【正文】 在日常生活和工作中，人的動(dòng)作是十分豐。可及度是指在空間特定位置，通過(guò)改變手臂或腿部的方向及伸展長(zhǎng)度，手或腳是否能夠觸及空間內(nèi)某一物體的評(píng)價(jià)指標(biāo)。人體靜態(tài)尺寸參數(shù)雖然可以解決不少工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中有關(guān)人體尺寸的問(wèn)題，但是人在操縱設(shè)備或從事某種作業(yè)時(shí)并不是靜止不動(dòng)的。人體靜態(tài)尺寸，著眼于人體自然結(jié)構(gòu)，而不考慮人的姿態(tài)與活動(dòng)。表 列出了以身高為基本參數(shù)的主要的人體尺寸經(jīng)驗(yàn)公式。統(tǒng)計(jì)資料表明:這種公式是存在的，也就是說(shuō)人體測(cè)量尺寸符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律。人體結(jié)構(gòu)尺寸相當(dāng)多，單獨(dú)為某種身體尺寸的人進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)顯然是非常有限的。例如:18~66 歲的男子在百分?jǐn)?shù)為 99 時(shí)身高為 1814mm，在百分?jǐn)?shù)為 50 時(shí)身高為1678mm。 人體尺寸數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律 H 點(diǎn)的確定：根據(jù)法規(guī)規(guī)定，首先利用 GB1155989 所規(guī)定的三維 H 點(diǎn)測(cè)量裝置(如圖 51 所示 )按 GB1156389 中規(guī)定的 H 點(diǎn)確定程序確定座椅 H 點(diǎn)，并利用調(diào)角器調(diào)節(jié)靠背傾角，與豎直方向近似 25 度，同時(shí)，調(diào)節(jié)座墊傾角為 50 度記錄此時(shí)座椅 H 點(diǎn)位置。但是由于男女在成年人后人體的主要結(jié)構(gòu)尺寸變化較少，且在工業(yè)產(chǎn)品的人機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，絕大部分情況下僅需要成年人的結(jié)構(gòu)尺寸數(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(guó)成年人(男子 18~66 歲，女子 18~55 歲的人體結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)，共七個(gè)類別 47 項(xiàng)人體尺寸數(shù)據(jù)，包括人體主要尺寸、立姿人體尺寸、坐姿人體重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車中排座椅設(shè)計(jì)24尺寸、人體水平尺寸、人體手部和足部尺寸，并分別按性別、年齡段為數(shù)列表，其中主要人體結(jié)構(gòu)尺寸如表 所示。 表 我國(guó)人體基本尺寸 單位：mm尺寸數(shù)值 尺寸數(shù)值尺寸名稱 男 女尺寸名稱男 女身長(zhǎng) 1688 1586 肩窄寬 426 392眼高 1585 1480 臀寬 334 395肩高 1421 1320 下肢前伸長(zhǎng) 1016 977坐姿身高 897 849 大腿長(zhǎng) 422 409坐姿眼高 794 743 小腿長(zhǎng) 401 369肘到坐平距 離245 239 足高 71 66上肢前伸長(zhǎng)731 689 膝臀間距 551 525大臂長(zhǎng) 269 261 大腿平長(zhǎng) 433 432小臂長(zhǎng) 247 226 膝上到足底距 離515 480手長(zhǎng) 193 179 膝彎到足底距 離406 383前伸長(zhǎng) 731 689 人體測(cè)量尺寸人體是一個(gè)復(fù)雜的生理體系，影響人體尺寸特征的因素很多，如國(guó)家、地區(qū)、民族、生活環(huán)境和風(fēng)俗習(xí)慣等。一般人體尺寸都是在立正或正坐的姿勢(shì)狀態(tài)下測(cè)量的，因?yàn)樵谌梭w自然狀態(tài)下測(cè)量很容易出現(xiàn)差別。人體的主要尺寸包括身高、體重、上臂長(zhǎng)、前臂長(zhǎng)、大腿長(zhǎng)、小腿長(zhǎng)等 6 項(xiàng)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 1000088《中國(guó)成年人人體尺寸》按照人機(jī)工程學(xué)的要求提供了我國(guó)成年人人體尺寸的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而針對(duì)于座椅設(shè)計(jì)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。