汽车座椅设计现状及发展方向[2].docx

汽车座椅设计现状及发展方向学院：工程技术学院 专业：车辆工程 姓名：王 强 学号：20040707104前言：现代汽车座椅与汽车安全性、舒适性紧密相关。设计具有先进水准的座椅是当今汽车发展中的一个重要课题。摘要：本文将对现代汽车座椅的设计方式，设计特点，以及未来的设计方向做简要的论述。主要从座椅材料，调整，设计等方面做基本的分析和说明。首先对当前汽车座椅的组成及功用等做简要分析说明：一、 座椅表面材料。主要指织物和真皮等多种材料。选择标准以舒适，手感，透气性为主。一般座椅的表面材料与整车的内饰相协调。二、 座椅调节形式。对于汽车座椅必须满足调整便利性和舒适性两大要求，也就是说驾驶员通过调节操纵，可以将座椅调整到最佳位置上以获得最好视野。易于操纵方向盘、踏板、变速杆等。 调节形式有手动和电动两种。手动调节方式需要成员通过手柄放松座椅的锁止机构，然后通过改变身体的座姿和位置来带动座椅移动。电动座椅调节机构由控制器，可逆性直流电动机和传动部件组成。直流电动机受控制器控制并分别驱动某个调整方向的传动部件（如蜗杆轴，蜗轮等）。蜗轮与齿条啮合，蜗轮轮转动将齿条移动使座椅前移或后移。电动调节的座椅在调节时，座椅是施力方，乘客只需要扳动控制键就可以了。电动座椅的使用，让驾驶员能轻松的找到最适合自己的驾驶姿势，提供良好的视野，提高了行车安全性，并能工巧匠效减轻驾驶疲劳。三、前后排座椅调节方向。座椅方向的调节是由座椅调角器、座椅导轨和座椅升降机构来完成的，在每种调节机构上，座椅都能完成两个或两个以上方向的调节。 座椅调角器用于连接汽车座椅椅座和椅背，对乘员提供安全保护和增强座椅舒适性。并在椅背内添加了机械装置用于减少追尾事故对颈椎造成的伤害。如下图所示：上图：放置在椅背与坐垫接缝处的能量吸收机构发挥功能座椅导轨连接汽车座椅与车身底板，起调节座椅前后位置以及保护乘员安全的作用。座椅升降机构用来调节汽车座椅高度和角度，能提高乘员舒适性并给驾驶者提供最佳视线，让不同身材的人都不得能清楚的看清前方路况。一般汽车座椅至少能进行前后、靠背调节四个方向的调整。四、 后座头枕。指座椅靠背上方，与座椅相连的，供驾驶员和成员缓解颈部疲劳使 用。五、 后排座放倒比例（%）。指后排座椅能放倒的幅度。很多可以100%放倒。常见的 放 倒比例有：1/3；2/3；50%；100%等。六、 前/后排座椅加热。一般选用在使用真皮材料的座椅上，用天冬季温度低时。提高驾驶者舒适感。七、 运动座椅。是专门针对高速行驶的车身与人体动态反映而设计。特别将椅背及椅垫这两个部分加以强化，使人体两侧的腰部/肩部以及背部能够有良好的侧向支撑性。使驾驶员能对车辆进行精确的操控。八、 座椅按摩/通风功能。在座椅内加入气动装置，气压由发动机气泵提供，座椅靠背内分别有四个或多个气压腔，实现对腰椎部的保护。其次简述汽车安全系统：一、 座椅安全带。汽车座椅安全带（以下简称安全带）是重要的乘员保护设施之一，在减轻碰撞事故中乘员伤害方面起着重要的作用。随着安全带使用率的大幅度提高，事故中乘员伤亡率也随之下降，有数据表明：佩带座椅安全带可以使碰撞事故中乘员伤亡率减少15%到30%。二、 安全气囊。安全气囊由冲击传感器、气体发生器、气袋和诊断系统等组成。安全气囊设计的基本思想是：在传感器感应到汽车发生碰撞后，气体发生器接收传感器传来的信号，通过爆发产生大量气体，迅速在乘员和汽车内构件之间打开一个充气垫袋，使乘员“扑”在气垫上，以缓冲并吸收碰撞能量，从而达到减轻乘员伤害程度的目的。 汽车安全带的发展方向：一、 卷收器。卷收器是用于收卷、储存部分或全部织带，并在增加某些机构后起到某些特定作用的装置。该装置使佩带者不必随时调节织带长度。卷收器按其作用可以分为：无锁式卷收器、自锁式卷收器和紧急锁止式卷收器（ABC），目前应用最为广泛的是紧急锁止式卷收器。紧急锁止式卷收器在汽车正常行驶时允许织带自由伸缩，但当汽车速度急剧变化时，其锁止机构锁止并保持安全带束紧力以约束乘员。这种卷收器中装有惯性敏感元件和棘轮棘爪机构或中心锁止机构。