汽車座椅設(shè)計對H點的影響及優(yōu)化

汽車座椅設(shè)計對H點的影響及優(yōu)化學院機電工程學院專業(yè)車輛工程指導教師劉小云負責教師王文竹沈陽航空航天大學2016年6月沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)I摘要隨著我國汽車行業(yè)的發(fā)展，人們開始提高對于汽車座椅的設(shè)計要求，而要進行汽車座椅設(shè)計就必須考慮H點。H點的位置決定了駕乘人員身體各部分在座椅空間中的位置，繼而影響了駕駛員和乘客的乘坐舒適性和安全性等。本論文系統(tǒng)地解釋了H點的含義，介紹了汽車座椅和H點的發(fā)展歷程，論述假人與H點的關(guān)系以及測量H點的方法，從座椅各部分論述其與H點的關(guān)系和相互之間的影響，并通過實驗數(shù)據(jù)得出了各部件對H點的設(shè)計優(yōu)化方案。關(guān)鍵詞：H點；舒適性；假人；汽車座椅沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)Withthedevelopmentofautomobileindustryinourcountry,peoplebegintoimprovedesignrequirementsforcarseats.Ifwewanttodoit,H-pointmustbeconsideredfirst.H-pointpositiondeterminesthedriver'sbodyintheautomotivespace,andthendecidedtooperatethedriverandpassengercomfortandsecurity.ThispapersummarizesthemeaningoftheHpoint,introducedthedevelopmentofthecarseatHpoints,outliningtherelationshipbetweenthedummyandthemeasurementmethodoftheHpoint.Inthisarticle,allpartsofseatwiththeH-pointrelationshipandinteractionisdiscussed.BytheexperimentaldataofH-point,wecangetanewmethodaboutoptimizationdesignforcarKeywords:Hpoints;comfort;dummy;CarSeats沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)1緒論 1.1汽車行業(yè)狀況及發(fā)展歷史 1 11.1.2汽車行業(yè)的發(fā)展狀況 11.2汽車座椅 31.2.1汽車座椅發(fā)展史 41.2.2汽車座椅的分類 41.2.3汽車座椅的結(jié)構(gòu) 61.2.4汽車座椅的作用 81.2.5未來汽車座椅發(fā)展方向 9 2.1H點的產(chǎn)生與發(fā)展 2.2術(shù)語 2.2.1軀干線 2.2.2乘員中截面 2.2.3小腿夾角 2.2.4駕駛員的踵點 2.2.5靠背角 2.3H點的定義 2.3.1H點與R點的關(guān)系 2.3.2汽車座椅的H點 2.4假人與H點 2.4.1假人的種類 2.4.2假人數(shù)據(jù) 2.4.3H點與假人 2.4.4H點三維人體模型 2.5H點的測量方法與要求 沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文) 3.1座椅各部件對H點的影響 3.1.1發(fā)泡設(shè)計與H點 3.1.2面套設(shè)計與H點 3.1.3中墊與側(cè)翼與H點 223.1.4調(diào)角器旋轉(zhuǎn)點與H點 3.1.5腰托設(shè)計與H點 3.2H點對舒適性的影響 3.2.1舒適性的概念 3.2.2H點與假人離去點 3.2.3H點與坐墊舒適性設(shè)計 3.2.4H點與靠背舒適性設(shè)計 3.3H點的重要性 4.1相關(guān)因素正交對比試驗 4.2靠背鋼絲位置對H點的影響 4.3發(fā)泡厚度對H點的影響 4.4發(fā)泡硬度對H點的影響 4.5復合層厚度對H點的影響 4.6座椅設(shè)計與H點的優(yōu)化 沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)1汽車自1886年誕生以來，已經(jīng)經(jīng)歷了130年的發(fā)展，進入了如今這個輝煌的時回顧汽車歷史，汽車結(jié)構(gòu)的持續(xù)不斷的改進和汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，不但大大地改變了人類的生活方式，而且使得汽車工業(yè)和汽車技術(shù)得以長足發(fā)展。如今，汽車已經(jīng)成為了人們生活當中不可或缺的一部分。龐大的汽車消費市場和汽車保有量，以及汽車的不斷更新?lián)Q代，不斷刺激著汽車生產(chǎn)廠家居安思危，以適應(yīng)時代發(fā)展的浪潮，從而在市場上有自己的立足之地。在適應(yīng)時代、獲取消費市場的過程當中，汽車的設(shè)計開發(fā)能否滿足消費者的要求是汽車廠商生存的關(guān)鍵，立足于消費者角度，以人為本的思路是成功設(shè)計的不二法門，其中考慮與人—車交互部分的設(shè)計，更是重中之重。在汽車開發(fā)人一車交互部分的設(shè)計過程當中，汽車座椅的設(shè)計占有很大的比重，而關(guān)于座椅設(shè)計的部分，H點在其中更是占有及其重要的地位。汽車座椅提出的一些性能要求，如乘坐舒適性、駕駛員視野性、操縱方便性、手伸及性等，都是以座椅H點為中心所提出的。要進行合理的座椅設(shè)計，就必須考慮座椅H點的位置，H點的選取直接影響座椅的布置和相關(guān)性能的實現(xiàn)。