【導(dǎo)讀】問題仍未得到根本解決。而汽車座椅是人與汽車直接接觸的界面，人們駕乘汽車的舒適。性主要與座椅有關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)力的提高，人們對工作、生活、休息質(zhì)。品的生產(chǎn)以及廣大消費者對工業(yè)品的期望。這就要求產(chǎn)品設(shè)計者在設(shè)計產(chǎn)品的時候能充。分將人的因素、產(chǎn)品使用的環(huán)境因素合理地、科學(xué)地運用其中。素貫穿在整個設(shè)計的始終。各種需求，這種觀點已逐漸在產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)者和消費者中形成共識。師已經(jīng)意識到產(chǎn)品是否能夠被用戶接受及被接受的程度不僅僅取決于產(chǎn)品的市場因素，而且越來越多地取決于產(chǎn)品的外觀造型和人機工程學(xué)設(shè)計。值的觀念，為豐富人類社會的物質(zhì)生活和精神文明做出了巨大貢獻(xiàn)。了綜合研究，重點對人機工程和座椅強度進行了研究。計與人體尺寸的相關(guān)性。

　　

【正文】 載荷。一方面，由 于 路面的凸凹不平，汽車行駛時車體產(chǎn)生的隨機振動對汽車座椅產(chǎn)生隨機動載荷 。另一方面，汽車行駛中要經(jīng)歷起步、加速、制動等復(fù)雜工況，汽車座椅因此承受著很大的沖擊載荷。由于 在試驗室中很難再現(xiàn)這些復(fù)雜工況，研究人員將各種工況的極限情況折算為等效的靜態(tài)載荷，作為評定座椅承載性能的標(biāo)準(zhǔn) 。 （ 1） 座椅總成靜強度標(biāo)準(zhǔn) 歐洲從 20 世紀(jì) 、 60 年代后期開始制定被動安全性法規(guī) (ECE ) o ECE 法規(guī)是參 照美國法規(guī)并根據(jù)歐洲人自身的特點加以修正，也是目前世界上比較完善的被動安全法規(guī)體系。在 ECE 法規(guī)中，除 ECER17(汽車座椅、頭枕和固定裝置規(guī)定 )外，還有一些關(guān) 于 客車座椅系統(tǒng) ECER80 等與汽車座椅相關(guān)法規(guī) 。 美國是最早研究汽車被動安全性的國家。迄今為止，在聯(lián)邦機動車安全法規(guī) (FMVSS)中，有關(guān)被動安全的法規(guī)有 26 項，其中與座椅相關(guān)的法規(guī)有兩項，分別為 FMVSS207座椅系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和 FMVSS202 頭部約束標(biāo)準(zhǔn)。對 于 座椅總成靜強度， FMVSS 207 中規(guī)定在座椅總成質(zhì)心處水平向前、向后對其施加 20 倍 座椅總質(zhì)量的載荷時，座椅應(yīng)能承受以上載荷。 對 于 座椅總成， GB15083 一 1994 中規(guī)定 :通過座椅質(zhì)心 (如圖 38),分別沿水平向前和向后各施加相當(dāng) 于 座椅總成重量 20 倍的力，座椅總成與車身本體不得分離。重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車中排座椅設(shè)計 19 對 于 可調(diào)式座椅，調(diào)節(jié)裝置在試驗中能使座椅保持原調(diào)節(jié)位置，在試驗后允許失去調(diào)節(jié)能力。 圖 38座椅總成靜強度法規(guī)規(guī)定加載示意圖 （ 2） 座椅靠背靜強度標(biāo)準(zhǔn) 對 于 座椅靠背，在 FMVSS207 中規(guī)定 ， 當(dāng)對座椅靠背施加 372Nm 的載荷，座椅應(yīng)能承受以上載荷。 ECER17 中規(guī)定 :對座椅靠背施加 530Nm 的載荷 。座椅應(yīng)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(diào)節(jié)系統(tǒng)或鎖止系統(tǒng)不得失效。 在我國標(biāo)準(zhǔn) GB15083一 1994中規(guī)定 :當(dāng)座椅總成承受一個相對 于 座椅 R點為 373Nm力矩的力時 (如圖 39 所示 )，座椅骨架不應(yīng)損壞并座椅總成與車身本體不應(yīng)分離。