【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的座椅安全性研究急需大量技術(shù)和資金的投入，才能縮小與先進(jìn)水平的差距，開發(fā)出適合我國(guó)生產(chǎn)現(xiàn)狀的安全、輕量、低成本的座椅。圖 23 整體約束式汽車座椅目前汽車座椅在國(guó)際上的發(fā)展趨勢(shì)電動(dòng)座椅—電動(dòng)座椅實(shí)際上是將座椅的各種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由手動(dòng)操縱改變?yōu)殡妱?dòng)操縱的座椅。電動(dòng)座椅中布置有多臺(tái)電機(jī)、電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使座椅相應(yīng)的部位產(chǎn)生位移，實(shí)現(xiàn)座椅位置的前后、上下、傾斜調(diào)整。電動(dòng)座椅用按鈕代替手柄，因而極大的提高了輕便性和方便性，應(yīng)用日益廣泛。懸掛座椅—懸掛座椅是在座椅與地板之間增設(shè)一懸掛裝置，懸掛裝置用以緩解座椅的振動(dòng)。懸掛裝置由緩沖元件、減振元件及定位元件組成。緩沖元件有鋼板彈簧及螺旋彈簧等。記憶座椅—電動(dòng)座椅與微機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了座椅的記憶功能。由微機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)座椅的控制反饋功能。當(dāng)乘員乘坐時(shí)將調(diào)整好的座椅位置存儲(chǔ)入微機(jī)，當(dāng)再次乘坐時(shí)，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)到所需要的狀態(tài)而不必進(jìn)行重新調(diào)整。輕量型座椅—輕量型座椅去除了座椅的一些傳統(tǒng)零件，利用積壓成型的鋁件和高強(qiáng)度的剛件保證了座椅的輕量化和結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固性。座椅表面采用開式網(wǎng)狀材料，替代了傳統(tǒng)的聚氨脂泡沫塑料、裝飾物和懸架零件。輕量型座椅的重量可以控制在 10kg 以內(nèi)。使用輕量型座椅，不但可以節(jié)省車內(nèi)空間來(lái)安裝其他功能件，而且其安全性也優(yōu)于傳統(tǒng)座椅，并提高了汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性。安全座椅—安全座椅可以稱之為動(dòng)態(tài)座椅。普通座椅一般只考慮了舒適性，對(duì)于撞車時(shí)的動(dòng)態(tài)狀況不能做出任何反應(yīng)。而安全座椅則可以在撞車時(shí)設(shè)法使乘員隨座椅主動(dòng)運(yùn)動(dòng)。如瑞典沃爾沃公司研究開發(fā)的可以保護(hù)乘員頭頸的座椅。汽車追尾時(shí)，該種座椅靠背和靠枕向后平行運(yùn)動(dòng)，使乘員頭部和上身處于平衡狀態(tài)，并減少身體向后傾斜出現(xiàn)的向前回彈。在整個(gè)過程中，座椅傳遞的力都相當(dāng)柔和。隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，人們對(duì)汽車座椅的要求也會(huì)越來(lái)越高。為了進(jìn)一步提高座椅的舒適性及安全性，全球各大汽車公司以及汽車零部件商也在持續(xù)不斷地加大重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車中排座椅設(shè)計(jì)11對(duì)座椅的研發(fā)力度，在座椅的新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料的研發(fā)及應(yīng)用上狠下工夫，研制出了各類懸架座椅、電動(dòng)座椅、電腦記憶座椅等新型座椅，按摩裝置、輔助冷熱智能空調(diào)座椅等各類輔助裝置也不斷誕生。此外，采用環(huán)?？椢镒鳛樽蚊媪?，也將成為一種新趨勢(shì)。