汽车座椅设计.doc
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1、目录1前言42.研究的意义 43.坐姿矫形学生理 44.人座椅系统安全性设计中人的因素分析 5(1).坐姿时脊柱形态 5(2).坐姿体压分布 6 座垫上的体压分布6 靠背上的体压分布65.汽车座椅的作用 66.座椅设计的基本原则 7(1).安全7(2).操纵方便 7(3).乘坐舒适77.汽车座椅的安全性 7(1).汽车座椅的主动安全性7(2).汽车座椅的被动安全性108.汽车座椅的舒适性 11(1).汽车座椅的静态舒适性 12(2).汽车座椅的动态舒适性12(3).汽车座椅的操作舒适性129.汽车座椅其他主要部件 12(1).汽车座椅头枕13(2).靠背14(3).调节机构1510.设计总结1
2、7参考文献17 摘要汽车座椅设计是一项复杂的系统工程,它涉及机械、化工、防止、喷涂、热处理、美学、力学、人体工程学等多门学科,设计时应根据人机工程学原理综合考虑座椅的舒适性、减振性、安全性以及座椅的合理布置,此外,还要考虑人体生理特征及尺寸,进行量身定做,以提高座椅的乘坐舒适性。关键词人机工程学;乘坐舒适性;汽车座椅abstract Aar seat design is a complicated system engineering, it involves the mechanical, chemical, prevent, spraying, heat treatment, differ
3、ent subjects, Such as human body engineering, aesthetic, mechanics, design according to the principle of ergonomics consider seating comfort, vibration reduction, safety, and seats of reasonable arrangement, in addition, also consider the human body, physiological characteristics and size tailored,
4、in order to improve the comfort of the seat.key words the man-machine engineering. Ride comfort; Car seat1前言安全是人类最重要和最基本的需求,是人类生命与健康的基本保证。随着安全生产观念的逐步增强,安全也由原来的生产安全扩张到人们的的生活和生存领域。安全人机工程学随着安全科学的发展其研究领域也不断再扩大,已不仅仅局限于人机结合面的匹配问题,而是要求更深入更广泛的应用研究领域。安全人机工程学是从安全的角度,运用人机工程学的原理和方法去解决人机结合面的安全问题的一门新兴学科。它作为人机工程学的
5、一个应用学科的分支,立足于安全之上,着眼于功效,对活动中的人实现保护胃目标,研究人-机-环境三者之间的相互关系,探讨如何使机械、环境符合人的形态学、生理学、心理学方面的特性,使人-机械-环境相经协调,以求达到人的能力与作业活动要求相适应,创造舒适、高效、安全的劳动条件的学科。随着社会不断进步,物质文化的提高,要想创立一个符合人机学参数、人心理因素、生理因素的环境,就得不断推动安全人机工程学向前发展,实现保证一定的生产力的同时,设法最大限度保障人的安全健康与舒适愉快。2.研究的意义汽车座椅是汽车重要安全部件之一,也是驾驶员驾驶车辆比较重要的设备。在驾驶车辆中,他不仅与驾驶员的舒适程度、健康、和疲
