【正文】 沈陽建筑大學(xué)畢業(yè)論文畢 業(yè) 論 文 題 目 汽車座椅舒適度研究 系 專業(yè)班級(jí) 交通與機(jī)械工程學(xué)院交通運(yùn)輸101班 學(xué) 生 姓 名 隋曉丹 性別 女 指 導(dǎo) 教 師 宋小艷 職稱 助教 2014 年 5 月 23 日摘要汽車已經(jīng)在人們的生活中越來越普及，安全、舒適、方便是現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)所追求的最優(yōu)目標(biāo)。汽車座椅是汽車的重要組成部分，它直接關(guān)系到乘員駕乘的安全、舒適和工作效率。為解決現(xiàn)代汽車座椅傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法中對(duì)舒適性分析的不足，本文以人機(jī)工程學(xué)的理論為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)汽車座椅的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)舒適性和評(píng)價(jià)進(jìn)行了綜合分析和深入研究，為座椅和其它類似機(jī)械的舒適性設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)提出了一些新的思路。研究結(jié)果對(duì)于提高中國汽車座椅的設(shè)計(jì)水平具有重要的指導(dǎo)意義，并可以廣泛應(yīng)用于其它座椅的舒適性設(shè)計(jì)。本文概述了人體承受全身振動(dòng)的舒適性評(píng)價(jià)方法，并建立了汽車人座椅系統(tǒng)的三自由度模型，針對(duì)特定汽車的地板輸入譜特性，運(yùn)用Matlab進(jìn)行仿真研究該模型的動(dòng)態(tài)特性，合理設(shè)計(jì)座椅的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，結(jié)合ISO 2631對(duì)模型進(jìn)行人體振動(dòng)舒適性的定量評(píng)價(jià)。將人體H點(diǎn)是汽車駕駛室設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)點(diǎn)，將坐姿舒適性要求與坐姿角度相結(jié)合，建立人體坐姿桿系模型和數(shù)學(xué)模型。另外，正負(fù)剛度并聯(lián)彈簧作為一種新型非線性被動(dòng)控制減振元件，對(duì)提高汽車舒適性具有重要意義。本文基于正負(fù)剛度并聯(lián)相消原理設(shè)計(jì)了新型汽車座椅彈性元件,并建立了其力學(xué)及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。基于人機(jī)工程學(xué)原理和脊柱測量數(shù)據(jù)，研究舒適性汽車座椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和適合我國人體測量的座椅結(jié)構(gòu)尺寸，為舒適性座椅的設(shè)計(jì)提供了一種有效的手段。關(guān)鍵詞：舒適性；隔振；H點(diǎn)；人機(jī)工程學(xué)AbstractVehicles are being more and more popular in people’s daily life. Safety, fort and efficiency are the main objective of directly guarantee the driver’s safety, fort and work efficiency. In order to overe the deficiency of traditional experiential design method for vehicle seat in fort. Ergonomics theory is used in this thesis, with the help of puter technology, the dynamic, static fort and evaluation index are explored based on the characteristics of vehicle seat. In this thesis, some new conceptions about fort design and testing are suggested, which will be beneficial for the design of a vehicle seat. The contents of this study include:This paper summarizes the human body vibration fort under evaluating methods, and establish the car seat system for certain three dof model car, the floor input spectrum characteristics, using Matlab simulation research this model, the dynamic characteristic of reasonable design of dynamic parameters of the seat, bined with ISO 2631, the model of quantitative evaluation body vibration fort. Will human H point is the benchmark, automobile cabin design requirements and posture will posture fort is established by bining the human body Angle of model and sitting stem mathematical model.