1.1汽車行業(yè)狀況及發(fā)展歷史1.1.1汽車的發(fā)展史人類的歷史文明的發(fā)展，是一個生產(chǎn)力不斷發(fā)展進化的過程，而裝備動力、自行推進的輪式道路車輛汽車，它在發(fā)明之初并不是如今這個模樣，汽車自身的發(fā)展也經(jīng)歷了一個漫長的過程。經(jīng)過了130年的發(fā)展，汽車成為了現(xiàn)在這樣具有多型式、多規(guī)格，廣泛應(yīng)用于人類社會經(jīng)濟生活各個領(lǐng)域的交通運輸工具。1.1.2汽車行業(yè)的發(fā)展狀況當今世界汽車工業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個階段：1.汽車工業(yè)快速發(fā)展階段(19世紀末至20世紀30年代)沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)2大量汽車生產(chǎn)廠商成立，汽車生產(chǎn)從作坊式生產(chǎn)過渡到大規(guī)模、標準化和流水線生產(chǎn)，生產(chǎn)效率大大提高。汽車技術(shù)方面，等速萬向節(jié)、帶有同步器的變速器、四輪制動系統(tǒng)、液壓減震器也相繼出現(xiàn)。2.汽車發(fā)展全盛時期(20世紀30年代至70年代)在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束之后，歐洲大力發(fā)展汽車工業(yè)，汽車產(chǎn)量從80萬輛左右猛增到近800萬輛。同時，日本汽車工業(yè)迅速崛起，產(chǎn)量從1963年的100多萬輛迅速增加到1970年的400多萬輛。乃至到20世紀80年代，汽車產(chǎn)量超過美國，躍居為世界第一。圖1.1(源自汽車網(wǎng))是關(guān)于2003-2013年十年間全球汽車產(chǎn)量與增長情況的變化趨勢圖。世界汽車產(chǎn)量(萬輛)世界汽車產(chǎn)量增長率3.汽車企業(yè)兼并重組產(chǎn)量相對穩(wěn)定期(20世紀70年代之后)20世紀70年代之后，世界汽車產(chǎn)量穩(wěn)定在5000萬輛左右，發(fā)達國家汽車市場趨于飽和，汽車產(chǎn)能過剩，汽車市場競爭激烈。圖1.2(源自中國汽車網(wǎng))顯示了近些年來中國汽車產(chǎn)量和剩余產(chǎn)能的預(yù)測情況，可見汽車產(chǎn)業(yè)的越來越激烈競爭狀況。沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)3(萬謝)圖1.2中國汽車產(chǎn)量及過生產(chǎn)能預(yù)測4.節(jié)能環(huán)保、新能源汽車是當前汽車發(fā)展主要方向如今汽車保有量大幅上升，對資源的需求急劇增加，造成的導致空氣污染也日益嚴重。未來節(jié)能環(huán)保、新能源汽車及相關(guān)零部件行業(yè)將成為新的增長點，也是未來汽車工業(yè)的發(fā)展方向。表1.1(源自新浪網(wǎng))關(guān)于2015年中國汽車廠家銷量排行榜：表1.12015年中國汽車廠家銷量排行(前10)排名汽車廠家累計銷量上海大眾2一汽大眾3上海通用4上海通用五菱5北京現(xiàn)代6長安汽車7東風日產(chǎn)8長安福特9長城汽車一汽豐田473369汽車座椅是車輛中唯一每個乘客每次都必須接觸的系統(tǒng)，也是車輛中第三昂貴的系統(tǒng)(僅次傳動系統(tǒng)和車身線束)。它給駕乘者提供了最基礎(chǔ)的舒適性與安全性體驗，沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)4是汽車當中最為重要的組成部分之一。1.2.1汽車座椅發(fā)展史1886年誕生的奔馳1號，座椅結(jié)構(gòu)非常簡單，只是在木板上加了一個坐墊，其功能只是讓駕駛者不用站著開車而已。1886年德國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。隨著汽車流水線的出現(xiàn)，汽車漸漸成為一種大眾化的交通工具，人們對座椅舒適性的要求也越來越高。福特T型車經(jīng)過改型將整個座椅從坐墊到靠背都被柔軟材料所覆蓋，但是從結(jié)構(gòu)和功能上來說，并沒有太多實質(zhì)性的改變。而在1961年的別克Electra225敞篷車上，首次開始采用前排獨立兩座設(shè)計方案，其副駕駛座椅還可以180為了使車內(nèi)空間得到最大化的利用，同時滿足不同身材的駕乘者對座椅位置的要求，帶有滑軌的可調(diào)式座椅便應(yīng)運而生。早期的可調(diào)式座椅只能調(diào)節(jié)前后、高低和靠背角度，而且都是手動調(diào)節(jié)，而現(xiàn)在出現(xiàn)的電動座椅則更加方便實現(xiàn)這個功能。后來，人們開始關(guān)注到人與座椅接觸的部分空氣流通不佳，從而不利于汗液的排除。于是座椅通風功能便出現(xiàn)了，它能夠改善人與座椅接觸面間的空氣流通效果，提高了乘坐舒適性。而到了寒冷的冬季，車內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)也很難讓座椅表面快速升溫，而當我們在座椅內(nèi)加入加熱墊后，就解決了這個問題。隨著當今汽車行駛速度的不斷提升，汽車座椅的安全性也成為設(shè)計者們重點考慮的一項因素。為了提高對乘員頸部的保護，在汽車座椅上開始出現(xiàn)了“安全頭枕”,這種頭枕通常會向前傾斜一定的角度，并且設(shè)計為弧形，以增加對頭部的包裹性，從而給予人體更好的保護。1.2.2汽車座椅的分類從座椅在汽車空間中的位置來看，整個座椅系統(tǒng)可以分為：沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)5圖1.3座椅系統(tǒng)位置整套座椅=A+B+C座椅系統(tǒng)=A或B或C前排座椅系統(tǒng)=A或B后排座椅系統(tǒng)=C單人座椅僅僅允許一人乘坐，是一個獨立的座椅，有些座椅可以旋轉(zhuǎn)，可直接安裝到車身上來使用。