第 3 章 汽車座椅的理論研究與設(shè)計(jì) 汽車座椅設(shè)計(jì)的基本原則及依據(jù)汽車座椅設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它涉及機(jī)械、化工、紡織、噴涂、熱處理、美學(xué)、力學(xué)、人機(jī)工程學(xué)等多門學(xué)科，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)依據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理綜合考慮座椅的舒適性、減振性、安全性以及座椅的合理布置，此外，還要考慮人體生理特征及尺寸，進(jìn)行量身定做，以提高座椅的乘坐舒適性。 汽車座椅設(shè)計(jì)的基本原則 （1）安全性座椅設(shè)計(jì)時(shí)首先要絕對(duì)保證駕乘者的安全，這就要求座椅要有足夠的強(qiáng)度，在發(fā)生碰撞時(shí)，座椅就能夠減輕事故對(duì)乘坐者造成的傷害，并能起到一定的保護(hù)作用。（2）操縱方便 設(shè)計(jì)的座椅還需操縱方便，調(diào)整手柄和按鈕的布置必須在駕乘者伸手能及的位置，并符合常人的習(xí)慣且操縱力量適中。（3）乘坐舒適設(shè)計(jì)的座椅必須能使乘客保持良好的坐姿，使其脊柱自然彎曲，保證合理的體壓分布并使其肌肉松弛，血液循環(huán)正常；并具有腰椎依托感、腰背部貼和感和側(cè)向穩(wěn)定感。能有效隔離或衰減路面產(chǎn)生的振動(dòng)，滿足大多數(shù)駕乘者坐姿舒適性的要求。座椅的尺寸須參照人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)，與就座者的人體測(cè)量尺寸相適宜；座椅的靠背結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)給予腰部以充分的支撐，使脊柱接近于自然彎曲狀態(tài)；椅面需有足夠的墊料和適當(dāng)?shù)挠捕?，保證身體的主要重量由臀部坐骨承擔(dān)，并使其有助于體重壓力均勻地分布于坐骨附近區(qū)域；座椅前緣處，大腿與椅子之間壓力應(yīng)盡量減少；座椅應(yīng)能使就坐者方便地變換坐姿，靈活平穩(wěn)地進(jìn)行體態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)，但必須防止滑脫，座椅的形狀和尺度與其功用有關(guān)。汽車座椅部件主要包括座墊、靠背、頭枕、骨架、蒙皮、減振機(jī)構(gòu)、調(diào)整機(jī)構(gòu)等。設(shè)計(jì)原則的依據(jù)是：座墊、靠背的造形和曲線應(yīng)與人體放松狀態(tài)下的背部曲線和臀部曲線相吻合，能支撐到腰椎部位，不會(huì)因血液循環(huán)不良而引起肢體麻木，長(zhǎng)時(shí)間乘坐不易感到疲勞；骨架及各機(jī)構(gòu)應(yīng)能滿足強(qiáng)度(安全)要求和使用要求，通過對(duì)座椅靠背的前后、上下傾斜角度、頭枕前后上下等位置的有限調(diào)節(jié)，使大部分人處于舒適狀態(tài)。 汽車座椅設(shè)計(jì)的基本依據(jù) （1）靠背重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車中排座椅設(shè)計(jì)12靠背的設(shè)計(jì)主要指強(qiáng)度設(shè)計(jì)和造型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使靠背的高度、形狀符合人體曲線，使背部肌肉處于放松狀態(tài)，并能給背部、肩部有效可靠的支撐，使駕乘人員保持穩(wěn)定的坐姿，還要有足夠的側(cè)背支撐，從而避免高速轉(zhuǎn)彎時(shí)的橫向滑動(dòng)。設(shè)計(jì)時(shí)，靠背的高度和寬度一般分別為 600 mm 和 480 mm。不同的靠背傾角會(huì)導(dǎo)致不同的椎間盤壓力及背部肌肉負(fù)荷。當(dāng)靠背傾角超過 110176。時(shí)，椎間盤壓力顯著減小，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮合理的靠背傾角。