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。 用戶人體尺寸研究 各種設(shè)備和工具等設(shè)計(jì)對(duì)象在適合于人的使用方面，首先涉及的問(wèn)題是適合人的形態(tài)和功能范圍的限度。中國(guó)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(zhǎng)時(shí)間開車的司機(jī)均有不同程度的腰背部疾病。普遍反映頭枕在駕車過(guò)程中無(wú)實(shí)際的作用，用戶因?yàn)轳{駛座椅設(shè)計(jì)不合理帶來(lái)的腰酸背疼的情況很嚴(yán)重。調(diào)查對(duì)象主要集中在購(gòu)買并使用微車一年以上的用戶、長(zhǎng)期進(jìn)行駕駛工作的司機(jī)、預(yù)購(gòu)車的消費(fèi)者和汽車座椅的設(shè)計(jì)生產(chǎn)者。因此，怎樣科學(xué)有效地去掌握信息、收集材料是設(shè)計(jì)者必須認(rèn)真對(duì)待的問(wèn)題。第 5 章 長(zhǎng)安 CM9 中排座椅的實(shí)際設(shè)計(jì) 汽車座椅用戶需求分析 任何一件現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都不是設(shè)計(jì)師憑空臆造出來(lái)的，因?yàn)槊恳患O(shè)計(jì)都會(huì)涉及到需求、經(jīng)濟(jì)、文化、技術(shù)、材料等一系列的問(wèn)題。它有利于縮短開發(fā)周期，提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求的反應(yīng)速度。 CATIA 不僅強(qiáng)大而且功能性強(qiáng)，能夠覆蓋全部產(chǎn)品開發(fā)流程。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(jī)械，以及電子工重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車中排座椅設(shè)計(jì)22業(yè)、船舶制造、廠房設(shè)計(jì)和消費(fèi)品。裝配件可以由多個(gè)主動(dòng)或被動(dòng)模型中的零件組成。自由外形設(shè)計(jì)：該模塊提供給設(shè)計(jì)師一系功能來(lái)實(shí)施產(chǎn)品外形定義及復(fù)雜的曲線和曲面定義。 CATIA 的內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、三維建模、分動(dòng)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(guò)程，其中還有大量的電纜和管道布線、各種模具設(shè)計(jì)與分析、人機(jī)交互等實(shí)用模塊。法國(guó)的幻影 2022 系列戰(zhàn)斗機(jī)就是使用 CATIA 設(shè)計(jì)的一個(gè)典范，而波音777 客機(jī)使用 CATIA 完成無(wú)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，更 CAD 領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)奇跡。CATIA 的外形設(shè)計(jì)和風(fēng)格設(shè)計(jì)為零件設(shè)計(jì)提供了集成工具，而且該軟件具有很強(qiáng)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(jìn)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(jìn)行四維空間的觀察，也就是說(shuō)該軟件能夠模擬觀察者的視野進(jìn)入到零件的內(nèi)部去觀察零件，并且它還能夠模擬真人進(jìn)行裝配，比如使用者只要輸入人的性別、身高等特征，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)虛擬裝配的工人。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(gè)獨(dú)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(jìn)行快速的概念設(shè)計(jì)。雖然失效的形式很多，但多數(shù)是疲勞失效。此外，在工程實(shí)踐中，人們也嘗試著通過(guò)疲勞試驗(yàn)的方法研究座墊材料的性能，骨架的疲勞強(qiáng)度問(wèn)題則涉及到可靠性設(shè)計(jì)、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(yàn)為主的方法進(jìn)行研究。對(duì)于軟墊的疲勞壽命問(wèn)題，一般采用大變形、非線性有限元方法進(jìn)行研究，PatrickGlance 于 1986 年提出了座椅軟墊的簡(jiǎn)化模型，把座墊分成許多個(gè)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。