對 于可調(diào)式座椅，調(diào)節(jié)裝置在試驗中應(yīng)能保持原調(diào)節(jié)位置，在試驗后允許失去調(diào)節(jié)能力。 圖 39座椅靠背靜強度法規(guī)規(guī)定加載示意圖 （ 3） 座椅頭枕靜強度標(biāo)準(zhǔn) 座椅頭枕是汽車座椅重要的安全部件，因此各國對座椅總成強度制定相關(guān)法規(guī)的同時，對座椅頭枕的后移量和靜強度做了單獨詳細(xì)的規(guī)定 。 對 于 座椅頭枕后移量，F(xiàn)MVSS202 中規(guī)定 :頭枕在承受相對 于 座椅參考點 R 點，大小為 的力矩時，頭枕的最大后移量不應(yīng)超過 102mm。 ECER25 中規(guī)定 :對座椅頭枕施加相對 于 座椅參考點 R 點，大小為 的力矩的重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車中排座椅設(shè)計 20 同時，座椅的靠背也應(yīng)同時承受相對 于 座椅參考點 R 點，大小為 的力矩，此時座椅頭枕的后移量不應(yīng)超過 102 mm o 我國 GB 115501995 中規(guī)定 :用假背對 座椅加載，使得繞 H 點的后翻力矩為 ，在此基礎(chǔ)上，頭枕在承受相對 于 座椅參考點 R 點，大小為 的力矩時，頭枕的最大后移量不應(yīng)超過 102mm。 對頭枕靜強度， FMVS 5202 中規(guī)定 :座椅頭枕應(yīng)能承受 890N 的載荷，允許座椅或座椅靠背損壞。 我國 GB 115501995 中規(guī)定 ： 座椅頭枕應(yīng)能承受 890N 的載荷，允許座椅或座椅靠背損壞。 座椅的沖擊強度 座椅的沖擊強度是隨著安全性研究的開展 而 逐漸受到人們重視的，它的主要內(nèi)容是通過實驗和仿真分析相結(jié)合的方法，研究座椅在沖擊載荷作用下的強度特 性，使其在碰撞事故中為乘員提供良好的保護作用。汽車座椅安全性研究始 于 上世紀(jì)五十年代，美國南加州大學(xué)最早使用志愿者進行了低速追尾碰撞試驗，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時的低靠背座椅在碰撞事故中不能提供良好的支持，容易導(dǎo)致乘員的頸部損傷。研究人員還發(fā)現(xiàn)，座椅靠背向后的屈服變形有助 于 保持頭、頸和軀干的對齊，可以降低乘員受傷害的程度 。在中等或者高強度的追尾碰撞事故中，柔性靠背不足以為乘員提供有效的保護，可能會導(dǎo)致靠背破壞，駕駛員與后排乘客之間發(fā)生碰撞，因此需要提高座椅靠背的強度。在過去的二十年里，汽車座椅的安全性研究主要集中在汽車尾部碰 撞的乘員保護上，并逐漸形成了座椅設(shè)計中的柔性設(shè)計和剛性設(shè)計兩種概念。按照上述兩種方法設(shè)訓(xùn)一的各種座椅結(jié)構(gòu)形式，在可控的試驗條件下都得到了肯定性的結(jié)論。但是，這兩種強度設(shè)計概念是針對不同強度的碰撞條件形成的，如何做到各種在條件下保護作用都能夠兼顧仍然是座椅強度設(shè)計中的重要課題。 座椅的疲勞強度 座椅的疲勞強度分為座墊的疲勞壽命和骨架的疲勞強度兩個部分。對 于 軟墊的疲勞壽命問題，一般采用大變形、非線性有限 元 方法進行研究， PatrickGlance 于 1986 年提出了座椅軟墊的簡化模型，把座墊分成許多個高度 與座墊等厚的柱體單 元 ，柱體在承受壓力是不產(chǎn)生橫向變形，柱體之間靠剪應(yīng)力相互作用。這個模型不但可以用 于 座墊的強度分析，還可以應(yīng)用 于 體壓力分布計算。此外，在工程實踐中，人們也嘗試著通過疲勞試驗的方法研究座墊材料的性能，骨架的疲勞強度問題則涉及到可靠性設(shè)計、金屬材料的累積損傷理論等方面的內(nèi)容，一般采取以試驗為主的方法進行研究 。 對 于 一個由許多零件構(gòu)成的機械產(chǎn)品 (如飛機、坦克、汽車等 )，單憑理論分析所進行的設(shè)計難以防止它在服役中的失效。雖然失效的形式很多，但多數(shù)是疲勞失效。有的資料報導(dǎo)，在整個機械零、部件的失效總數(shù)中 ，疲勞失效占 50%一 90%。