当汽车正常行驶时，卷收器借助卷簧的作用，既能使织带随使用者身体的移动而自由伸缩，又不会使织带松弛。但当紧急制动、碰撞或车辆行驶状态急剧变化时，卷收器内的敏感元件将驱动锁止机构锁住卷轴，使织带固定在某一个位置上，并承受使用者身体加给织带的载荷。二、 预紧器。安全带预紧器能够在低强度碰撞而安全气囊未打开的情况下，保护乘员的头部；同时由于它能很好地消除在碰撞开始时织带与乘员之间的松弛量，故能使乘员与车体之间的相对运动减小，从而对乘员的胸、腹部起到很好的保护作用。三、 限荷器。限荷器（<3/60 G .*4*,0/）可以改善安全带的能量吸收特性，对乘员施加比较均匀的约束力，从而降低使用安全带所造成的不适感。当然，这必然会增加碰撞事故中乘员向前的移动量，所以保证该装置有效性的前提是与安全气囊协同作用，确保乘员不会因过大的前移量而与汽车的内饰件发生硬接触。四、 带扣/锁舌。对带扣、锁舌的研究主要是使其在正常驾乘状态下将乘员可靠地固定在座椅的正确位置；而在事故发生时，可以尽快让乘员解脱安全带，逃离汽车。五、 安全带织带。除了要求足够的强度以外，织带还必须具有良好的耐温湿、耐磨、耐光性。此外，对织带的伸长率和能量吸收特性也有特定要求，这是为了保证在碰撞事故中安全带起作用约束人体向前移动时，既不会因织带过硬伤及被约束者身体，也不会因其弹性过大使乘员产生过量的移动而碰撞到车身内部件。织带在其染制过程中还需加入一定的阻燃剂，以满足织带阻燃的要求。六、 卷收器张力减小装置。卷收器的卷收力过大会影响乘员佩戴安全带时的舒适性，造成不舒服的压迫感。张力减小装置可以在不削减织带的回卷能力并保持安全带与乘员接触的前提下，尽量减小织带对乘员的压迫感。由于改善了安全带的佩戴舒适性，无疑会增加安全带的使用率。七、 高度调节器。高度调节器是一种用于调节安全带上固定点高度的调节装置，可以使安全带佩戴者获得较为舒服的肩带佩戴位置。通过调节高度不仅使安全带的约束性能得到优化，更可以改善安全带的佩戴舒适性，从而提高安全带的使用率。八、 自动紧急锁止装置。自动紧急锁止装置是基于以下考虑而引入的：儿童乘员通常须可靠而牢固地进行约束；而成年乘员却希望可以比较自由地移动，除非危险情况出现。自动紧急锁止装置在织带充分拉出的情况下，通过一定的机构将紧急锁止状态转换到自动锁止状态。这同样提高了乘员佩戴安全带的舒适性和方便性。人机工程学的应用：所谓人机工程学，亦即是应用人体测量学、人体力学、劳动生理学、劳动心理学等学科的研究方法，对人体结构特征和机能特征进行研究，提供人体各部分的尺寸、重量、体表面积、比重、重心以及人体各部分在活动时的相互关系和可及范围等人体结构特征参数；还提供人体各部分的出力范围、活动范围、动作速度、动作频率、重心变化以及动作时的习惯等人体机能特征参数，分析人的视觉、听觉、触觉以及肤觉等感觉器官的机能特性；分析人在各种劳动时的生理变化、能量消耗、疲劳机理以及人对各种劳动负荷的适应能力；探讨人在工作中影响心理状态的因素以及心理因素对工作效率的影响等。人机工程学的显著特点是，在认真研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上，不单纯着眼于个别要素的优良与否，而是将使用“物”的人和所设计的“物”以及人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究。在人机工程学中将这个系统称为“人机环境”系统。这个系统中，人、机、环境三个要素之间相互作用、相互依存的关系决定着系统总体的性能。本学科的人机系统设计理论，就是科学地利用三个要素间的有机联系来寻求系统的最佳参数。人机工程设计程序：  1)建立并运用资料库(这在前面已有论述)；  2)决定研究主题；  3)观察阶段：  *目标轮廓*访识/观察*使用模式/议题  4)发展阶段：  *关键议题*产品概念*测试与评估  在整个研究过程中，人机工程师和工业设计师都必须全程参与，但在各个阶段为主为辅的角色会有不同。例如：产品概念由工业设计师主导，测试则由人机工程师主导，每个步骤以剧本的形式来串连沟通。