6、劳程度息息相关,而且在很大程度上决定行车安全。,它是将人和车辆紧密结合的重要部件,也是传递人和车辆之间的信息的重要介质,并决定了驾驶人员的平稳姿态,从而又体现在对车辆控件的合理性方面。结合人机工程学的原理,驾驶座椅应该综合运用人体测量学、人体力学、生理学、心理学、系统科学、数学和工程技术等学科的基本理论和知识研究人、车(座椅)及外界环境之间的相互作用。做到人、车与外界环境相匹配,在条件许可下尽量提高座椅驾车舒适度和因座椅影响的安全性。3.坐姿矫形学生理正常的姿势下,脊柱的腰椎部分前凸,而至骶骨时则后凹。在良好的坐姿状态下,压力适当地分布于各椎间盘上,肌肉组织上承受均匀的静负荷。当处于非自然姿时
7、,椎间盘内压力分布不正常,形成的压力梯度,严重的会将椎间盘从腰椎之间挤出来,压迫中枢神,产生腰部酸痛、疲劳等不适感。躯干完全挺直的坐姿使脊椎严重弯曲,因椎间盘上压力不能正常分布,身体上部的负荷加在腰椎部,引起不适,因此90度角的靠背椅是不良的设计躯干前倾的姿势会使本来前凸的腰椎拉直甚至反向后凹,这种姿势因而也极不舒服,影响了胸椎和颈椎的正常弯曲,使颈、背部疲劳良好的坐姿是腰与大腿成135度,腰椎部有支撑,拥有良好的坐姿能减缓疲劳的程度甚至能消除短时间驾车产生的疲劳感,给安全驾驶提供了保障,疲劳后继续驾驶车辆,会感到困倦瞌睡,四肢无力,注意力不集中,判断能力下降,甚至出现精神恍惚或瞬间记忆消失,
8、出现动作迟误或过早,操作停顿或修正时间不当等不安全因素,极易发生道路交通事故。4.人座椅系统安全性设计中人的因素分析任何系统实际上都是人机系统,人机系统包括人、机、环境三个方面。显然驾驶员-座椅也属于人机系统研究的范畴。人机系统的安全模式多以人的行为为主体,即以人为本。对人机系统的研究始于第二次世界大战。在设计和使用高度复杂的军事装备中,人们逐步认识到必须把人和机器作为一个整体,在系统设计中必须考虑人的因素。人(驾驶员)坐姿生理特性分析如下:(1)坐姿时脊柱形态人坐着时,身体主要由脊柱、骨盆、腿和脚支承。脊柱位于人体的背部中央,是构成人体的中轴。人处于不同的坐姿时,脊柱形态不同,只有座椅的结构
9、和尺寸设计使驾驶员的脊柱形态接近于正常自然状态,才会减少腰椎的负荷以及腰背部肌肉的负荷,防止驾驶疲劳发生。(2)坐姿体压分布当座椅上的人处于坐姿状态时,人的身体重量作用于座垫和靠背上的压力分布称作坐姿的体压分布。可见,坐姿体压分布包括座垫上的体压分布和靠背上的体压分布两部分。 座垫上的体压分布根据人体组织的解剖学特性可知,坐骨结节处是人体最能耐受压力的部位,适合于承重,而大腿下靠近表面处因有下肢主动脉分布,故不宜承受重压。据此座垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来分布,即在坐骨处压力最大,向四周逐渐减少,自大腿部位时压力降至最低值,这是座垫设计的压力分布不均匀原则。图1为坐姿时座垫
10、上的体压分布4。 靠背上的体压分布靠背上的体压分布也以不均匀分布,压力相对集中在肩胛骨和腰椎两个部位。从这两个部位向外,压力应逐步降低。5.汽车座椅的作用汽车座椅的类型:根据结构、用途及驾乘人员的不同,汽车座椅分为固定座椅和旋转座椅、可调节座椅和不可调节座椅、可翻转座椅和不可翻转座椅、带减振的悬架座椅和不带减振的汽车座椅以及专用汽车座椅等。其中,悬架座椅又可分机械悬架座椅和空气悬架座椅,可调节座犄又分为机械调节座椅、气动调节座椅和电动调节座椅等。在现代汽车中,座椅的主要作用是:(1)为人体提供良好的支撑。座椅通过对人体提供合理的体压分布,可以有效的保证人体在车辆行驶过程中的平衡与平稳。(2)驾
11、驶员的定位系统。通过座椅对驾驶员的定位,可以使驾驶员获得良好的视野,并实现驾驶员对汽车操纵系统的控制。(3)为乘员提供舒适的驾乘环境。座椅中各种人性化的附属设备以及豪华配置,能为乘员提供优越的驾乘环境。(4)在汽车受到撞击时最大限度的保护乘员的安全。合理的配置头枕和靠背的软垫,防止驾驶员或乘员的颈部以及头部在汽车发生碰撞时受到意外伤害。简而言之,汽车座椅的功能为:在规定的条件下,能够为驾驶员和乘员提供舒适的位置并保证乘员的安全。6.座椅设计的基本原则汽车座椅设计是一项复杂的系统工程,它涉及机械、化工、防止、喷涂、热处理、美学、力学、人体工程学等多门学科,设计时应根据人机工程学原理综合考虑座椅的
