【正文】 第一篇：基于安全人機工程學的汽車座椅系統(tǒng)設計與優(yōu)化目錄緒論......................................................................................................................1 第一章 座椅系統(tǒng)的安全性功能分析...............................................................3 第二章 座椅設計與駕駛疲勞的關系分析.......................................................4 人體坐姿生理特性分析.................................................................................................4 人體坐姿的壓力分布.....................................................................................................5 人體對車內(nèi)振動的反應.................................................................................................5 人體對微天氣的反應.....................................................................................................6第三章 座椅的安全性設計................................................................................7 靠背設計對安全性的影響.............................................................................................7 靠背形狀...............................................................................................................................7 靠背傾角...............................................................................................................................7 靠背高度...............................................................................................................................7 安全性對座墊的要求.....................................................................................................8 座墊高度...............................................................................................................................8 座墊寬度...............................................................................................................................8 座墊深度...............................................................................................................................8 座墊傾角...............................................................................................................................8 頭枕的安全性設計.........................................................................................................9 座椅總成強度設計.........................................................................................................9第四章 結論......................................................................................................10 參考文獻.............................................................................................................11緒論隨著汽車日益普及以及購買者對汽車安全的意識的增強，國內(nèi)外汽車廠商也把汽車安全性設計列入了重中之重。汽車整車的安全性的好壞不僅取決于汽車底盤和車身，內(nèi)部其他部件也起著主導作用。汽車座椅作為汽車部件之一不僅為乘員提供了舒適而且還在汽車受到意外碰撞過程中提供了安全保障?，F(xiàn)代汽車座椅的機械結構主要由頭枕、靠背、座墊、滑道等總成組成如圖1所示。座椅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減 弱由此而引起的振動。給駕乘提供舒適、安全的乘坐條件和便于駕駛操作的良好的工作條件。