圖1.4單人座椅與可折疊座椅2.可折疊座椅一般擁有一個長坐墊，靠背為長靠背或分體靠背，可折疊靠背折疊后，乘客可拿取行李箱中的物品，或者靠背背面能裝載物品，甚至允許后面的乘客出入車輛。沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)63.固定長座椅擁有單個坐墊和單個靠背，并且是固定的，不可移動。4.分體式座椅允許座椅單獨調(diào)節(jié)各個維度，并且座椅前后位置，靠背傾斜度都能單獨調(diào)節(jié)。有如下變化：60/40分體；50/50分體；其他分體，以坐墊分體為準。圖1.5分體式座椅和集成式兒童座椅5.其他座椅類型床座椅：床座椅的靠背向后翻倒，和座椅坐墊組成一張床可用來休息等。集成式兒童座椅：包含一個兒童座椅。從座椅外部來看，汽車座椅的結(jié)構(gòu)可以分為以下幾大部分：圖1.6汽車座椅結(jié)構(gòu)沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)7用來在事故中幫助防止頸部，頭部受傷，可調(diào)節(jié)式或一體式，前排必須有，后排靠背用來支撐乘客背部，可安裝可調(diào)節(jié)的腰托和側(cè)翼。座椅坐墊用來支撐乘客的臀部和大腿，可安裝可調(diào)節(jié)的腿托和側(cè)翼。位于靠背/坐墊兩側(cè)，用來幫助防止乘客下身/軀干左右移動一般分布在內(nèi)側(cè)和外5.中塊位于靠背側(cè)翼之間和坐墊側(cè)翼之間，可以使用和側(cè)翼不同的材料，和座椅其他部分相比，中塊部分有更多的裝飾縫線。其它座椅關(guān)鍵零部件：骨架總成：必須承受所有動態(tài)或靜態(tài)載荷，泡沫，懸掛，面套都固定在骨架上；懸掛：支撐乘客，提供舒適的壓力分布，吸收車身傳遞的振動，沖擊并保持面套外形不發(fā)生較大改變；泡沫：提供座椅的形狀和輪廓，并影響座椅H點和舒適性；調(diào)角器：關(guān)鍵部位，承受靠背傳遞的所有載荷，允許座椅靠背繞轉(zhuǎn)軸點旋轉(zhuǎn)；滑道：支持座椅骨架，提供車身地板的固定點，提供座椅前后調(diào)節(jié)功能，承受座椅上傳來的所有載荷；調(diào)高機構(gòu)：支持座椅骨架，提供座椅上下調(diào)節(jié)功能，承受上部骨架傳遞的載荷；扶手：用來支撐手臂或者肘部。沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)8圖1.7座椅骨架及其懸掛裝置1.2.4汽車座椅的作用汽車座椅在汽車行駛過程當中是駕駛員和乘客的操控與支撐平臺，駕駛員所有的操控動作都是在座椅上進行和完成的。座椅在汽車行駛過程中還要具有一定的保護作用，用來減輕由車輛振動而產(chǎn)生的對人體的沖擊。座椅對于駕乘者而言就是最后一道生命的保護傘。座椅系統(tǒng)的四大基本功能：1.支撐乘客：座椅最基本的功能，乘客須能改變姿勢，不能因座椅外形被迫處于單個姿勢。必須平衡乘客移動的自由及足夠的支撐。座椅必須不需要對外形/功能進行更改就能適應(yīng)不同體重以及不同身高的乘客。不適合的支撐會對乘客的位置，舒適性以及安全產(chǎn)生負面影響。2.保持姿勢：姿勢對于車輛安全駕駛非常重要，不合適的姿勢會影響到控制器的操作。乘客姿勢的三個關(guān)鍵參數(shù)：頭部手部和腿部空間；乘客視野；駕駛員附近的人工控制器；3.提供舒適：舒適是生理的和心理的感知，是一種多方因素的綜合。a)靜態(tài)舒適沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)9合適的座椅輪廓，合適的泡沫硬度都決定了座椅的靜態(tài)舒適程度。b)動態(tài)舒適動態(tài)舒適包括在汽車行駛過程中對振動的吸收，噪音控制等。c)長時舒適主要包含疲勞的緩解等等。4.保護乘客：吸收碰撞能量，防止約束系統(tǒng)失效，約束乘客，確保乘客處于各種安全系統(tǒng)的工作范圍內(nèi)。1.2.5未來汽車座椅發(fā)展方向隨著當今汽車工業(yè)的繼續(xù)高速發(fā)展，人們對汽車座椅系統(tǒng)的設(shè)計提出了更高的要求。在實現(xiàn)座椅功能的基礎(chǔ)上，為了進一步提高座椅的乘坐舒適性及安全性，全球各大汽車公司及汽車零部件公司都在持續(xù)不斷地加大對于新型座椅的研發(fā)力度，不但在座椅的新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料的研發(fā)及應(yīng)用上進行不斷的優(yōu)化，不斷研制出各類懸架座椅、電動座椅、電腦記憶座椅等，而且與之相配套的座椅按摩裝置、冷熱智能空調(diào)等各類輔助裝置也在不斷誕生。但無論汽車座椅怎樣發(fā)展。座椅的開發(fā)設(shè)計都必須考慮合適的人體H點參數(shù)作為設(shè)計基礎(chǔ)。沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)2H點介紹與假人H點一般是指二維人體樣板上的軀干線與大腿中心線的交點。根據(jù)應(yīng)用場合的不同，對于H點的表達也不盡相同。汽車的實際H點是指當H點人體模型按規(guī)定的步驟安放在汽車座椅中時，人體模型上左右兩H點標記連接線的中點，它表示汽車駕駛員或乘員入座后胯關(guān)節(jié)中點在車身中的實際位置。汽車的實際H點是決定乘坐舒適性、視野性、操作方便性、手伸及性等的基準點。在座椅設(shè)計的過程當中，H點必須和座椅參考點(R點)相匹配，而不合適的H點(或R點)可能會帶來諸多安全隱患。2.1H點的產(chǎn)生與發(fā)展最初在產(chǎn)生H基準點之前，汽車生產(chǎn)廠家進行汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計大多是采用不同體格的人體分別進行位置測算并不斷進行改進，這樣不僅工作繁瑣而且低效，尤其是不利于大批量生產(chǎn)。