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車中排座椅設(shè)計 21 第 4 章 CATIA 制圖軟件的介紹 CATIA 是 一款主流 的 CAD/CAM/CAE/PDM 應(yīng)用 軟件 ， CATIA 具有一個獨特的裝配草圖生成工具，支持欠約束的裝配草圖繪制以及裝配圖中各零件之間的連接定義，可以進行快速 的 概念設(shè)計。它支持參數(shù)化造型和布爾操作等造型手段，支持繪圖與數(shù)控加工的雙向數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。 CATIA 的外形設(shè)計和風(fēng)格設(shè)計為零件設(shè)計提供了集成工具，而且該軟件具有很強的曲面造型功能，集成開發(fā)環(huán)境也別具一格，同樣， CATIA 也可進行有限元分析，特別的是，一般的三維造型軟件都是 在三維空間內(nèi)觀察零件，但是 CATIA 能夠進行四維空間的觀察，也就是說該軟件能夠模擬觀察者的視野進入到零件的內(nèi)部去觀察零件，并且它還能夠模擬真人進行裝配，比如使用者只要輸入人的性別、身高等特征，就會出現(xiàn)一個虛擬裝配的工人。 CATIA 大量用于航空航天、汽車及摩托車行業(yè)、機械、電子、家 電 產(chǎn)業(yè)、 NC 加工等各方面。法國的幻影 2021 系列戰(zhàn)斗機就是使用 CATIA 設(shè)計的一個典范，而波音 777客機使用 CATIA 完成無圖紙設(shè)計，更 CAD 領(lǐng)域內(nèi)的一個奇跡。在國內(nèi)，幾乎半數(shù)以上的汽車廠商都在使用 CATIA。 CATIA 的內(nèi)容涵 蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計、工業(yè)設(shè)計、三維建模、分動態(tài)模擬與仿真、工程圖的生成到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程，其中還 有 大量的電纜和管道布線、各種模具設(shè)計與分析、人機交互等實用模塊 。 下面簡單介紹本文中主要用到的幾個模塊 1，草圖設(shè)計： CATIA 制圖模塊是線框和標(biāo)注產(chǎn)品的一個擴圖模塊 ，使用戶可以方便地建立工程圖樣，添加文本、尺寸標(biāo)注、客戶以及建立用戶所需的剖視圖，局部視圖等。自由外形設(shè)計 ：該模塊 提供給設(shè)計師一系 功能來實施產(chǎn)品外形定義及復(fù)雜的曲線和曲面定義 。裝配設(shè)計 ： 裝配設(shè)計可以使設(shè)計師建立并管理機械 零件的 裝配。裝配件可以由多 個主動或被動模型中的零件組成。零件觸自動地對連接進行定義，方便了 CATIA 運動機構(gòu)產(chǎn)品進行早期分析。 CATIA 的工業(yè)應(yīng)用極為廣泛，包括航空航天、汽車制造、工業(yè)機械，以及電子工業(yè)、船舶制造、廠房設(shè)計和消費品。如今， CATIA 被用于設(shè)計各種產(chǎn)品，從飛機直至珠寶首飾和服裝。 CATIA 不僅強大而且功能性強，能夠覆蓋全部產(chǎn)品開發(fā)流程。 CATIA 以一體化的方式支持產(chǎn)品 的 工程設(shè)計， 從初始規(guī)范直至產(chǎn)品的運行。它 有 利于縮短開發(fā)周期，提高企業(yè) 對 市場需求的反應(yīng)速度。 在 2021 年， 美國汽車巨頭 福特汽車公司在全球范圍 內(nèi)將 CATIA V5 作為其新車型設(shè)計和工程的標(biāo)準(zhǔn)，更加強化了 CATIA 產(chǎn)品在這一市場上 穩(wěn)固的地位。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車中排座椅設(shè)計 22 第 5 章 長安 CM9 中排 座椅的實際設(shè)計 汽車座椅用戶需求分析 任何一件現(xiàn)實產(chǎn)品的設(shè)計都不是設(shè)計師憑空臆造出來的，因為每一件設(shè)計都會涉及到需求、經(jīng)濟、文化、技術(shù)、材料等一系列的問題。不同的設(shè)計不僅所涉及的問題的領(lǐng)域不同，而且深入程度也各不相同。因此，怎樣科學(xué)有效地去掌握信息、收集材料是設(shè)計 者 必須認(rèn)真對待的問題。 