In addition, plus or minus stiffness parallel spring as a new nonlinear passive control to improve vibration isolation ponents, automobile fort to have the important meaning. Based on the positive and negative stiffness parallel destructively principle designed a new type of car seat elastic ponents, and established its mechanics and mathematical model is analyzed. Based on the ergonomic principles and spinal measurement data, a study of automobile seating fort of structural design and suitable for China39。s anthropometric seat structure size, the design for fort seats provides an effective means.Key words：Comfort。 Vibration isolation。 HPoint。 Ergonomics 目錄第一章 緒論 1 舒適性 1 振動(dòng)舒適性 1 靜態(tài)舒適性 2 操作舒適性 4 汽車座椅舒適性研究現(xiàn)狀 4 汽車座椅動(dòng)態(tài)模型 6 汽車座椅靜態(tài)舒適性 8 基于人機(jī)工程學(xué)的汽車座椅舒適性設(shè)計(jì)要求 10 合理的體壓分布 10 維持脊柱正常的生理彎曲 12 橫向振動(dòng)的抵抗能力 14 14第二章 人體承受振動(dòng)的舒適性評(píng)價(jià) 16 人體承受振動(dòng)的分類 16 汽車座椅舒適性的主觀和客觀評(píng)價(jià)研究 18 人體脊骨生理結(jié)構(gòu)與座椅腰托裝置 19 座椅腰托的客觀性評(píng)價(jià)試驗(yàn) 20 座椅腰托的主觀性評(píng)價(jià)試驗(yàn) 22 人體動(dòng)態(tài)舒適性評(píng)價(jià) 24 加權(quán)加速度評(píng)價(jià)法 24 加速度劑量法 25 本章小結(jié) 28第三章 正負(fù)剛度并聯(lián)隔振研究 29 正負(fù)剛度概念及其載荷變形關(guān)系 29 正負(fù)剛度并聯(lián)機(jī)構(gòu)隔振原理 30 負(fù)剛度機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 31 正負(fù)剛度彈簧并聯(lián)力學(xué)建模與分析 33 本章小結(jié) 36第四章 汽車座椅的隔振 37 汽車座椅振動(dòng)研究 37 振動(dòng)理論 37 力學(xué)模型 38 數(shù)學(xué)模型 39 求解方法 39 汽車座椅設(shè)計(jì) 40 汽車座椅舒適性設(shè)計(jì) 40 座椅舒適度設(shè)計(jì)指標(biāo) 40 汽車座椅隔振機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 41 汽車座椅舒適度影響因素 41 汽車座椅舒適性設(shè)計(jì)的重要性 42 座椅舒適度的研究方法 42 預(yù)壓彈簧設(shè)計(jì) 42 座椅安全性設(shè)計(jì) 45第五章 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 47 汽車座椅行業(yè)調(diào)研 47 數(shù)據(jù)獲取 48 舒適性影響因素分析 48 其它因素對(duì)舒適性評(píng)價(jià)的影響分析 49 本章小結(jié) 52結(jié)論 53參考文獻(xiàn) 54謝辭 55附錄一 中文譯文……………………………………………………………………………ⅰ附錄二 外文資料原文………………………………………………………………………ⅱ沈陽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 汽車座椅舒適度研究第一章 緒論隨著人們生活水平的提高，汽車的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣，同時(shí)對(duì)汽車的要求也越來越高。安全、舒適、方便是現(xiàn)代汽車座椅設(shè)計(jì)的最優(yōu)目標(biāo)。它應(yīng)該在安全、舒適、方便等各方同都能很好的適合不同個(gè)人的特殊需求。汽車座椅是汽車的重要組成部分，它的主要功能是支撐駕駛員及乘坐人員的身體，減緩路面不平傳給人體的沖擊并衰減由此引起的振動(dòng)，給駕乘者提供舒適、安全的乘坐環(huán)境，便于駕駛者操作的良好工作條件。汽車座椅的動(dòng)力學(xué)參數(shù)——固有頻率和阻尼比對(duì)座椅的減振性能有重要影響，同時(shí)座椅的設(shè)計(jì)尺寸與人體測量數(shù)據(jù)密切相關(guān)。因此座椅的舒適性越來越多的成為廣大工程科技人員研究的對(duì)象。 舒適性 振動(dòng)舒適性乘員所受的機(jī)械振動(dòng)可分為局部振動(dòng)和全身振動(dòng)兩大類：所謂局部振動(dòng)是指作用開人體特殊部位（如頭部和四肢）的振動(dòng)，經(jīng)由方向盤、腳踏板和各種操作手柄傳遞到乘員的手或腳的振動(dòng)。局部振動(dòng)一般不會(huì)給乘員造成傷害，只對(duì)操作的精度和準(zhǔn)確度有影響。全身振動(dòng)是指通過人體的支撐表面（如站著的人體的腳部、坐著的人體的臀部、躺著的人體的背部支撐面等）傳給人體的振動(dòng)。汽車乘員承受的乘坐振動(dòng)屬于全身振動(dòng)，是對(duì)乘員可能造成嚴(yán)重傷害的主要振動(dòng)形式。