20世紀五六十年代美國機動車工程師學會(SAE)總結(jié)提出了硬點(HardPoint)理論，并使之概念化。硬點在人機工程學表示固定無法變更的關(guān)節(jié)點，隨后硬點理論被廣泛的應(yīng)用于汽車總布置的設(shè)計當中，而H點是所有設(shè)計硬點當中最為重要的一個。該學會在汽車領(lǐng)域相繼提出SAEJ833、SAEJ826、SAEJ1517等一系列的規(guī)范形成H點的原始確定方法，尤其是SAIA11517《DrivesSelectedSeatPosition》文中，根據(jù)駕駛員舒適性而規(guī)定5th,50th,95th不同三個具有代表性的百分位而繪制的駕駛員曲線圖，成為了世界范圍內(nèi)最為廣泛使用的H點設(shè)計規(guī)范。我國國內(nèi)汽車生產(chǎn)廠家在汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計中也開始應(yīng)用H點，并在九十年代借鑒美國的SAE標準，相繼產(chǎn)生了座椅設(shè)計GB/T150834和H點的定義GB/T11563等國內(nèi)設(shè)計規(guī)范標準?，F(xiàn)在，汽車行業(yè)越來越注重人—車—環(huán)境的思想，汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計逐漸突出了多系統(tǒng)、多功能的新型H點域的設(shè)計理念。未來關(guān)于H點的設(shè)計發(fā)展方向，朝著建立合理的數(shù)學模型，進行電腦優(yōu)化分析，在進行實際驗證的方向發(fā)展。隨著設(shè)計手段沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)的完善與發(fā)展，H點將會越來越符合各種人群的實際要求。指三維H點裝置頭部空間探測桿的中心線。2.2.2乘員中截面指H點的Y坐標平面，由在每一個特定位置上的乘員中截面或三維H點裝置的中心面來表示。在單人座椅上，座椅的中心面就是乘員的中截面，在其他座椅上，乘員的中截面，則要由制造廠規(guī)定。指裝置右小腿中心線和鞋底的縱向切線之間的夾角，此角不得小于87°。靠背角是指通過R點的鉛垂直線與二維人體樣板之間的夾角，一般靠背角度為20°~25°之間。2.3H點的定義人體的H點在生理學上是指人體的大腿和軀干的鉸接點，在左右胯關(guān)節(jié)連線的中點處。圖2.1設(shè)計H點和實際H點沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)汽車H點是與汽車座椅安全性及坐姿舒適性等相關(guān)的車內(nèi)尺寸的基準，表示汽車駕駛員入座后胯關(guān)節(jié)中點在汽車中的位置。H點是確定駕駛員視野的基準點，眼橢圓在車身視圖上的位置隨H點的變化而改變。此外，在駕駛過程中，一切操縱裝置都應(yīng)布置在駕駛員的手伸及界面內(nèi)，以確保舒適和安全?？梢姡嘓點的位置是決定駕駛員操作方便、乘坐舒適相關(guān)的車內(nèi)尺寸的基準，汽車H點的位置對于汽車座椅設(shè)計而言非常關(guān)鍵。2.3.1駕駛員的踵點指三維H點裝置的踵部與地板覆蓋層或其他踵部支承面的交點，若裝置的腿長用的是95%的假人數(shù)據(jù)，則裝置的腳底應(yīng)接觸并允許壓下加速踏板，加速踏板被壓下的行程量由制造廠規(guī)定。若腿長用的是50%假人的數(shù)據(jù)，測量裝置的腳底可能接觸不到加速踏板，則允許雙腳以腿部自然伸展的姿勢擱在地板上，此時，踵點按制造廠規(guī)定的踵點，座椅應(yīng)位于正常駕駛或乘坐姿勢的最后位置。2.3.2H點與R點的關(guān)系座椅基準點(R點)是指座椅上的一個設(shè)計參考點，它是制造廠規(guī)定的設(shè)計基準點?？紤]到座椅的所有調(diào)節(jié)形式，確定了在正常駕駛乘坐時座椅的最后位置。它表征當95%的人體模型按規(guī)定擺放在座椅上時，實際H點應(yīng)與座椅基準點重合。圖2.2H點與R點R點和H點的關(guān)系與區(qū)別：H點是二維或三維人體模型樣板中人體軀干與大腿的連接點即胯點，H點實際沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)上是廣義的R點，而R點一定在H點的軌跡上。R點是座椅設(shè)計參考點，H點是汽車設(shè)計參考點，理論上R點和H點是重合的，實際上要做到這一點非常困難。R點是整車中涉及狀態(tài)的H點位置。而H點是指人體軀干與大腿交接點。H點可以相對于座椅或者人體來講的，而R點只有在車身環(huán)境中才有意義。另外H點在車身環(huán)境中，被描述成一個點集，我們也叫做TravelBox。R點為設(shè)計初期整車布置時，先確定一個乘坐參考點。將座椅調(diào)至最后、最低位置，軸心是跨點，并稱此跨點并按實際H點修改設(shè)計。H點是可以隨座椅調(diào)節(jié)而發(fā)生變化，由于假人會隨座椅作動而變換位置，H點此時是假人的跨點。汽車座椅H點(參考點R)是將三維H點裝置安裝在制造廠規(guī)定的座椅的正常駕駛或乘坐姿勢時最后的位置，用H點標記鈕測得的，指三維H點裝置的軀干線和大腿中心線的交點。沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)2.4假人與H點2.4.1假人的種類自從1948年美國空軍首次使用人體模型做飛機座椅彈射試驗后，1950年汽車制造商就開始為碰撞試驗開發(fā)人體模型，汽車試驗假人進入了探索發(fā)展階段。1973年通用汽車公司研制出了具有里程碑式的假人模型HydridⅡ型假人。