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汽車座椅舒適度研究畢業(yè)設計(論文)(參考版)

2024-08-31 08:57本頁面
  

【正文】 本章將。 本章小結(jié) 研究表明通過安裝腰托裝置可明顯提高人體在腰部區(qū)域的支撐力度,使人體腰部壓力增大,減輕了腰椎所承受的負荷,避免腰曲的變形,保持腰部肌肉處于松弛休息狀態(tài),從而明顯提高人體的乘坐舒適度。以汽車駕駛員為被測對象,假設以每個工作日承受 60 分鐘的相當于的被測試時的加速度劑量,于是每天的等效加速度劑量可得: 沈陽建筑大學畢業(yè)設計(論文) 28 Dxd = (60/3)1/6=Dyd = (60/3)1/6=Dzd = (60/3)1/6=該結(jié)果表明該座椅有較好的舒適性,對人體的健康影響比較少,通常人們都能承受而不會因此產(chǎn)生身體上的損害。 ( a) 座椅在 x軸方向上的振動加速度沈陽建筑大學畢業(yè)設計(論文) 26 ( b) 座椅在 y 軸方向上的振動加速度 ( c) 座椅在 z 軸方向上的振動加速度 圖 211 座椅振動加速度 ( a) x軸振動( b) y軸振動( c) z軸振動 乘員的腰椎在 X軸、 Y軸和 Z軸的加速度響應用 Matlab 計算所得到的圖像如圖 212所示 。因此座椅有較好的振動舒適性能,能很好的衰減汽車地板傳給座椅的振動。 沈陽建筑大學畢業(yè)設計(論文) 25 圖 210 頭部對于汽車地板譜的加速度響應 由 圖 210 可見,人體頭部的加速度譜峰值與汽車地板加速度譜峰值所在的頻率幾乎相同,根據(jù)計算的大約加權加速 度均方根值為 m/s2。圖 29 為應用于試驗的汽車在水泥路面上以 45Km/h 車速行駛時的實測地板譜。 圖 28 座椅的主觀評價對比 通過以上主觀評價,可以看出盡管評測者的性別、身高以及體重不同,但安裝腰托的座椅主觀舒適度明顯高于未安裝腰托的座椅,進一步驗證了客觀試驗結(jié)果的正確性。 沈陽建筑大學畢業(yè)設計(論文) 23 表 22 主觀舒適性評估表 評價指標 感受程度 (1)靠背壓力 太小 適中 太強 3 2 1 0 1 2 3 (2)靠背中部承重 太小 適中 太強 3 2 1 0 1 2 3 (3)支持力度 太小 適中 太強 3 2 1 0 1 2 3 (4)靠背中部舒適度 太小 適中 太強 3 2 1 0 1 2 3 (5)肩膀承重 太小 適中 太強 3 2 1 0 1 2 3 (6)操作性能 困難 適中 3 2 1 0 總體評價 (滿分為 10分 ) 11 位評測者的主觀評價經(jīng)處理后的評分值見 圖 28。設計的主觀舒適性評價試驗由表 22 說明,通過每位評測者的打分對座椅總體舒適性進行主觀評價。如圖 27( b)所示。這一點是乘坐舒適的憑靠點,而且其承受的壓力最大,并沿著兩點向外逐漸減小。 腰托裝置的增加還為胸曲部分的肩胛骨提供了憑靠,減輕胸曲變形。據(jù)醫(yī)學統(tǒng)計,幾乎 95%的病變均發(fā)生于第 4 和第 5腰椎的椎間盤,所以該試驗選擇在這個位置放置腰托裝置。 圖 26 安裝與未安裝腰托座椅靠背壓力曲線對比 序號 性別 身高 /cm 體重 /kg 序號 性別 身高 /cm 體重 /kg 1 男 184 88 7 男 165 75 2 女 164 59 8 女 162 50 3 男 160 61 9 女 180 61 4 男 180 77 10 男 175 80 5 男 183 91 11 男 171 84 6 女 172 74 沈陽建筑大學畢業(yè)設計(論文) 22 圖 27 靠背壓力分布云圖 比 較圖 2圖 27 可知,安裝有腰托裝置的座椅在腰部的壓力值明顯大于未安裝腰托裝置的座椅。 