12、舒适性、减振性、安全性以及座椅的合理布置,此外,还要考虑人体生理特征及尺寸,进行量身定做,以提高座椅的乘坐舒适性。(1).安全;设计时首先要绝对保证驾乘者的安全,这就要求座椅要有足够的强度,在发生碰撞时,座椅不会或可以减轻对乘坐者造成伤害,并能起到一定的保护作用。(2)操纵方便;设计的座椅还需要操纵方便,调整手柄和按钮的布置必须在驾乘者伸手可及的位置,并符合常人的习惯且操纵力量适中。(3)乘坐舒适;设计的座椅必须能使乘客保持良好的坐姿,使其脊柱自然弯曲,保证合理的体压分布冰使其肌肉松弛,上体通向大腿的血管不受压迫,血液循环正常;冰具有腰椎依托感、腰背部贴和感和侧向稳定感。能有效隔离或衰减路面不
13、平产生的振动,满足大多数驾乘者坐姿舒适性的要求。7.汽车座椅的安全性汽车座椅的安全性是指座椅能有效的防止事故的发生,并在事故发生时有效的减轻驾驶员及乘员所受伤害的能力。根据座椅在碰撞事故发生时和发生后对减轻乘员伤害程度的不同作用,可以将座椅的安全性分为主动安全性和被动安全性两个方面。(1)、汽车座椅的主动安全性座椅的主动安全性是指座椅能够有效地防止事故发生的能力。座椅系统的设计与驾驶员视野、驾驶员定位以及其它汽车控制系统功能的更好发挥息息相关,这些系统之间配合的好坏也不同程度的影响座椅的主动安全性。另外,应当指出的是,座椅的舒适性与主动安全性有关,舒适的座椅可以为驾驶员提供一个良好的工作环境,
14、使其心情愉快、精力集中,从而有效地防止交通事故的发生,提高汽车的主动安全性。主动安全性是指汽车驾驶座椅防止事故的能力。汽车驾驶座椅的主动安全性设计主要从减轻驾驶员的疲劳入手进行分析设计,以满足主动安全性要求。如前论述,主动安全性主要考虑合理的座椅尺寸设计、座垫上合理的体压分布、靠背上合理的体压分布等为驾驶员提供一个舒适的作业环境,减轻驾驶员的疲劳,从而保证驾驶座椅主动安全性的设计要求。座椅尺寸设计驾驶座椅尺寸结构设计的研究把注意力集中在人体生理结构特点对驾驶舒适程度的影响上,寻求最佳的座椅结构型式、尺寸、轮廓形状及材料选择。座椅尺寸设计主要参数包括:椅面高度、宽度、深度、椅面倾角;靠背的高度、
15、宽度和倾角。座椅尺寸设计涉及主要参数如图2中所示。椅面高度A:椅面高度定义为椅面前缘至驾驶员踵点的垂直距离。在设计时主要考虑到两点:椅面过高会使大腿肌肉受压,椅面过低就会增加背部肌肉负荷。驾驶座椅的椅面高度应低些。椅面宽度B:在空间允许的条件下,以宽为好。但对于汽车驾驶座椅来讲,驾驶员坐姿单一,不涉及变换姿势,通常设计应以满足最宽人体需要为准。椅面深度C:指椅面前缘至靠背前面水平距离。其尺寸应满足:腰部得到靠背的支承;椅面前缘与小腿之间留有适当距离,以保证大腿肌肉不受挤压,腿弯部分不受阻碍。靠背高度D及宽度:靠背的高度和宽度与坐姿肩高和肩宽有关,对于汽车驾驶座椅靠背的高度应采取高靠背,最好加靠
16、枕。靠背倾角:靠背倾角是指靠背与椅面水平方向的夹角。椅面倾角:指椅面与水平之间的夹角。主要考虑到为了防止人体臀部向前滑动而是椅面前缘向后倾。此角不易过大,否则会增加大腿下平面与座垫前缘的压力,从而减少双脚着地的负荷,阻碍血液循环,引起身心疲劳。通过以上座椅尺寸参数的确定,以保证驾驶员人体脊柱曲线更接近于正常生理脊柱曲线。 正确的坐势座椅结构设计为了保证座垫上合理的体压分布,座垫应坚实平坦。太软的椅子容易令使用者曲起身子,全身肌肉和骨骼受力不均,从而导致腰酸背痛的现象的产生。研究表明4:过于松软的椅面,使臀部与大腿的肌肉受压面积增大,不仅增加了躯干的不稳定性,而且不易改变坐姿,容易差生疲劳。依据
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