【文章內(nèi)容簡介】 ，還可對頭枕高度、座椅長度和扶手的位置進行調整。自轎車誕生開始國外就著手研究轎車座椅了，經(jīng)歷了一百多年的歷史，和座椅有關的安全標準和法規(guī)已經(jīng)非常健全。早在上世紀60年代，國外很多國家已開發(fā)國家或行業(yè)內(nèi)保證性能的各種汽車座椅安全法規(guī)和標準，如美國聯(lián)邦機動車輛實施安全法規(guī)（FMVSS）和商業(yè)設備制造商協(xié)會（BIFMA）的非強制性法規(guī)，并開發(fā)了多種特殊的測試設備。我國的座位安全法規(guī)和標準是參考國外的規(guī)則制定的。從國外汽車座椅調研情況看，由于中國轎車行業(yè)起步很晚，導致了相對落后的座位設計研究。落后的設計方法是阻礙我國座椅發(fā)展的重要因素。我國的座椅安全性標準雖然是參考國外座椅標準制定的，但內(nèi)容相對簡單，要求也偏低。以座椅總成靜強度為例，我國標準中要求座椅總成能承受20倍總成重力的載荷，而德國的企業(yè)標準中有的則要求其能夠承受24倍甚至更高的總成重力的載荷。針對承受沖擊時的座椅安全性，國外已經(jīng)開展了相關的研究，而我國的一些企業(yè)由于對座椅研發(fā)重視不夠，尚未開展專門的研究，這不僅給座椅的安全帶來隱患，而且制約了座椅的發(fā)展。目前轎車座椅在國際上向電動座椅、懸掛座椅、記憶座椅、輕量型座椅、安全座椅、等方向發(fā)展。第2章 轎車座椅理論研究與設計基礎 人機工程學在轎車座椅設計中的應用舒適的坐姿使人體重量分布合理。，大腿近似成水平狀態(tài)，兩組自然著地，上臂不負身體重量，肌肉放松，操作時軀干穩(wěn)定，變換坐姿輕松方便。坐姿狀態(tài)下，脊柱、骨盆、腿和腳支撐著身體。脊柱由椎骨、骸骨、尾骨組成，是人體的主要支柱，如圖21所示，椎骨從上到下分為頸椎(共7節(jié))、胸椎(共12節(jié))、腰椎(共5節(jié))三部分，軟骨組織和韌帶聯(lián)系著兩節(jié)椎骨，這樣人體可以進行屈伸、側屈和扭轉動作等活動。胸腔由肋椎與肋骨構成，頭部由頸椎支撐，人體在坐姿狀態(tài)下的主要負荷由椎間盤，腰椎、骸骨和承擔。 圖21 人的脊椎構造 圖22 人在不同狀態(tài)下腰椎彎曲形狀圖22為人體在各種不同姿勢下的腰椎彎曲形狀。曲線B表示人體松弛側臥時，脊柱呈自然彎曲狀態(tài)。曲線C是最接近人體脊柱自然彎曲狀態(tài)的坐姿。曲線萬是當人體的軀干與大腿的夾角呈90176。時情形，此時脊柱嚴重變形，椎間盤上的壓力不能正常分布。因此，欲使坐姿能形成接近正常的脊柱自然彎曲形態(tài)，軀干與大腿之間必須有大約135176。的夾角，并且座椅的設計應使坐者的腰部有適當?shù)闹危员阊⌒巫匀粡澢?，腰背肌肉處于放松狀態(tài)。圖22為身體在不同姿勢下腰椎彎曲的形狀。曲線B代表側臥時脊柱自然彎曲。曲線C是最接近自然狀態(tài)下脊椎彎曲的坐姿。曲線G是當大腿和人體的軀干角度為90176。時，嚴重的脊柱變形使椎間盤上的壓力不正常分布。所以，當軀干和大腿必須有一個角度約135176。時，坐姿下人體脊柱能呈現(xiàn)很自然的狀態(tài)。人坐著時，座椅支承著大腿和上身的重量。骨盆下的兩塊圓骨，稱作坐骨結節(jié)，如圖23所示。坐姿狀態(tài)下，坐骨結節(jié)處承擔著大部分臀部壓力，由內(nèi)而外壓力減小。 圖23表示帶有股骨的骨盆部位的前視圖，股骨在股節(jié)中從連接骨盆的球孔向外伸去。用平的座位，股骨的這一部分在坐骨平面之上，因此不承受過分的壓迫。但是，如果座面是斗形的，則彎曲的座面會使股骨趨于向上轉動(箭頭所示)而受載，造成盟邦肌肉承受反常的壓迫，從而引起不舒適感。