表 21 評測者相關生理結(jié)構參數(shù) 測試者按照正常駕駛位置入座,傳感墊紀錄測試者整個靠背壓力分布。 試驗用座椅安裝在模擬車身的夾具上,選取 11 位測試者,分別對有、無腰托裝置沈陽建筑大學畢業(yè)設計(論文) 21 的座椅進行測試。 試驗測試系統(tǒng)包括有腰托和無腰托兩個座椅,有腰托座椅采用雙向手動腰托款式。 靠背壓力分布通常是將垂直于座椅靠背縱向?qū)ΨQ軸上的壓力進行積分,以縱向?qū)ΨQ軸為橫坐標,以人體靠背骶骨區(qū)域為基準點,等間隔分布測點,以壓力積分結(jié)果為縱坐標繪制出曲線,即縱向壓力分布 曲線。人體壓力分布是指乘員坐在座椅上時,人體與座椅之間接觸區(qū)域的壓力變化。由圖可見,相對于人體靠背與座椅接觸的表面而言,腰托最凸出與最凹進的兩個 位置 被稱為腰托裝置最前與最后極限位置。乘員正常入座時,人體身軀與大腿的連接點 — 胯點( hip point)簡稱 H 點, H 點的位置是決定駕駛員操作方便、乘坐舒適性相關的車內(nèi) 尺寸的基準。為了適應凸向前的腰曲弧形,給予腰部合理的支撐,現(xiàn)代汽車座椅通常都設計有腰托裝置,可以避免因為腰曲部位懸空而帶來的身體不適感覺。由于脊骨的定位是借助于肌腱的作用,一旦脊椎偏離自然狀態(tài),肌腱組織就會受到拉力或壓力的作用,使肌肉活動量增加,長時間會引起腰酸等不適的感覺。成人脊柱總長約 70CM,有26 塊獨立的骨塊組成,如圖 24所示。作者從人體生理結(jié)構上分析腰托裝置對人體乘坐舒適度的影響,然后通過大量的客觀試驗,分析腰托的設計對人體壓力分布的影響,結(jié)合主觀試驗評價對以上研究成果進行驗證。其中靠背總成(如圖 23所示)主要由腰托裝置、彈性元件及泡沫塑料等部件組成。 乘坐舒適性是評價汽車性能的主要指標,其中座椅的舒適性設計已成為汽車廠商所關注的主要內(nèi)容。 汽車座椅舒適性的主觀和客觀評價研究 在對座椅機械結(jié)構及人體脊骨生理結(jié)構分析的基礎上,從主觀和客觀兩方面針對腰托對汽車座椅舒適性影響進行了理論和試驗研究 [4]。 對于不同的工作環(huán)境,應根據(jù)具體的使用要求和使用條件,選取上述三種界限之一作為評價振動舒適性的基本標準。這是因為人體各內(nèi)臟器官的固有頻率多在此范圍內(nèi),容易引起共振,所容許承受的振動加速度有效值最小。隨著規(guī)定的受振持續(xù)時間的減少,對應的振動加速度有效值增大,表示界限的圖線平行向上移動。 沈陽建筑大學畢業(yè)設計(論文) 18 將該圖線上各振動加速度有效值乘以 2 就是保持健康與安全界限 ;除以 為保持舒適性界限。 該標準用加速度均方根值給出了 180Hz 范圍頻率內(nèi),人體對振動的反應(如圖21) : 沈陽建筑大學畢業(yè)設計(論文) 17 圖 21 ISO 2361保持工作界限圖線 ( a)垂直振動 ( b)水平振動 其中 1~ 80Hz 的頻率范圍包括汽車等主要機械振動的頻率。超過此界限,則因疲勞而降低工作效率。 ISO 2631《人體承受全身振動的評價指南 》 [6]提出:以振動加速度均方根值、振動方向、振動頻率和受振動持續(xù)時間四 個基本的振動參數(shù)之間的關系來評價全身振動對人體產(chǎn)生的影響。