八十年代，美國又開發(fā)HydridⅢ和側(cè)碰人模USSID型號，緊接著1991年歐洲也推出自己的側(cè)碰人5%女性假人坐高：790mm體重49kg沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)表2.1兒童假人數(shù)據(jù)型號年齡坐高身高體重3歲6歲圖2.5SAEH點假人表2.2SAEH點假人Oscar的數(shù)據(jù)大腿長度L1392.7417.5459.1小腿長度L2407.7431.5456.0質(zhì)量77.0kg2.4.3H點與假人在試驗過程當中，假人常常作為試驗的對象來進行相關(guān)各個參數(shù)的測量，其中對各種可能出現(xiàn)的情況下H點的位置變化情況測量，無論是仿真試驗還是實際試驗，都要對其進行相關(guān)檢測。 沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)圖2.6H點仿真模擬假人以下是汽車受到撞擊時假人H點的位移變化的示意圖圖2.7假人受到撞擊時運動狀況沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)圖2.8假人受到撞擊時H點的位移從以上圖表可以看出，通過假人模擬駕駛員受到撞擊時H點的位移情況，可以為座椅相關(guān)的安全性設(shè)計得到基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，為初步改善優(yōu)化提供了一定的理論支持2.4.4H點三維人體模型H點是定義假人或乘客位置的重要參數(shù)之一，一旦H點確定下來，其他參數(shù)也就基本確定了。通過裝在車中的SAEH點假人，可以測量H點位置，軀干角度大腿角度，小腿角度和腳部角度等，這些都是設(shè)計車輛內(nèi)飾尺寸的關(guān)鍵信息。表2.3美國、日本及我國主要人體數(shù)據(jù)(mm)日本男子美國女子美國男子中國男子百分位555身高質(zhì)量60.697.4坐高大腿長小腿長45249.1468456493H點人體模型是一種用來確定汽車車身的實際H點位置的人體樣板模型。H點人體模型由背部板、座板部、小腿部及足部等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。我國H點人體模型各部合計重量為63公斤?，F(xiàn)在整車設(shè)計時人體模型一般采用SAE95%人體模型，而5%人沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)體模型進行校核(主要是確認矮小身材是否可以踩到踏板、乘坐是否舒適等),而對于汽車座椅，我們只需根據(jù)給定的百分位人體模型進行設(shè)計即可。2.5H點的測量方法與要求汽車H點的位置是決定于駕駛員操作方法、乘坐舒適性相關(guān)的車內(nèi)尺寸基準。而現(xiàn)代汽車座椅車身內(nèi)部布置尺寸的設(shè)計是依據(jù)汽車H點的位置來確定的。因此在現(xiàn)代汽車設(shè)計中，對設(shè)計出來的座椅H點進行必要的H點測試顯得相當重要。以下是針對座椅H點進行的試驗驗證。試驗裝置及試驗過程測試座椅H點使用了SAEJ826假人(見圖2.9)以及三坐標測量儀，測試裝置見圖2.10。試驗過程按以下步驟進行1.將座椅固定在模擬車身夾具上，在座椅上鋪上一塊棉質(zhì)的布，并將測試H點的假人放置在座椅上。2.按照圖紙的要求安裝假人的腿部。3.按照設(shè)計標準的要求放置假人的腳部，且兩腿要保持平行。4.安裝上小腿、大腿、和臀部的砝碼。5.適當?shù)恼{(diào)整假人，使其保持水平和無扭轉(zhuǎn)。沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)6.測量H點的值。圖2.10H點圖2.1測試裝置布置圖對于不同的主機廠而言，H點可接受的測試誤差范圍是不同的。表2.4不同廠商對H點公差的要求汽車廠商公差要求公差要求公差要求軀干角公差通用D25.4mm+/-5°福特+/-10mm+/-10mm+/-1.5°大眾+/-10mm+10/-5mm+/-2°+/-10mm+/-10mm+/-1°起亞D25.4mm+/-10mm+/-3°本田+/-5mm+/-5mm+/-1°奇瑞D25mm+/-2°吉利+/-15mm+/-15mm+/-3°長城+/-25mm+/-25mm+/-5°沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)3座椅設(shè)計與H點3.1座椅各部件對H點的影響在座椅設(shè)計當中，每一個座椅部件的設(shè)計與布置都會影響到座椅H點的位置，在這個過程當中，我們既要以它為參考進行座椅設(shè)計，也要考慮各部件對于H點的影響H點的部件一般為：2.懸置彈簧的彈性和位置3.面套材料的彈性和屬性4.吊緊和其他約束3.1.1發(fā)泡設(shè)計與H點坐墊和靠背發(fā)泡的厚度及彈性系數(shù)(ILD)影響H點，彈性系數(shù)是使發(fā)泡壓縮50%時所施加的載荷，以用來衡量發(fā)泡的硬度大小。發(fā)泡的厚度和彈性系數(shù)則直接影響到假人的嵌入量。發(fā)泡的彈性系數(shù)之所以會影響H點，因為假人嵌入發(fā)泡A面的程度與發(fā)泡的彈性系數(shù)有關(guān)，而假人嵌入發(fā)泡A面的程度又會影響到金屬件的布置位置與布置形式，金屬件的布置又會影響面套在骨架上的安裝，所以說發(fā)泡對于H點的設(shè)計位置有著很大的影響。發(fā)泡壓陷量是設(shè)置H點非常重要的參數(shù)。座椅靠背角和A面也會影響H點的范圍，同樣相對于假人的坐墊角也會影響H點，因為坐墊角影響大腿的角度。如果坐墊或者靠背中使用了懸置裝置，那么懸置裝置的安裝位置與彈性大小也會影響H點。沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)原厚度50%厚度F=壓縮一定百分比的厚度所需要的力的大小原厚度50%厚度It=一定力的作用下厚度的壓縮量圖3.1壓陷量的定義彈性系數(shù)與壓陷量的比較B面固定圖3.2彈性系數(shù)與壓陷量圖片定義：E面套表面的總厚度，沒有乘客時；F面套表面被壓縮的厚度，有乘客時；E-F假人在A面的壓縮量；根據(jù)調(diào)查和研究，假人的壓陷量與發(fā)泡彈性系數(shù)的關(guān)系如下式：沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)壓縮比率壓縮比率圖3.3彈性系數(shù)與壓陷量的比率圖由圖3.3可以得出，全發(fā)泡支撐的假人壓陷量可以通過座椅發(fā)泡彈性系數(shù)和發(fā)泡厚度來調(diào)節(jié)，進而可以控制滿足H點的設(shè)計要求。當座椅使用懸置設(shè)計與發(fā)泡共同作為支撐時，兩者關(guān)系與全發(fā)泡類似，但需要根據(jù)實際測量數(shù)值來確定相關(guān)比率關(guān)系。2.彎頭鋼絲(或粘扣帶帶緊箍等)的位置和深度3.面套的張緊度4.面套支持5.咬合線的關(guān)系與H點控制面套會影響H點，它的材料類型，織物縫線方向和橫向拉伸能力，座椅內(nèi)部吊緊力，表面張力大小也會對假人的嵌入程度產(chǎn)生影響。同樣發(fā)泡中吊緊鋼絲和吊緊的布置位置也會影響H點。3.1.3中墊與側(cè)翼與H點在H點控制中，假人相對于中墊和側(cè)翼的位置非常重要，保證中墊最小寬度更沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)是重中之重，一般取340mm,個別情況可為320mm。HH點、轂人與中墊和側(cè)翼的關(guān)系A(chǔ)-A截面中墊寬度理想條件下340mm中墊太寬中墊太窄圖3.4H點假人與中墊側(cè)翼關(guān)系如果中墊寬度和此相關(guān)的側(cè)翼高度有誤，假人就無法正確的坐在坐墊或靠背上，這不僅嚴重影響座椅舒適性，而且還會誤導H點的測量結(jié)果。1.座墊寬度要求滿足95%女性的人體臀部尺寸，一般尺寸為500-525mm。推薦的坐墊中墊區(qū)域?qū)挾葹橹行膶ΨQ280mm左右。圖3.5座墊寬度與中墊區(qū)域?qū)挾?.座墊側(cè)翼區(qū)域高度(經(jīng)過H點)側(cè)翼高度圖3.6座墊側(cè)翼區(qū)域高度3.靠背寬度(經(jīng)過H點)沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)圖3.7靠背寬度與中塊區(qū)域?qū)挾?.靠背中塊區(qū)域?qū)挾?經(jīng)過H點)推薦的靠背中塊區(qū)域?qū)挾葹橹行膶ΨQ384mm左右。5.靠背側(cè)翼區(qū)域高度(經(jīng)過H點)圖3.8靠背側(cè)翼區(qū)域高度3.1.4調(diào)角器旋轉(zhuǎn)點與H點調(diào)角器旋轉(zhuǎn)點作為人體與靠背前后運動的旋轉(zhuǎn)中心，它的設(shè)計位置與H點也有著直接的聯(lián)系，根據(jù)長期的總結(jié)如圖3.10所示。沿著H點下后方45度的直線P;過距離H點115mm位置的R點，垂直于直線P的直線Q;圖3.9調(diào)角器旋轉(zhuǎn)點與舒適性示意圖沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)旋轉(zhuǎn)中心趨向于S點，靠背角將會大于55度，如果旋轉(zhuǎn)中心趨向于T點，靠背角將會小于15度。裝置頂出的最高點到H點之間的距離是我們相當關(guān)心的。高度范圍一般為從H點上去大約150mm左右。然這是針對50%的男性而言，而對于5%和95%的人而言，上下具有+/-10mm的變化5分鐘或“展示室舒適性”30分鐘或“長途舒適性”坐在座椅上至少30分鐘；沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)時間要足夠長，使得乘客能感覺到來自高壓力區(qū)域的不舒適。2.動態(tài)舒適性動態(tài)舒適性要求在整車狀態(tài)下進行評估，往往會考慮會導致不舒適的固有頻率，以保證座椅須和車輛固有頻率隔離，來提高人體的舒適感。3.2.2H點與假人離去點圖3.11假人離去點離去點是假人與座椅坐墊和靠背A面接觸時的相交點，而相對于H點的腳跟點的位置，也會影響離去點的位置，設(shè)計經(jīng)驗通常認為離去點位于坐墊上咬合線65%的地方比較適合，對人體的舒適性最佳。3.2.3H點與坐墊舒適性設(shè)計圖3.12H點與坐墊舒適性沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)保證H點與坐墊長度，坐墊角度，腳跟點的關(guān)系，對于座椅舒適性的控制非常重要，如果H點的位置設(shè)置不合適，無論高百分位和低百分位的乘客都會感到不舒服。而要保證幾者之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，就必須考慮H點的位置。表3.1坐墊舒適性設(shè)計參數(shù)設(shè)計因素小型車中型車運動型豪華型坐墊因素目標值目標值目標值目標值發(fā)泡厚度(不計懸置裝置)(mm)最大長度(由座椅H點到坐墊前端)(mm)在D點的中墊寬度(mm)在D點的坐墊最小寬度(mm)D點距離懸置裝置的距離(mm)滑道傾角假人與咬合線的最小距離(mm)嵌入發(fā)泡50%的力(N)發(fā)泡密度(kg/m3)假人軀干角A面與硬物之間的最小距離(mm)側(cè)翼高度(mm)側(cè)翼角度45-65°45-65°45-65°45-65°例如，如果腳跟點位置相對于H點在Z方向太低，就會造成體型較小的駕駛員感覺大腿部分有很大的壓力，如果坐墊角度再太高，這種不適現(xiàn)象就會更嚴重。反之，如果腳跟點相對于H點的位置過高，對于個子比較高的人就會感覺到不舒服，因為他們的大腿太早離開坐墊，導致腿部缺乏足夠支撐，在這時反而要求適當?shù)恼{(diào)高坐墊角度來減緩這種現(xiàn)象的發(fā)生。