為了提高舒適性，滿足駕乘人員在休息時(shí)的需求，靠背傾角應(yīng)為可調(diào)式，并且調(diào)整范圍盡可能大。一般載重汽車為 100176?！?15176。，大客車為95176?！?35176。，轎車為 80176?！?70176。此外，腰部支撐和扶手也可以減少椎間盤的壓力。設(shè)計(jì)時(shí)，腰部支撐要有一定的厚度、硬度和透氣性，確保乘坐人員的體重能夠均勻地分布于座盆區(qū)域。腰部支撐的位置應(yīng)處于第 3 至第 5 腰椎部位，且支撐厚度以 5 cm 左右為宜。腰部支撐分機(jī)械支撐和空氣支撐。機(jī)械支撐是通過機(jī)械裝置支撐人體，支撐部位為剛性，舒適性差。空氣支撐是用空氣氣囊來(lái)支撐人體，通過氣囊控制閥控制氣囊的充放氣，使腰部得到良好的保護(hù)和有效支撐。腰支撐氣囊一般采用 ～ 厚的聚氨酯板經(jīng)高頻焊接而成具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、耐磨性好、耐老化、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，目前已得到廣泛推廣。腰支撐氣囊控制閥除可以控制氣囊的進(jìn)排氣外，還能起溢流保護(hù)的作用，即當(dāng)氣囊內(nèi)壓力超過氣囊的額定壓力時(shí)，氣囊控制閥溢流卸壓，保證氣囊的安全使用。目前我國(guó)新開發(fā)出一種新型空氣腰支撐裝置，該裝置可以按一定的順序和頻率有規(guī)律地對(duì)頸部、肩部、腰部等氣囊進(jìn)行充氣、放氣，利用氣囊有規(guī)律的癟或脹，實(shí)現(xiàn)對(duì)腰肩、頸等部位的擠壓，達(dá)到局部按摩的目的，大大提高了舒適性座椅扶手的安裝位置應(yīng)符合人體坐姿時(shí)肘部的高度尺寸，一般安裝在距座墊水平面高 250 mm 處。座椅扶手有固定式、角度可調(diào)式和可翻轉(zhuǎn)式，可翻轉(zhuǎn)式又有橫向翻轉(zhuǎn)式和縱向翻轉(zhuǎn)式。（2）座墊座墊設(shè)計(jì)主要是座墊深度和坐墊傾角的確定。座墊深度的設(shè)計(jì)原則是在充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理支撐。人體在坐姿狀態(tài)下，坐骨與小腿足部構(gòu)成穩(wěn)定的人體支撐。座墊深度過大時(shí)，造成人體軀干相對(duì)前移，腰部得不到良好的支撐，引起疲勞；座墊深度過小時(shí)，會(huì)因大腿得不到良好的支撐而感到不舒適：因此，座墊的深度應(yīng)按臀部至大腿表面全長(zhǎng)的 3/4 設(shè)計(jì)，一般取 400～480mm。座墊的傾角應(yīng)兼顧安全性和舒適性，一般為 2176?！?0176。（3）頭枕頭枕是為提高汽車乘坐舒適性和安全性而設(shè)置的一種輔助裝置。頭枕的主要作用是保障安全，一旦汽車發(fā)生追尾碰撞，頸椎會(huì)承受到很大的加速度而容易傷害。有了頭枕的承托，可以減少頭部自由移動(dòng)的空間，降低對(duì)頸椎的沖擊力，起到避免或減輕乘員頸部受傷的作用。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，汽車座椅頭枕屬汽車整車強(qiáng)制認(rèn)證檢測(cè)項(xiàng)目之一，汽車前排座椅應(yīng)裝有頭枕。頭枕要起到保護(hù)頸椎的作用，正確的安裝位置十分重要。頭枕應(yīng)該安裝在至少與耳朵上緣平齊的地方，后腦與頭枕之間的距離最好不要超過 10 cm。目前 VOLVO 公司首先在 S80 型車上推出了一種稱為 WHIPS 頸椎保護(hù)系統(tǒng)(圖 31)，由一個(gè)安全頭枕和一個(gè)設(shè)計(jì)合理可有效而均勻地承受乘員身體運(yùn)動(dòng)的椅背支撐結(jié)構(gòu)，以及位于椅背和坐墊連接處的內(nèi)置式能量吸收機(jī)構(gòu)組成，具有均勻的支撐功能。一旦發(fā)生追尾撞車事故，椅背與乘員一起向后移動(dòng)，在稍微向后傾斜之前首先做平行運(yùn)動(dòng)。由于在椅背和坐墊之間的連接件上安裝了可變形部件，從頭枕、椅背到座墊連接成一體，給乘員的軀體有效支撐，從而進(jìn)一步減輕碰撞力對(duì)乘員背部的沖擊。