通常取某一頻率的正弦振動作為基準,其振動加速度均方根值和振動的持續(xù)時間是一定的,并規(guī)定在此條件下的體承受振動的舒適性評價,然后,在相同持續(xù)時間下改變振動頻率和振動加速度均方根值,與基準振動相比較,當舒適性評價相同時,記錄振動的頻率與振動均方根值。人體承受全身振動而引起的舒適性問題稱為振動舒適性。 沈陽建筑大學畢業(yè)設計(論文) 16 第二章 人體承受振動的舒適性評價 人體承受振動的分類 機械振動對人體的影響取決于振動的頻率與強度、振動作用的方向和振動的持續(xù)時間,以及人的心理、生理狀態(tài)。 (3) 測量不 同坐 姿下人體脊柱的形狀和各椎骨的位置,分析不同坐姿下腰椎的形狀變化,為座椅設計提供人要工程學上的參考數(shù)據(jù)。設計座椅的動態(tài)參數(shù),并根據(jù)實驗結(jié)果對參數(shù)進行仿真分析與評價。本文是以人機工程學標準進行研究的。 座椅靠背后傾斜能使腰部得到依靠,加之靠背襯墊的適度柔軟,致使摩擦力較大,同時加上靠背側(cè)向護耳,可緩沖橫向振動對人體的沖擊,以提高乘坐舒適性。在橫向上,脊柱只有前縱韌帶和后縱韌帶,分別附著在椎體和椎間盤的前緣和后緣并起一定的保護作用。如果坐姿不正確,將使呼吸的頻次增加,引起心理疲勞。(如圖 13 所示) 圖 13肌肉使脊柱具有運動功能 沈陽建筑大學畢業(yè)設計(論文) 14 當脊柱處于正常的生理彎曲時,它具有最佳的吸振能力和彈性;它能防止背部肌肉的緊張和抽筋;使椎間盤 受力均勻,防止脊柱受損,當椎間盤受壓變薄 2mm 時,它將失去彈性,當受力不均勻或坐姿不正確時,椎間盤 的壓力將大大增加(如圖 14所示),同時導致髓核凸起,凸起的髓核將壓入椎環(huán)或凸起在椎環(huán)周圍,凸起部分會壓迫脊髓神經(jīng)末梢,從而導致疼痛或神經(jīng)紊亂;有助于脊髓神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)信號的傳輸,有缺陷的椎間盤對神經(jīng)系統(tǒng)將產(chǎn)生壓力,影響神經(jīng)功能,從而擾亂體內(nèi)平衡;不壓迫內(nèi)臟,提供適當?shù)墓┭蹩臻g以及能深呼吸的坐姿。前縱韌帶和后縱韌帶從上到下將椎骨和椎間盤連成一體,形成一個靈活的節(jié)。脊髓在椎管中流動,椎間盤是相鄰兩個椎骨間的彈性軟骨盤,它由兩部分:纖維環(huán)(椎環(huán))和髓核組成,其中央是一種柔軟而富有彈性的膠狀物質(zhì),叫髓核,髓核柔軟而富有彈性,可以接受人站、走、跑等 引起的振動;髓核周圍是很多按同心圓排列的相互交織的纖維構成的纖維環(huán),它約束髓核,防止它向周圍膨出,同時增強了椎間盤的強度。 沈陽建筑大學畢業(yè)設計(論文) 13 圖 12 椎骨和椎間盤結(jié)構 圖 12 所示為椎骨和椎間盤的結(jié)構示意圖,椎骨是附有肌肉及韌帶的骨頭,其功能是保護脊髓。 人站立時,脊柱的椎間盤和前后兩條韌帶都處于正常位置,不受拉伸變形。脊柱的生理彎曲以及椎間盤與一系列的韌帶裝置使脊柱具有彈性,所以可把脊柱視為能調(diào)節(jié)的彈性桿。從體的側(cè)面觀察,脊柱呈“ S”形彎曲狀態(tài),脊柱有頸、胸、腰、骶四個彎曲,稱為生理彎曲。當脊椎向前充分的彎曲時,腰椎輪廓曲線向 外彎曲稱作駝背(腰椎向后凸出:或稱脊椎后凸);與之相對,當軀干從彎曲姿勢或腰椎向后凸出的姿勢伸直時,脊椎舒展;當人自然站立時,大多數(shù)人的腰椎曲線向里,稱為脊柱前凸(腰椎向前凸出)。因為骨盆通過椎骨關節(jié)與腰椎相連,并有許多
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