3.2.4H點與靠背舒適性設(shè)計靠背舒適性設(shè)計當中，其不但與發(fā)泡的彈性系數(shù)、發(fā)泡厚度和腰托設(shè)計有關(guān)，而且更與H點為參考點計算的靠背高度與靠背寬度相關(guān)，由H點計算的靠背高度一般取530mm到565mm之間，而所要求的靠背寬度的最小值為340mm。沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)表3.2靠背舒適性設(shè)計要求設(shè)計因素小型車中型車運動型車豪華車靠背目標值目標值目標值目標值發(fā)泡彈性系數(shù)(50%壓陷量時)220-300N300-350N300-350N300-350N發(fā)泡密度(kg/m3)35-4535-4535-4535-45發(fā)泡厚度(cm)靠背自H點高度(mm)530-565530-565530-565530-565靠背自H點寬度(mm)300-350300-350300-350300-350腰托頂點自H點高度(mm)腰托前后移動距離(mm)腰托垂直移動距離(mm)假人與金屬件的距離(mm)45-5045-5045-5045-50假人的壓陷量30-35%30-35%20-30%25-40%假人軀干角(°)23-2623-2623-2622-26身體與金屬件間的距離(mm)35-5035-5035-5035-50白H點發(fā)泡長度(mm)380-400380-400380-400380-400假人與坐墊咬合線的間隙(mm)頭枕最低位置離H點的距離(mm)扶手離H點的距離(mm)3.3H點的重要性隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、汽車行駛速度的提高和汽車消費市場供大于求局面的出現(xiàn)，市場對于汽車產(chǎn)品可以適應(yīng)人體結(jié)構(gòu)、保證人的安全、舒適性以及駕乘方便的要求日益突出，要設(shè)計出合適的產(chǎn)品，就必須考慮H點。汽車H點是與操作方便性及坐姿舒適性相關(guān)的車內(nèi)尺寸的基準點，駕駛員以正常姿勢入座后，其體重的大部分是通過臀部由座椅和坐墊支持，另一小部分通過腳部作用在汽車地板上。在汽車的這種約束坐姿下，駕駛員和乘客的所有操作活動必然是繞H點的發(fā)生轉(zhuǎn)動。并且H點是確定眼橢圓的基準點，汽車H點還會影響駕駛員的手控界面，而且它是許多相關(guān)法規(guī)項目的基準，也是汽車部分操作性和舒適性設(shè)計的基準，所以確立合適H點對整車設(shè)計十分重要。沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)4座椅設(shè)計對H點影響及優(yōu)化在座椅的設(shè)計過程當中，影響實際H點空間位置的因素有很多，這就要求我們首先要在設(shè)計過程就必須以所要求設(shè)計的座椅H點作為設(shè)計和布置基準來對發(fā)泡、懸掛、面套等部件進行設(shè)計，同時對座椅的靠背以及坐墊舒適性進行指導性設(shè)計。反之，我們還要對這些設(shè)計部件對于H點實際位置的影響進行充分考慮，一旦實際H點的測試值不符合相關(guān)主機廠的相關(guān)要求，我們就必須考慮調(diào)整相關(guān)設(shè)計來使得實際H點回到設(shè)計標準所要求的范圍中。下文我們就將考慮集中對于實際H點影響較大的設(shè)計因素例如發(fā)泡彈性系數(shù)，發(fā)泡厚度以及靠背懸掛鋼絲位置對于實際H點位置的影響。4.1相關(guān)因素正交對比試驗在試驗對比過程當中，我們假定所使用座椅類型與座椅空間位置不變，保證假人靠背角一致，并通過同一假人模型來進行各項目正交試驗，從而得出相關(guān)因素對于H點的實際位置變化的影響趨勢。123A(發(fā)泡彈性系數(shù)(50%壓陷量))B(發(fā)泡厚度(mm))C(靠背支撐鋼絲位置)前中后對于表4.1中的試驗項目，在實際操作過程當中，控制單一變量，進行不同的排列組合，從而可以得出表4.2所示的試驗數(shù)據(jù)。沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)表4.2H點實際位置正交試驗數(shù)據(jù)表序號理論設(shè)計H點位置X理論設(shè)計H點位置1A1B1CI2A1B1C23A1B1C34A1B2CI5A1B2C26A1B2C37A1B3C18A1B3C29A1B3C3A2B1CIA2B1C2A2B1C3A2B2C1A2B2C2A2B2C3A2B3CIA2B3C2A2B3C3A3B1C1A3B1C2A3B1C3A3B2C1A3B2C2A3B2C3A3B3CIA3B3C2A3B3C3沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)①①E.inso.c066.6O1值O必25.0③③◎圖4.1試驗選取特殊點的位置4.2靠背鋼絲位置對H點的影響通過表4.2數(shù)據(jù)，控制發(fā)泡硬度與厚度一致，對比1、2、3組可以得出靠背鋼絲位置對于實際H點位置的影響，見表4.3。表4.3靠背鋼絲位置變化時實測H點位置序號H點位置X值H點位置Z值理論設(shè)計H點位置X值(mm)理論設(shè)計H點位置Z值(mm)lA1B1CI2A1B1C23A1B1C3假人壓陷量開始變大，從而使得實際H點位置變化如圖4.2所示。沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)圖4.2靠背鋼絲位置前→后變化時H點位置變化靠背鋼絲位置靠前時，實際H點位置沿X方向偏前，靠背對于人體支撐較大，同時導致實際H點位置向上偏移。當靠背鋼絲位置向后逐漸變化時，實際H點位置就會向下后方移動。4.3發(fā)泡厚度對H點的影響通過表4.2數(shù)據(jù)，控制靠背鋼絲位置與發(fā)泡硬度一致，對比2、5、8組可以得出發(fā)泡厚度對于實際H點位置的影響，見表4.4。