（4）座椅蒙皮重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車中排座椅設(shè)計(jì)13座椅蒙皮是包裹在座椅總成表面的一層材料，它直接與乘員接觸，一方面對(duì)座椅泡沫有保護(hù)作用，同時(shí)又可直接體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖。座椅蒙皮必須阻燃，其燃燒特性必須符合 GB 84101994《汽車內(nèi)飾材料的燃燒特性 》要求。圖 31 WHIPS 頸椎保護(hù)系統(tǒng)（5） 泡沫軟墊目前座墊、靠背緩沖用軟墊基本上是由軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料發(fā)泡而成，在汽車上應(yīng)用較多的是高回彈軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料?？紤]到座椅的舒適性和人體坐姿時(shí)的體壓分布，需將泡沫軟墊的密度設(shè)計(jì)為不同，即“軟硬兼施” 。主要生產(chǎn)方法有 2 種，一是拼接法，將座墊前端與大腿接觸的部分用低硬度泡沫塑料，與坐骨處接觸的部分用中硬度泡沫塑料，下部及兩側(cè)用高硬度泡沫塑料。這種方法工藝繁雜且效率低，一般極少采用。二是嵌件法(圖 32)，在澆注軟墊時(shí)，在模具中相應(yīng)部位放入高密度泡沫塑料嵌件，然后在周圍澆注低密度泡沫塑料。這種方法可以解決體壓分布和橫向支撐問題，并且工藝適合批量生產(chǎn)。 圖 32 嵌件法座墊橫截面 （6）座椅骨架座椅骨架必須能夠承受一定的載荷，通常所指的座椅強(qiáng)度其實(shí)就是座椅骨架的強(qiáng)度，它屬于汽車整車強(qiáng)制認(rèn)證檢測(cè)項(xiàng)目之一，應(yīng)符合 GB150831994《汽車座椅系統(tǒng)強(qiáng)度要求及實(shí)驗(yàn)方法》的規(guī)定?？勘臣白鶋|骨架的形狀，應(yīng)以能滿足人體生理特征、給駕駛?cè)藛T提供安全和有效支撐為目的進(jìn)行設(shè)計(jì)(圖 23) 。例如：為了避免因靠背型芯偏軟而造成的側(cè)背支撐在急轉(zhuǎn)彎時(shí)減小或失效，在靠背骨架兩側(cè)加焊凸起的側(cè)支撐板或支撐筋，將泡沫型芯加以支撐襯墊，保證支撐的有效性。為了保證駕駛員腰部、肩部有良好的支撐而在靠背骨架上設(shè)計(jì)出符合背部曲線的弧度。對(duì)于高靠背，為使腰部、背部及肩部同時(shí)緊貼靠背，更好地起到支撐和安全保護(hù)作用，設(shè)計(jì)師把靠背設(shè)計(jì)成上下 2 部分，并且角度可分別調(diào)整等。座椅骨架一般由鋼質(zhì)材料焊接而成，但在輕量化成為現(xiàn)代化汽車設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)下，汽車座椅薄型化顯得非常重要。其中骨架是座椅薄型化的關(guān)鍵，骨架的材料也有所不同，熱塑性塑料成型的座椅骨架和鎂制座椅骨架正在推廣應(yīng)用。(7) 減振機(jī)構(gòu)重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車中排座椅設(shè)計(jì)14座椅減振機(jī)構(gòu)主要包括彈性元件和減振元件。彈性元件在機(jī)械懸架座椅中一般指彈簧，在空氣懸架座椅中指空氣氣囊，它能產(chǎn)生使座椅恢復(fù)到初始位置的回復(fù)力。減振元件一般是指減振器，它設(shè)計(jì)有固有的阻尼值，阻尼值越大，阻尼力越大。對(duì)于座椅的振動(dòng)來(lái)說，外力使座椅減振系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)，彈性元件使座椅恢復(fù)到初始位置，阻尼力使振動(dòng)衰減或消亡。在座椅設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)座椅的剛度阻尼進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)座椅剛度和阻尼時(shí)，要根據(jù)整車的振動(dòng)特性充分考慮人體生理特點(diǎn)綜合選擇最佳值，使車身振動(dòng)得到衰減。