人體承受全身振動(dòng)而引起的舒適性問題，稱為振動(dòng)舒適性。人體承受全身振動(dòng)將產(chǎn)生機(jī)械的、生理的、病理的和心理的效應(yīng)。座椅傳給乘員的振動(dòng)負(fù)荷主要通過人體臀部和座椅座墊接觸面?zhèn)鬟f進(jìn)入人體的，其強(qiáng)度用臀部與座墊接觸界面中心垂直方向的振動(dòng)加速度、振動(dòng)頻率、受振動(dòng)的持續(xù)時(shí)間來描述。很多文獻(xiàn)研究表明：人體承受長期的全身振動(dòng)對(duì)于腰脊柱和相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)的不良影響是持續(xù)增加的，而通常，這對(duì)于人體健康的傷害需要數(shù)年才能產(chǎn)生。盡管對(duì)于人體承受振動(dòng)的劑量做過各種假定，但由于個(gè)體、環(huán)境的差異，目前并沒有一個(gè)特定的量來衡量人體承受振動(dòng)對(duì)健康的影響。通過座椅及車輛等部件，可以隔離、緩各、吸收和衰減行駛及作業(yè)中所產(chǎn)生的各種沖擊和振動(dòng)，最終使傳給乘員身體的振動(dòng)強(qiáng)度處于人體所能承受振動(dòng)的舒適性范圍之內(nèi)。汽車振動(dòng)主要來源于地面不平度的隨機(jī)激勵(lì)。汽車本身運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量的不平衡或者各種作業(yè)載荷的波動(dòng)也會(huì)引起汽車的振動(dòng)。汽車大都采用彈性懸架結(jié)構(gòu)，車身與地面之間有輪胎和車輛懸架機(jī)構(gòu)兩級(jí)彈性支撐元件。改善其動(dòng)態(tài)舒適性相當(dāng)重要。乘坐振動(dòng)通過乘員的臀部、腰部傳給乘員，激起人體的全身振動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)激勵(lì)頻率接近于人體主要器官的固有頻率時(shí)，將引起相應(yīng)器官的共振而產(chǎn)生相對(duì)位移，從而使人感到不舒適，嚴(yán)重時(shí)將危害人的身體健康。關(guān)于坐著的人體承受垂直振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)特性，許多測量和研究結(jié)果基本一致。人體對(duì)48Hz頻率范圍的垂直振動(dòng)以及12Hz頻率范圍的水平振動(dòng)的能量傳遞率最大，其生理響應(yīng)也最大。 靜態(tài)舒適性座椅與人體的匹配關(guān)系和為乘員提供坐資的舒適程度，稱為靜態(tài)舒適性。靜態(tài)舒適性要研究和解決的問題，是依據(jù)人體舒適坐姿的要求和人體測量數(shù)據(jù)，合理布置、優(yōu)化設(shè)計(jì)和充分考慮座椅的結(jié)構(gòu)、尺寸和調(diào)整參數(shù)，以及駕駛室內(nèi)各操作按鈕和駕駛員的視野等。(1) 人機(jī)工程學(xué)[1]與H點(diǎn)在汽車駕駛室里駕駛者和儀表盤、方向盤、變速箱操縱桿、手剎拉桿、座椅及踏板之間構(gòu)成了人機(jī)界面，這就要求設(shè)計(jì)者要充分的考慮人機(jī)工程的因素以保證駕駛員能方便地操作，使車輛安全行駛，并保證人體經(jīng)常處于良好的姿勢狀態(tài)，以緩解疲勞。目前，汽車在設(shè)計(jì)駕駛室時(shí)選用的假人模型，一般為SAE95分值假人。通常在做汽車總布置設(shè)計(jì)時(shí)，通過一系列的約束條件，最終確定假人的H點(diǎn)，從而確定假人的坐姿。H點(diǎn)是指人體身軀與大腿的連接點(diǎn)，即跨點(diǎn)（Hip Point），它是與損人方便性及坐姿舒適性相關(guān)的車內(nèi)尺寸的基準(zhǔn)點(diǎn)。人體工程學(xué)對(duì)座椅的舒適性提出了具體的要求：①座椅的尺度必須參照人體測量學(xué)數(shù)據(jù)確定；②座椅可適當(dāng)調(diào)節(jié)，以滿足坐姿變換；③座椅的位置要與其作業(yè)空間相協(xié)調(diào)，便于人員作業(yè)。(2) 最終姿勢與座椅外形人體在座椅上坐著時(shí)的姿勢，稱為最終姿勢。人體姿勢由相鄰關(guān)節(jié)的距離及每個(gè)關(guān)節(jié)的角度來確定。通常情況下，各關(guān)節(jié)之間的距離是不能調(diào)整的，但每個(gè)關(guān)節(jié)的角度可以改變。在關(guān)節(jié)角度可變范圍內(nèi)存在改變的最佳區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)人不易疲勞。由坐姿生物力學(xué)分析，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度在90176?！?15176。同時(shí)，小腿向前伸，大腿與小腿、小腿與腳踝之間也應(yīng)達(dá)到一定角度。為了使不同身高的駕駛員獲得良好的靜態(tài)舒適性，并自如地進(jìn)行操作，必須使座椅的尺寸合適、駕駛位置合理，通常對(duì)于座椅來說，以下外形尺寸必須在規(guī)定的范圍之內(nèi)：①坐墊深度。對(duì)于身材高大的駕駛員來說，坐墊太淺會(huì)因大腿下面無足夠的支撐面而感到不適，反之，身材稍小的駕駛員則會(huì)因?yàn)樽鴫|太深而背部不能與靠背接觸，勢必要端坐，長時(shí)間的端坐更易疲勞。因此，坐墊深度一般取400～500mm；②坐高。即坐墊上表面至地板的距離，坐墊的高度應(yīng)保證雙腳能自如踏在地板上，并可以自由地前伸后驅(qū)，坐墊過高，身材稍小的駕駛員踩踏板困難，大腿下面過分胎神壓而使血液流動(dòng)不暢，以致麻木而很快疲勞；反之，坐墊過低，會(huì)使身材高大的駕駛員因小腿與大腿的角度變小而很快疲勞。因此，坐墊高度一般以取350～400mm為宜，最低不小于300mm，最高不大于400mm；③坐墊角度及靠背與坐墊的夾角。坐墊上表面若是水平的，則