但是，這兩種強(qiáng)度設(shè)計(jì)概念是針對(duì)不同強(qiáng)度的碰撞條件形成的，如何做到各種在條件下保護(hù)作用都能夠重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車中排座椅設(shè)計(jì)21兼顧仍然是座椅強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的重要課題。在過(guò)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(hù)上，并逐漸形成了座椅設(shè)計(jì)中的柔性設(shè)計(jì)和剛性設(shè)計(jì)兩種概念。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(duì)齊，可以降低乘員受傷害的程度。 座椅的沖擊強(qiáng)度座椅的沖擊強(qiáng)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(guò)實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度特性，使其在碰撞事故中為乘員提供良好的保護(hù)作用。對(duì)頭枕靜強(qiáng)度，F(xiàn)MVS 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。對(duì)于座椅頭枕后移量，F(xiàn)MVSS202 中規(guī)定 :頭枕在承受相對(duì)于座椅參考點(diǎn) R 點(diǎn)，大小為 的力矩時(shí)，頭枕的最大后移量不應(yīng)超過(guò) 102mm。對(duì)于可調(diào)式座椅，調(diào)節(jié)裝置在試驗(yàn)中應(yīng)能保持原調(diào)節(jié)位置，在試驗(yàn)后允許失去調(diào)節(jié)能力。 試驗(yàn)后及試驗(yàn)中，座椅骨架、座椅固定點(diǎn)及位移系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)或鎖止系統(tǒng)不得失效。ECER17 中規(guī)定:對(duì)座椅靠背施加 530Nm 的載荷。對(duì)于可調(diào)式座椅，調(diào)節(jié)裝置在試驗(yàn)中能使座椅保持原調(diào)節(jié)位置，在試驗(yàn)后允許失去調(diào)節(jié)能力。對(duì)于座椅總成靜強(qiáng)度，F(xiàn)MVSS 207 中規(guī)定在座椅總成質(zhì)心處水平向前、向后對(duì)其施加 20 倍座椅總質(zhì)量的載荷時(shí)，座椅應(yīng)能承受以上載荷。 美國(guó)是最早研究汽車被動(dòng)安全性的國(guó)家。（1） 座椅總成靜強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)歐洲從 20 世紀(jì)、60 年代后期開始制定被動(dòng)安全性法規(guī)(ECE ) o ECE 法規(guī)是參照美國(guó)法規(guī)并根據(jù)歐洲人自身的特點(diǎn)加以修正，也是目前世界上比較完善的被動(dòng)安全法規(guī)體系。另一方面，汽車行駛中要經(jīng)歷起步、加速、制動(dòng)等復(fù)雜工況，汽車座椅因此承受著很大的沖擊載荷。作為聯(lián)系人與車的一個(gè)重要部件，座椅承受著復(fù)雜的載荷。例如用鎂合金作為座椅骨架的主要材料，在滿足強(qiáng)度要求的條件下，總重量可以降低 40%(約 )。根據(jù)座椅骨架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布情況，設(shè)計(jì)人員可以采用合理的截面形式，在保證強(qiáng)度的前提下降低座椅的重量。在傳統(tǒng)的整體式座椅結(jié)構(gòu)中，靠背骨架通過(guò)座墊骨架與滑道相連接，當(dāng)靠背承受載荷時(shí)，力的傳遞路徑過(guò)于復(fù)雜。各國(guó)的座椅強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定了座椅必須達(dá)到的靜強(qiáng)度要求來(lái)作為衡量承載能力的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。在靜態(tài)載荷作用下，座椅軟墊對(duì)強(qiáng)度特性的影響很小，因此座椅的靜強(qiáng)度特性主要是針對(duì)座椅骨架而言的。從座椅所受載荷的形式上分，汽車座椅的強(qiáng)度可分為座椅的靜強(qiáng)度，沖擊強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。座椅的壽命應(yīng)該足夠長(zhǎng)，不至于過(guò)早變形或損壞。汽車座椅強(qiáng)度直接關(guān)系到座椅的安全性，是座椅安全性設(shè)計(jì)的首要內(nèi)容。圖37 為座椅各部位的受力分布。 