為了使設(shè)計(jì)的座椅阻尼和剛度能更合理地搭配，工程師們一般將座椅剛度和阻尼均設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)式。例如：機(jī)械懸架座椅通過調(diào)整彈簧的預(yù)緊力來(lái)調(diào)整座椅的剛度，而空氣懸架座椅則設(shè)計(jì)有高度控制閥，可以根據(jù)不同人的體重，自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣氣囊內(nèi)的壓力，達(dá)到調(diào)整座椅剛度的目的。格拉默公司生產(chǎn)的新型Kingman 空氣懸架座椅除剛度可調(diào)外，阻尼也為無(wú)級(jí)可調(diào)，以適應(yīng)不同的路況。(8)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要包括座椅高度調(diào)整機(jī)構(gòu)、前后位移調(diào)整機(jī)構(gòu)(即座椅滑道)、靠背仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)( 即調(diào)角器) 及座墊前傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)等。高度調(diào)整機(jī)構(gòu)是調(diào)整座椅在車廂內(nèi)垂直位置上下移動(dòng)的機(jī)構(gòu)，有機(jī)械調(diào)整機(jī)構(gòu)、可控空氣彈簧調(diào)整機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)和電動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)等。高度調(diào)整的范圍應(yīng)根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，以能滿足大部分人群的使用要求為目標(biāo)進(jìn)行確定，一般調(diào)整范圍為 0～100 mm?；朗钦{(diào)整座椅在車廂縱向水平位置前后位移的機(jī)構(gòu)，有單鎖止滑道和雙鎖止滑道之分，滑道的選用一般根據(jù)鎖止強(qiáng)度確定。例如：當(dāng)安全帶當(dāng)安全帶固定點(diǎn)不在座椅上時(shí)，一般選用單鎖止滑道；當(dāng)安全帶固定點(diǎn)在座椅上時(shí)，選用雙鎖止滑道或加強(qiáng)雙鎖止滑道?；牢灰频某叽缂醋吻昂笳{(diào)整的距離需根據(jù)相應(yīng)人體尺寸和人機(jī)工程學(xué)原理確定，一般前后調(diào)整距離為0～177。100 mm。調(diào)角器是對(duì)靠背、座墊夾角進(jìn)行調(diào)整和鎖止的機(jī)構(gòu)。鎖止強(qiáng)度必須能滿足 GB 150831994《汽車座椅系統(tǒng)強(qiáng)度要求及實(shí)驗(yàn)方法》的規(guī)定。調(diào)角器分為機(jī)械調(diào)角器和電動(dòng)調(diào)角器，機(jī)械調(diào)角器又包括機(jī)械板式調(diào)角器、機(jī)械桿式調(diào)角器、雙聯(lián)動(dòng)調(diào)角器等。機(jī)械板式調(diào)角器一般是采用棘輪棘爪或齒條齒板工作原理及板簧式復(fù)位結(jié)構(gòu)，最大能夠?qū)崿F(xiàn) 180176。范圍有級(jí)調(diào)節(jié)及折疊，適用于各類汽車駕駛員座椅。機(jī)械桿式調(diào)角器由可控氣彈簧和連接件組成，適用于大客車乘客座椅。雙聯(lián)動(dòng)調(diào)角器是指左右兩套調(diào)整鎖止機(jī)構(gòu)在一套調(diào)整機(jī)構(gòu)控制下同時(shí)動(dòng)作，同時(shí)鎖止，具有鎖止強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，適用于各類載重汽車駕駛員座椅。電動(dòng)調(diào)角器一般采用齒差行星齒輪傳動(dòng)原理或齒差雙聯(lián)擺線針輪行星齒輪傳動(dòng)原理，具有傳動(dòng)平穩(wěn)、強(qiáng)度高、調(diào)解范圍大等優(yōu)點(diǎn)，適用于高檔汽車駕駛員座椅。座墊前