故需注意避免采用斗形座面。當人長時間坐在一個位置不動而出現(xiàn)肌肉緊張時，稍稍轉換身體位置可以促進生物電的活動。 圖23股骨正常位置 人體靜態(tài)尺寸，著眼于人體天然結構，比如身高、體重、腿臂長度等，是建立人體尺寸模型的基礎。國家標準GB 1000088《中國成年人人體尺寸》按照人機工程學的要求提供了我國成年人人體尺寸的基礎數(shù)據(jù)。根據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，列出了如下我國人體基本尺寸男（1860歲）第95百分位以及女（1855歲）第5百分位相關數(shù)值，見表26：表26我國人體基本尺寸尺寸名稱尺寸數(shù)據(jù)（mm）男女坐高958809坐姿勁椎點高641518坐深494401最大肩寬469363坐姿臀寬355310小腿加足高448342人體軀干與大腿相連的交接點，即胯點，定義為H點（圖27）。三維人體模型用于確定轎車車身中人體H點的位置，這一辦法已被許多國家的汽車設計機構采用。而且已制定出國際標準ISO 6549： 1999《道路車輛H點和R點（臀）測定的程序》。我國也制定了相應的國家標準GB/B 11559—1989 《汽車室內(nèi)尺寸測量用三維H帶你裝置》和GB/B 11563—1989《汽車H點確定程序》。大腿桿、座板、背板、和頭部空間探測桿等組成模型，各個構件的質量、尺寸以及質心的位置都是以人體的測量數(shù)據(jù)為根據(jù)。座板是仿照人體大腿和臀部，背板仿照成年男子的平均背部。座板和背板的輪廓線是人體背部和臀部輪廓線形狀的統(tǒng)計平均值描述。模型的座板與背板相當于在人體胯關節(jié)處用轉動副相鉸接。轉動副中心線的左右兩側對稱地表有兩個H點標記。圖27三維人體模型乘員座椅的尺寸設計由三個方面構成：椅面的高度，寬度和深度；靠背的高度，寬度和傾角。椅面高度。椅面高度應該保持乘員大腿幾乎水平，小腿自然豎直，腳掌水平的放在地面上。所以，可取360~480mm。椅面寬度。適當寬一些方便就座者變換姿勢。一般可取370~420mm。椅面深度。坐深不宜過長，以讓背部能靠在靠背上，可取550mm?？勘掣叨群蛯挾取：笈抛尾捎酶呖勘?，高度可取750mm，寬度可取500mm?？勘硟A角。從保持脊柱的正常自然形態(tài)，可取95176。~115176?！癛”點指制造廠規(guī)定的設計H點，為“乘坐基準點”，該點: 在考慮了所有的座椅可能調節(jié)狀態(tài)，確定了座椅的乘坐位置。具有相對于所設計的車輛的結構建立的坐標。模擬人體軀干和大腿鉸接中心位置。作為安放二維人體樣板的參考點。根據(jù)轎車座椅R點確定的經(jīng)驗和推薦值，轎車駕駛員座椅R點為距離靠背基準面135mm、距離作為基準面97mm的一點。第3章 轎車后排座椅骨架設計轎車座椅骨架主要分三種：管式骨架、合金鑄造骨架和鋼質沖壓骨架。鋼制沖壓骨架配置靈活，可安裝較多的功能。根據(jù)轎車的生產(chǎn)成本和設備能力，本設計選鋼制沖壓骨架。 豪華轎車后排座椅主要結構尺寸（a）、靠背結構尺寸及力學分析靠背的設計應符合人體背部曲線，防止乘員側移，給人體后背足夠的支撐，當發(fā)生意外急剎車造成較大沖擊的時候能夠保護人體不受傷害，強度剛度應能保證沖擊下結構不被破壞?？勘巢捎肣215A沖壓薄板。圖31 靠背在ECER17中對靠背靜強度的規(guī)定是對座椅靠背施加相對于座椅參考點R點，大小為530Nm的載荷，座椅應能承受以上載荷，試驗后及試驗中，座椅骨架、座椅固定點及位移系統(tǒng)、調節(jié)系統(tǒng)或鎖止系統(tǒng)不得失效。