人體與座椅之間的壓力分布稱為坐姿的體壓分布，坐姿的體壓分布是影響乘坐舒適性的重要因素。只有不斷地活動(dòng)身體才能使身體的各個(gè)部分延遲疲勞的到來(lái)，對(duì)于腰肌也是這樣，盡管不同的坐姿對(duì)腰椎彎曲形狀的影響不同，有的小些有的大些，但是不論哪種姿勢(shì)，長(zhǎng)時(shí)間采取一種坐姿總會(huì)產(chǎn)生靜力疲勞。為了減少臀部下部的壓力，座面一般應(yīng)設(shè)計(jì)成軟墊，其柔軟程度以使坐骨出支承人體的 60%左右的重量為宜，采用軟性坐墊，增大臀部與座面的接觸面積，就改善了這種壓力集中的現(xiàn)象，使整個(gè)臀部均承擔(dān)體重的重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車中排座椅設(shè)計(jì)18壓力，減緩坐骨下支點(diǎn)處的疲勞，從而可以延長(zhǎng)就座時(shí)間。人體大約 75%的重量需由骨盆下兩塊面積為 25cm2左右的坐骨支點(diǎn) (薄肌肉層支承)承受。體壓分布的測(cè)量一般采用等高線的形式反映壓力分布狀況。重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車中排座椅設(shè)計(jì)17 圖 35 股骨正常位置 座椅的設(shè)計(jì)必須能讓人經(jīng)常地改變自己的姿勢(shì)和位置，以便減輕壓力和活動(dòng)伸展各部分肌肉。應(yīng)當(dāng)注意，斗形的座面不論從什么觀點(diǎn)看，都是不適用的，因?yàn)樗荒苓m應(yīng)人體大小的整個(gè)系列，它還把身體重量平均地分配在整個(gè)臀部，而不是讓較多的重量集中在坐骨下面。但是，如果座面是斗形的，則彎曲的座面會(huì)使股骨趨于向上轉(zhuǎn)動(dòng)(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。圖 35 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。同時(shí)，還要使座面離地板的高度足夠低，以便使腳能踩著地板，讓人的這個(gè)重要部位感覺(jué)不到有任何壓力?？紤]到人的身材高矮不同，腰部的位置差別較大，對(duì)某些重要的操作座椅，應(yīng)當(dāng)具有能調(diào)節(jié)腰靠位置的裝置，有條件的話，最好還要有能調(diào)節(jié)腰靠凸起形狀的裝置。而一般操作用座椅，由于操作的要求，身體需要略向前傾，肩胖骨部分幾乎接觸不到靠背，因此只有腰靠起支撐作用，一般無(wú)需設(shè)置肩靠。不同用途的座椅，兩點(diǎn)支承的作用是不一樣的?？勘车膬牲c(diǎn)支承中，上支承點(diǎn)為肩腳骨提供憑靠，稱為肩靠，其位置相當(dāng)于第 5~6 節(jié)胸椎之間的高度。座墊的柔軟程度要適當(dāng)，坐骨部分的座墊應(yīng)當(dāng)是支承性的，它要承受加在座位上的大約 60%的重量，而其余部分則應(yīng)當(dāng)比它更柔軟些，以便能夠把重量分布在更大約面積上。當(dāng)人坐著的時(shí)候，覆蓋著坐骨結(jié)節(jié)的皮膚能夠更好地經(jīng)受住持久的壓力。覆蓋在它們外面的皮膚能獲得豐富的動(dòng)脈血液供應(yīng)，就象腳底一樣。人體結(jié)構(gòu)在骨盆下面有兩塊圓骨，稱為坐骨結(jié)節(jié)，如圖 25 所示。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 135”的夾角，并且座椅的設(shè)計(jì)應(yīng)使坐者的腰部有適當(dāng)?shù)闹?，以便腰曲弧形自然重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 汽車中排座椅設(shè)計(jì)16彎曲，腰背肌肉處于放松狀態(tài)。曲線 C 是最接近人體脊柱自然彎曲狀態(tài)的坐姿。 圖 32 所示為人體在各種不同姿勢(shì)下的腰椎彎曲形狀。成年人脊柱的自然彎曲弧形應(yīng)如圖 34 所示，在此情況下，椎骨的支承表面相互位置正常，椎間盤沒(méi)有錯(cuò)位的趨勢(shì)。由于腰椎幾乎承受著人的上體的全部重量，并且要實(shí)現(xiàn)彎腰、側(cè)曲、扭轉(zhuǎn)等人體運(yùn)動(dòng)，所以最容易損傷或腰曲變形。腰椎部分承擔(dān)體重最大，所以腰椎也最粗大。頸椎支撐頭部，肋椎與肋骨構(gòu)成胸腔，腰椎、骸骨和椎間盤承擔(dān)人體坐姿的主要負(fù)荷。 舒適坐姿的生理特征坐姿狀態(tài)下，支撐身體的是脊柱、骨盆、腿和腳。我們的脊椎在坐姿情況下就像是一根杠桿，如果頭部向前傾，為了支撐前傾的頭部，骨頭的韌帶就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)拉力，當(dāng)力量超過(guò)韌帶所能負(fù)荷的范圍，這個(gè)力量就會(huì)轉(zhuǎn)移到背后的肌肉上，于是肌肉便持續(xù)暴露在張力之下。 當(dāng)我們坐在椅子上時(shí)，若坐姿不良，骨盆很容易下陷，仔細(xì)摸骨盆兩側(cè)