表4.4發(fā)泡厚度變化時實測H點位置序號H點位置X值H點位置Z值理論設(shè)計H點位置X值(mm)理論設(shè)計H點位置Z值(mm)2A1B1C25A1B2C28A1B3C2由表4.4可以看出，隨著發(fā)泡厚度的的增加，同等壓陷量的情況下，假人位置隨著發(fā)泡厚度而變化，實際H點位置也相應(yīng)的發(fā)生了變化，具體趨勢如圖4.3所示。沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)圖4.3發(fā)泡厚度由厚→薄變化時H點位置變化值增大，發(fā)泡厚度的變化對于H點位置有明顯的“前移上頂”效果。4.4發(fā)泡硬度對H點的影響通過表4.2數(shù)據(jù)，控制發(fā)泡厚度與靠背鋼絲位置一致，對比4、14、23組可以得出靠發(fā)泡硬度對于實際H點位置的影響，見表4.5。表4.5發(fā)泡硬度變化時實測H點位置序號理論設(shè)計H點位置X值(mm)理論設(shè)計H點位置Z值(mm)5A1B2C2A2B2C2A3B2C2由表4.5可以看出，發(fā)泡的硬度變化時，假人壓陷量變少，使得實際H點位置坐標X向減小，Z向增大，具體變化趨勢如圖4.4所示。沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)圖4.4發(fā)泡硬度由硬→軟變化時H點位置變化發(fā)泡硬度增加，實際H點的位置向左上位置移動，與發(fā)泡厚度增加類似，兩者都會導致實際H點向該方向移動。圖4.5假人輪廓位移變化4.5復合層厚度對H點的影響復合層的厚度對于H點的實際位置也有很大的影響，下面是關(guān)于某座椅項目對于實際H點位置不合格時對于復合層厚度更改的實例。在某一項目中，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)座椅實際H點落在主機廠規(guī)定區(qū)域之外，需要更改相關(guān)設(shè)計使H點滿足要求。沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)該主機廠商對于H點的范圍要求如圖4.6所示：圖4.6某主機廠H點測試誤差范圍實驗值與設(shè)計值相比，H點Z向不合格，具體檢測數(shù)值如表4.6所示：表4.6某項目前排座椅H點Z向不合格設(shè)計值實測值誤差X(mm)-7.1Z(mm)軀干角(°)圖4.7H點落在區(qū)域外H點Z向不合格的相關(guān)原因分析：1.座椅配置面套為真皮，較織物相對硬；2.座椅配置打孔皮復合層10mm;3.座椅配置配加熱墊厚4mm。圖4.8配置復合層和加熱墊位置解決措施：將坐墊復合層厚度沿Z向下去除8mm,更改后復合層與加熱墊部分部分為6mm,如圖4.9所示：圖4.9更改后復合層與加熱墊位置經(jīng)過更改后做樣件試驗驗證結(jié)果如下表4.7所示：表4.7更改后H點的試驗驗證設(shè)計值實測值誤差軀于角(0)復合層的厚度更改前與更改后H點位置對比如圖4.10所示，可見經(jīng)過更改后座椅設(shè)計滿足H點位置要求。圖4.10H點位置前后對比沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)由此可見，復合層的厚度變化對于實際H點的位置調(diào)整也有很大的影響，當原來H點位置落在區(qū)域外時，就可以適當減小復合層的厚度來使實際H點向下后方移動，從而使得H點實際位置滿足設(shè)計要求。4.6座椅設(shè)計與H點的優(yōu)化通過對于以上幾點設(shè)計因素對于實際H點影響的分析，每一個因素的單獨改變都會沿著一個特定位置方向?qū)點產(chǎn)生相應(yīng)的影響。通過對于各因素的綜合方向，可以總結(jié)出當實際H點在某一區(qū)域不合格時，來確定初步的修改方案。由數(shù)學原理，將H點不合格的區(qū)域分為偏離基準圓外的幾個象限區(qū)域(圖4.11),然后就可以通過H點偏移的具體情況來進行修改方案的確定。圖4.11象限域的劃分表4.8實測H點不合格時的初步調(diào)整方案不合格H點位置象限發(fā)泡硬度調(diào)整發(fā)泡厚度調(diào)整靠背支撐鋼絲位置調(diào)整復合層厚度調(diào)整+Ⅱ-Ⅲ+++++++例如，當所測得的H點的實際位置點位于I象限時，就需要適度向下和向前調(diào)整H點的位置，從而使H點落在以設(shè)計H點為原點且直徑為25mm的基準圓內(nèi)，符合相關(guān)標準。此時，就可以選取表4.8中第一種情況，適度將靠背支撐鋼絲向前調(diào)整，在調(diào)整坐墊復合層的厚度(或調(diào)整發(fā)泡硬度、厚度),以控制實際H點發(fā)生所期望沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)以下是某后排座椅檢測H點位置不合格時修改方案的案例分析。表4.9某項目后排座椅H點X向不合格設(shè)計值實測值誤差X(mm)Z(mm)-2.9通過表4.9可以看出，實際H點位置X向不符合相關(guān)標準，且落在IV象限內(nèi)，綜合表4.8歸納總結(jié)的情況，可以提出修改方案如下。1.增加支撐鋼絲，來增加吊緊支撐力，如圖4.12所示。圖4.12增加支撐鋼絲示意圖(紫色部分)2.增加相關(guān)部分發(fā)泡厚度，改變A面輪廓如圖4.13所示。圖4.13增加發(fā)泡厚度部分示意圖3.改變發(fā)泡硬度，如圖4.14所示。沈陽航空航天大學畢業(yè)設(shè)計(論文)圖4.14改變發(fā)泡硬度區(qū)域示意圖最終，選取方案3,作為最終修改方案，經(jīng)過修改后重新試驗檢測得到H點位置數(shù)據(jù)如表4.10所示。表4.10后排座椅H點修改后測試值設(shè)計值實測值誤差通過表4.10數(shù)據(jù)，檢測H點數(shù)值已經(jīng)符合相關(guān)標準，可見針對H點不合格所