每件产品都有各自的在人机工程学上的特色，特别是消费性产品。以汽车内部设计来说，座椅及内装设计表达了人机工程的应用：座椅及内装设计，如一些大客车座椅，或者老板椅的靠背上部，都有一道鼓起来的凸包。对于大多数的中国人来说，这个凸包常常是顶在后脑勺，使得身体后靠在椅背时，不得不稍稍低头。从设计上来说，这道凸包本来是用来垫靠颈部凹处，使人的头颈更舒服的。问题的出现是由于这些座椅的设计和生产直接从国外引进，而生产者又没有重新考虑中西方人在身材方面的不同，尺寸上完全照搬。结果西方人垫颈的凸包就顶住了我们的后脑勺。儿童座椅： 从制造技术上讲，目前国内已有一些厂家具备了儿童安全座椅的生产能力，但在技术和研发试验等方面却基本还要依赖国外厂家支持，且其中大部分产品用于外销（这也是国内市场对于儿童安全座椅需求较小决定的）。另一方面，现在在国内已经有部分厂家开始意识到了儿童安全座椅当中所蕴藏的巨大市场潜力，正在进行这方面的开发，但由于国内缺乏相应的法规以及试验等方面的技术支持，使得这方面的发展受到了一定的制约。国外很多国家都有法律明确规定：儿童乘车时，必须使用儿童乘客约束系统，否则将受到罚款处罚。强制要求使用儿童汽车安全椅国家和地区主要有英国、美国、法国、德国、日本、新加坡、中国台湾、意大利、荷兰、澳大利亚、南非、瑞典等。国家强制日期适用对象澳大利亚 1976年未满8岁，且体重小于18kg的儿童 美国 1983年各州不统一。如加利福利亚州：不到4岁且体重小于18kg的儿童日本 2000年6岁以下儿童法国 1991年9以下儿童制表：太平洋汽车网浅析Unigraphics在汽车座椅设计中的应用一、概述Unigraphics软件是Unigraphics Solutions公司（简称UGS）的CAD产品，其在航空航天、汽车、通用机械、电子、工业设备、医疗器械、家电以及其他高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化的市场上得到了广泛的应用。文章以Unigraphics作为平台，以汽车座椅的某一部件为例，对其性能进行计算模拟分析，发现潜在的问题，在设计阶段进行改进，以确保成品的完善。（一）模型模型为一较复杂汽车座椅结构，基本部件有靠背、坐垫及支架等。文章分析座椅中的联接板。每辆份座椅共有左右对称共四个联接板。联接板的作用是将座椅坐垫骨架固定在支架上，尽管结构简单，但它的性能直接关系到座椅的稳定性，甚至汽车的安全性，因此是较重要的功能件。（二）材料骨架及其他金属件材料为Q253，靠背及坐垫中间垫有泡沫，外层为皮革。对联接板进行有限元的分析，其它部分的材料属性不予考虑。联接板的材料属性如下：密度：7.85×103kg/m3            泊松比：0.3杨氏模量： 2.06×105MPa       屈曲强度： 235.0MPa （三）环境设置环境温度为，模拟座椅在恶劣路面上行驶时的受力，综合考虑汽车急开、急停、高速转弯、剧烈颠簸以及撞车等情况。（四）预分析对联接板结构尺寸分析，可知当上部变形超过1.776mm时，坐垫骨架将与支架脱离，致使座椅失去平衡。因此，这次模拟分析所得数据最重要的将是上部的变形量，其结果与1.776mm比较，就知道联接板的设计是否合理。二、有限元分析运行Unigraphics NX3.0版本，使用机构P.E.解算器，赋予材料特性，设置约束和载荷，使用“3D四面体网格”划分网格，最后进行解算，得到位移云图。如下： 三、改进对联接板结构稍做改进，以期在同样的环境中，联接板的变形不会使坐垫骨架脱离支架。改进后的结构如图改进后，在同样的环境设置中对联接板进行有限元分析。在机构上施加与改进前相同的力和约束，运行后得到如图由图看出，最大变形位移为1.445mm，小于临界值1.776mm，联接板虽有变形，但不至于使坐垫骨架脱离支架，座椅不会失稳，因此结构比较安全。四、结论Unigraphics强大的模拟和分析能力，是设计师的有力工具，它能提高产品的质量，缩短产品生产周期，节约成本。参考文献：汽车座椅基本参数引自 汽车座椅分析软件部分引自 儿童座椅部分引自：太平洋汽车网