根據(jù)轎車座椅R點確定的經(jīng)驗和推薦值，轎車駕駛員座椅R點為距離靠背基準面135mm、距離座位基準面97mm的一點。假設人體背部作用于靠背的力集中于靠背中央。圖32是靠背受力分析的數(shù)學模型。圖32靠背受力分析LOA=97mm， LOC=135mm，LBD=311mm。F1=Fcosβ，當α減小時，OD長度增加，而力矩M不變，所以F減小。同時，β角度變大，cosβ變小，所以F1減小。故α=900時，F(xiàn)對靠背垂直方向的力F1最大。當α=900時，LOD= LOC2+ LCD2= LOC2+（LBDLBC）2= LOC2+（LBDLOA）2=253mmF=MLOD==2095Ncosβ=LCDLOD=214253=F1=Fcosβ=2095=1772NF2=Fsinβ=2095=1104N座椅靠背的剪力圖如圖33。圖33剪力圖座椅靠背的彎矩圖如圖34。圖34彎矩圖（b）、座椅底座側板的機構尺寸及力學分析座椅底座側板通過調角器和靠背相連。一般側板的左右面通過鋼桿相接保證側板的總體性。側板下面與座椅高度調節(jié)機構相連接。側板材料選Q275鋼板。圖35,圖36是側板出去海綿蒙皮后的尺寸。圖35 側板右視圖圖36 側板主視圖當人坐在座椅上且背部沒有靠在靠背上時座面的壓力最大，假設這個人的體重200KG，對座面的壓力F為垂直座面方向，大小為1960N。座面某一側側板受力圖如圖37。圖37 側板受力圖q=F2LAB=1960247。247。2=1742NmF1=F2=F4=1960247。4=490N座面?zhèn)劝宓募袅D如下。圖38 側板剪力圖座面?zhèn)劝逯虚g處彎矩圖最大。設其為M，則M=qLAB28=1742=111Nm。彎矩圖如下。圖39 側板彎矩圖最左端和中間的截面如圖310。圖310 截面圖其中b=，h=。Iz=bh312==105mm4σmax=MmaxymaxIz=111105=[σ]τmax=Fs,maxSz,maxbIz=490105=[τ]由于底座側板的最左端彎矩為0，中間剪力為0，所以相當應力即為最左端的最大切應力和中間的最大正應力。 豪華轎車后排座椅調節(jié)機構的設計和計算 前后調節(jié)機構的結構設計前后調節(jié)機構的材料選用Q275鋼前后調節(jié)機構是一種水平調節(jié)。豎直支撐板在導軌內(nèi)滑動。導軌內(nèi)開有兩段圓弧槽，里面有球體滾珠，以減小豎直支撐板滑動時的摩擦力。豎直支撐板在導軌內(nèi)的滑動用螺桿傳遞動力。螺桿本身是有自鎖功能的，所以豎直支撐板不需要額外的鎖止機構。圖311圖312為前后調節(jié)機構結構圖。前后調節(jié)范圍為0~177。105mm。圖311 前后調節(jié)機構圖圖312 局部視圖 高度調節(jié)機構的原理和相關計算（1）高度調節(jié)機構的結構形式和工作原理高度調節(jié)機構的材料用45號鋼。高度調節(jié)機構主要由兩根桿件通過X型鉸接而成。桿件一端上下分別和側板以及滑槽支撐板相鉸接。另一端分別在側板和滑槽支撐板的滑槽里滑動，當電機通過螺桿驅動桿件一端在滑槽里滑動時即可完成座椅的高度調節(jié)。螺桿傳動具有自鎖性，同理，高度調節(jié)機構亦不需要額外的鎖止機構。圖313圖314為高度調節(jié)機構的結構圖。圖313 高度調節(jié)機構圖圖314 高度調節(jié)機構局部視圖（2）調節(jié)范圍和X形桿件受力的計算為了計算的方便，這里把支撐桿簡化成直線。圖315中AC、BF、EC、BG為支撐桿。當座椅座面最低時，支撐桿位置為圖中AC、BF，此時支撐桿高度為BC。BC=AC2AB2==80mm當座椅座面最高時，支撐桿AC滑動到ED位置。而BF