本文中作者為了得到用戶對產(chǎn)品的需求和要求，采用詢問法，通過與 被調(diào)查者的面談、電話詢問、書面詢問以及網(wǎng)上詢問等方式，向被調(diào)查者詢問問題已獲得所需的材料。調(diào)查對象主要集中在購買并使用 微 車一年以上的用戶、長期進行駕駛工作的司機、預(yù)購車的消費者和汽車座椅的設(shè)計生產(chǎn)者。 問題多集中在對腰靠和頭枕的不舒適和不符合人體外形尺寸方面。普遍反映頭枕在駕車過程中無實際的作用，用戶因為駕駛座椅設(shè)計不合理帶來的腰酸背疼的情況很嚴(yán)重。 據(jù)報道，目前我國各種車輛累計已達(dá)上億輛，患上駕駛員腰痛職業(yè)病的人數(shù)也在 1億以上。中國中醫(yī)研究院一位骨科專家在電話中承認(rèn)，目前大多數(shù)長時間開車的司機均有 不同程度的腰背部疾病。 本次調(diào)查主要針對 長安 CM9 的中排座椅 。 用戶人體尺寸研究 各種設(shè)備和工具等設(shè)計對象在適合于人的使用方面，首先涉及的問題是適合人的形態(tài)和功能范圍的限度。例如，一切操縱設(shè)備都應(yīng)設(shè)在人的肢體活動所能及的范圍之內(nèi)，其高低位置必須與人體相應(yīng)部位的高低位置相適應(yīng)，而且豈不知應(yīng)盡可能設(shè)在人操作方面、反應(yīng)最靈活的范圍之 內(nèi)。所以研究人體尺寸模型 — 用人體模型描述人體尺度是非常有必要的。 人機工程學(xué)范圍內(nèi)的人體形態(tài)測量數(shù)據(jù)主要有兩類，即人體構(gòu)造尺寸和功能尺寸，也就是人體靜態(tài)尺寸和人體動態(tài)尺寸。 而針對于座椅設(shè)計的人體尺寸相關(guān)的主要有人體立姿尺寸和人體水平尺寸 。 人體靜態(tài)尺寸 人體靜態(tài)尺寸，著眼于人體天然結(jié)構(gòu)，比如身高、體重、腿臂長度等，是建立人體尺寸模型的基礎(chǔ)。國家標(biāo)準(zhǔn) GB 1000088《中國成年人人體尺寸》按照人機工程學(xué)的要求提供了我國成年人人體尺寸的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)中共給出了 7 類 47 項 人體尺寸基本數(shù)據(jù)。人體的主要尺寸包括身高、體重、上臂長、前臂長、 大腿長、小腿長等 6 項。 根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國人體基本尺寸 見表 51。 一般人體尺寸都是在立正或正坐的姿勢狀態(tài)下測量的，因為在人體 自然狀態(tài)下測量很容易出現(xiàn)差別。在設(shè)計時，通常也要按立正或正坐時的人體尺寸來考慮。 表 我國人體基本尺寸 單位： mm 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車中排座椅設(shè)計 23 尺寸名稱 尺寸數(shù)值 尺寸名稱 尺寸數(shù)值 男 女 男 女 身長 1688 1586 肩窄寬 426 392 眼高 1585 1480 臀寬 334 395 肩 高 1421 1320 下肢前伸長 1016 977 坐姿身高 897 849 大腿長 422 409 坐姿眼高 794 743 小腿長 401 369 肘到坐平距 離 245 239 足高 71 66 上肢前伸長 731 689 膝臀間距 551 525 大臂長 269 261 大腿平長 433 432 小臂長 247 226 膝上到足底距 離 515 480 手長 193 179 膝彎到足底距 離 406 383 前伸長 731 689 人體測量尺寸 人體是一個復(fù)雜的生理體系，影響人體尺寸特征的因素很多， 如國家、地區(qū)、民族、生活環(huán)境和風(fēng)俗習(xí)慣等。經(jīng)多年研究，我國成年人人體尺寸的國家標(biāo)準(zhǔn) GB 1000088 已經(jīng)于 1987 年 7 月開始實施，它為我國人機工程設(shè)計提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。該標(biāo)準(zhǔn)提供了代表從事工業(yè)生產(chǎn)的法定中國成年人 (男子 18~66 歲 ，女子 18~55