人是人機系統(tǒng)中最重要、最活躍的環(huán)節(jié)，同時也是最難控制的環(huán)節(jié)。從人的方面入手設計機械系統(tǒng)才能達到更加合理的效果，設計出的產(chǎn)品才能有使用的價值。人類一天的姿勢主要有坐、躺、站三個動作。無論是居家、工作、交通還是休閑，坐著的時間占其中的相當大的比率。在當今社會中，汽車在人的生活中有著相當大的作用，工作、休閑、外出都離不開乘坐或是駕駛汽車。隨著經(jīng)濟水平的提高，汽車價格相對于一般的家庭來說亦不是遙不可及。許多家庭都擁有私家車，這在大大方便了人們生活的同時，一些由于乘坐和駕駛的引發(fā)的健康問題也相繼出現(xiàn)。究其原因，汽車座椅難逃干系。作者通過查閱資料發(fā)現(xiàn)目前市場上的汽車座椅缺乏設計，有的是根據(jù)以往的經(jīng)驗值來進行座椅的尺寸調整和實際進行的反復的大量的“路試”最終得到一個比較合理的尺寸；有的是將國外引進的汽車座椅的尺寸照搬進行“仿制”設計。而實際中對于座椅設計的相關研究和設計方法沒有特別的標準和規(guī)范。本研究從對座椅的使用者的調查以及親身進行的市場調查得來的結果進行分析總結，得出設計的關鍵所在是“為人設計”，根據(jù)對用戶的分析得出設計目標并進行實際的設計工作。第一章 座椅系統(tǒng)的安全性功能分析汽車座椅作為安全部件是在被動保護中起決定性作用的組成部件。首先，在事故中它要保證乘員處在自身的生存空間之內(nèi)，并防止其他車載體進入到這個空間。其次，要使乘員在事故發(fā)生過程中保持一定的姿態(tài)，以使其他的約束系統(tǒng)能充分發(fā)揮其保護效能。除了防止事故發(fā)生的功能，座椅還應具有在乘員與其發(fā)生碰撞時(在事故中乘員與車內(nèi)部發(fā)生的碰撞稱為 二次碰撞”)，使對乘員的傷害減輕到最低的性能，即能吸收乘員與之碰撞的能量。座椅安全功能失效時可引起以下幾種形式的乘員傷害：，座椅與車身連接強度不夠，座椅脫離車體，使乘員逸出其生存空 間。如果后排乘員未受約束，前排座椅靠背強度不足，后排乘員的慣性力擊潰前排座椅，使前排乘員受到傷害；前排座椅強度太高，又會對后排乘員在與之相撞時產(chǎn)生傷害；座椅的乘坐外廓設計不當，在前方碰撞時會使乘員沿座椅下滑，使腰部安全帶移到浮肋以上(即所謂的 潛水”現(xiàn)象)，這是極為不利的約束姿態(tài)。，如果頭枕設計過低或與靠背的相對位置設置不當會引起胸部與 頭部的加速度差，作用在頸部上的這個差值超過一定程度后會對乘員造成致命傷害。前 排座椅靠背的強度不足，會在其本身質量及乘員質量的慣性力作用下向后發(fā)生較大的彈 性變形以至塑性變形，失去對乘員的支撐作用，使前排乘員射向后排座椅或后窗，并傷及后排乘員。汽車座椅的安全性設計目標就是避免上述諸種不利情況的發(fā)生。第二章 座椅設計與駕駛疲勞的關系分析交通事故統(tǒng)計分析表明，疲勞駕駛是造成交通事故的主要原因之一。駕駛座椅是影響駕駛與乘坐舒適程度的重要設施，對于減少駕駛員疲勞程度，降低事故發(fā)生率有重要作用，汽車駕駛員座椅設計優(yōu)劣與否直接關系到駕駛質量與安全[1]。人機工程學是一門綜合性較強的新興交叉學科，它是從人的生理和心理特點出發(fā)，研究人、機、環(huán)境相互關系和相互作用的規(guī)律；其目的是讓人在使用機械的過程中，感到“安全、健康、舒適、高效”。汽車設計是否符合人機工程要求，不僅關系到有效利用車內(nèi)空間及提高乘用舒適性，而且影響整車內(nèi)外造型和尺寸參數(shù)，進而影響整車性能和市場競爭力。 人體坐姿生理特性分析人處于不同的坐姿時，脊柱形態(tài)不同，只有座椅的結構和尺寸設計使駕駛員的脊柱形態(tài)接近于正常自然狀態(tài)，才會減少腰椎的負荷及腰背部肌肉的負荷，防止駕駛疲勞發(fā)生。在坐姿狀態(tài)下，支持人體的主要結構是脊柱、骨盆、腿和腳等。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在90176?！?15176。，同時，小腿向前伸, 大腿與小腿、小腿與腳掌之間也應達到一定角度，如圖2所示，否則會造成腰部酸痛、疲勞等不舒適的感覺。此時，腰椎、骶骨和椎間盤及軟組織承受坐姿時上身大部分負荷，還要實現(xiàn)彎腰扭轉等動作(圖3)，對設計而言，這兩部分最重要。圖 2 舒適的坐姿關節(jié)角度圖 3 脊柱的形狀及組成 4 人體坐姿的壓力分布人體的質量在靠背和坐墊上的壓力分布叫坐姿的體壓分布。根據(jù)人機工程學的研究，最舒適的坐姿分布應保證：人體的大部分質量應以較大的支承面積、較小的單位壓力合理地分布到坐墊和靠背上；壓力分布應從小到大平滑地過渡，避免突然變化。圖4所示為人體的靠背和坐墊上最適宜的體壓分布。由圖可見，人體質量作用在座椅上的壓力并非均布，由前面分析可知，舒適的坐姿是肩部和臀部同時支撐身體質量，因而應根據(jù)各部位在產(chǎn)生不舒適感覺之前所能承受壓力的大小予以合理的分布。坐墊上的體壓分布應使坐骨部分承受的壓力最高，由坐骨周圍擴展到臀部外圍，壓力逐漸降低，直到與坐墊前緣接觸的大腿下平面趨于最低值?？勘成系捏w壓分布則應以肩胛骨和腰椎骨兩個部位的壓力最高。這就是靠背設計中所強調的“兩點支撐”。圖 4 座椅各部位的受力圖 人體對車內(nèi)振動的反應有關研究表明，人體最敏感的頻率范圍為縱向振動4～8Hz，橫向振動1～2Hz。當外界振動接近器官的共振頻率時，即產(chǎn)生共振，振幅迅速增大，此時引起器官的生理反應最大。外界振動傳進人體時所引起的增大或減弱效應與身體在振動系統(tǒng)中的姿勢有關，一般來說，坐姿工作時，由于人腿的減振作用大大降低，抗振性要比站姿工作時差，特別是脊柱和胃部受到振動的損害，因此坐姿作業(yè)者輕易產(chǎn)生脊柱損傷和胃病這兩種職業(yè)病。振動對駕駛員操縱的影響主要表現(xiàn)為視覺作業(yè)效率的下降和操縱動作正確性變差。當振動頻率低于2Hz時，由于眼肌的調節(jié)補償作用，使視網(wǎng)膜上的映像相對穩(wěn)定，因此對視覺的干擾作用不大，但當振動頻率大于4Hz時，視覺作業(yè)效率將受到嚴重的影響，振動頻率為10～30Hz時，對視覺的干擾最大，振動頻率為50Hz、加速度為2m/s2時，視覺下降約50%。振動對操縱動作正確性的影響，主要是由于振動降低了手（或腳）的穩(wěn)定性，從而使操縱動作的