦予材料特性，設(shè)置約束和載荷，使用“3D四面體網(wǎng)格”劃分網(wǎng)格，最后進(jìn)行解算，得到位移云圖。如下： 三、改進(jìn)對(duì)聯(lián)接板結(jié)構(gòu)稍做改進(jìn)，以期在同樣的環(huán)境中，聯(lián)