基于安全人機(jī)工程學(xué)的汽車座椅系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

1、名目 HYPERLINK l _TOC_250019 緒論1 HYPERLINK l _TOC_250018 第一章座椅系統(tǒng)的安全性功能分析1 HYPERLINK l _TOC_250017 第二章座椅設(shè)計(jì)與駕駛疲勞的關(guān)系分析2 HYPERLINK l _TOC_250016 2。1 人體坐姿生理特性分析2 HYPERLINK l _TOC_250015 2。2 人體坐姿的壓力分布3 HYPERLINK l _TOC_250014 2。3 人體對(duì)車內(nèi)振動(dòng)的反應(yīng)3 HYPERLINK l _TOC_250013 2。4 人體對(duì)微天氣的反應(yīng)4 HYPERLINK l _TOC_250012 第三章

2、座椅的安全性設(shè)計(jì)4 HYPERLINK l _TOC_250011 3。1 靠背設(shè)計(jì)對(duì)安全性的影響4 HYPERLINK l _TOC_250010 3.1。1 靠背形狀4 HYPERLINK l _TOC_250009 3.1。2 靠背傾角4 HYPERLINK l _TOC_250008 。3 靠背高度5 HYPERLINK l _TOC_250007 安全性對(duì)座墊的要求5 HYPERLINK l _TOC_250006 3。2.1 座墊高度5 HYPERLINK l _TOC_250005 3。2.2 座墊寬度5 HYPERLINK l _TOC_250004 3.2。1 座墊深度53.

3、2.2 座墊傾角6 HYPERLINK l _TOC_250003 3。3 頭枕的安全性設(shè)計(jì)6 HYPERLINK l _TOC_250002 3。4 座椅總成強(qiáng)度設(shè)計(jì)6 HYPERLINK l _TOC_250001 第四章結(jié)論7 HYPERLINK l _TOC_250000 參考文獻(xiàn)7 PAGE PAGE 8緒論部其他部件也起著主導(dǎo)作用.汽車座椅作為汽車部件之一不僅為乘員提供了舒適而且還在汽車受到意外碰撞過(guò)程中提供了安全保障.現(xiàn)代汽車座椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由頭枕、靠1體，減緩路面不平傳給人體的沖擊并減 弱由此而引起的振動(dòng)。給駕乘提供舒適、安全的乘坐條件和便于駕駛操作的良好的工作條件 .體，減

4、緩路面不平傳給人體的沖擊并減 弱由此而引起的振動(dòng)。給駕乘提供舒適、安全的乘坐條件和便于駕駛操作的良好的工作條件 .從人的方面入的姿勢(shì)主要有坐、躺、站三個(gè)動(dòng)作.無(wú)論是居家、工作、交通還是休閑，坐著的時(shí)間占其中的相當(dāng)大的比率。在當(dāng)今社會(huì)中,汽車在人的生活中有著相當(dāng)大的作用，工作、休些由于乘坐和駕駛的引發(fā)的健康問(wèn)題也相繼出現(xiàn)。究其原因，汽車座椅難逃干系。寸；有的是將國(guó)外引進(jìn)的汽車座椅的尺寸照搬進(jìn)行“仿制設(shè)計(jì)。而實(shí)際中對(duì)于座椅設(shè)依據(jù)對(duì)用戶的分析得出設(shè)計(jì)目標(biāo)并進(jìn)行實(shí)際的設(shè)計(jì)工作.汽車座椅作為安全部件是在被動(dòng)保護(hù)中起決定性作用的組成部件.首先,在事故中它要保證乘員處在自身的生存空間之內(nèi)，并防止其他車載體進(jìn)

5、入到這個(gè)空間.其次，要使除了防止事故發(fā)生的功能，座椅還應(yīng)具有在乘員與其發(fā)生碰撞時(shí)(在事故中乘員與車內(nèi)之碰撞的能量。座椅安全功能失效時(shí)可引起以下幾種形式的乘員損害：a。在正面碰撞中,座椅與車身連接強(qiáng)度不夠,座椅脫離車體，使乘員逸出其生存空椅的乘坐外廓設(shè)計(jì)不當(dāng),在前方碰撞時(shí)會(huì)使乘員沿座椅下滑，使腰部安全帶移到浮肋以，這是極為不利的約束姿態(tài)。b。在后部碰撞中，假如頭枕設(shè)計(jì)過(guò)低或與靠背的相對(duì)位置設(shè)置不當(dāng)會(huì)引起胸部與頭部的加速度差,作用在頸部上的這個(gè)差值超過(guò)一定程度后會(huì)對(duì)乘員造成致命損害。前排座椅靠背的強(qiáng)度不足,會(huì)在其本身質(zhì)量及乘員質(zhì)量的慣性力作用下向后發(fā)生較大的彈性變形以至塑性變形，失去對(duì)乘員的支撐作

6、用，使前排乘員射向后排座椅或后窗,并傷及后排乘員.汽車座椅的安全性設(shè)計(jì)目標(biāo)就是避開(kāi)上述諸種不利情況的發(fā)生.響駕駛與乘坐舒適程度的重要設(shè)施，對(duì)于減少駕駛員疲勞程度,降低事故發(fā)生率有重要1.人機(jī)工程學(xué)是一門綜合性較強(qiáng)的新興交叉學(xué)科，它是從人的生理和心理特點(diǎn)動(dòng)身，研究人、機(jī)、環(huán)境相互適性，而且影響整車內(nèi)外造型和尺寸參數(shù)，進(jìn)而影響整車性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。2。1 人體坐姿生理特性分析生。在坐姿狀態(tài)下，支持人體的主要結(jié)構(gòu)是脊柱、骨盆、腿和腳等。最舒適的坐姿是臀部稍離靠背向前移，使上體略向上后傾斜,保持上體與大腿間角在90115，同時(shí)，小腿向前伸, 大腿與小腿、小腿與腳掌之間也應(yīng)達(dá)到一定角度,如圖2所示,否則

7、會(huì)造成腰部酸痛、疲勞等不舒適的感覺(jué)。此時(shí)，腰椎、骶骨和椎間盤及軟組織承受坐姿時(shí)上身大部分負(fù)荷,還要實(shí)現(xiàn)彎腰扭轉(zhuǎn)等動(dòng)作( 圖3)，對(duì)設(shè)計(jì)而言，這兩部分最重要.圖2 舒適的坐姿關(guān)節(jié)角度圖3 脊柱的形狀及組成2。2 人體坐姿的壓力分布人體的質(zhì)量在靠背和坐墊上的壓力分布叫坐姿的體壓分布。依據(jù)人機(jī)工程學(xué)的研力合理地分布到坐墊和靠背上；壓力分布應(yīng)從小到大平滑地過(guò)渡，避開(kāi)突然變化 .圖4力并非均布，由前面分析可知,舒適的坐姿是肩部和臀部同時(shí)支撐身體質(zhì)量，因而應(yīng)依據(jù)布應(yīng)使坐骨部分承受的壓力最高，由坐骨周圍擴(kuò)展到臀部外圍，壓力逐漸降低,直到與坐墊前緣接觸的大腿下平面趨于最低值.靠背上的體壓分布則應(yīng)以肩胛骨和腰椎

8、骨兩個(gè)部位的壓力最高。這就是靠背設(shè)計(jì)中所強(qiáng)調(diào)的“兩點(diǎn)支撐。4 座椅各部位的受力圖2。3 人體對(duì)車內(nèi)振動(dòng)的反應(yīng)有關(guān)研究表明，人體最敏感的頻率范圍為縱向振動(dòng)48Hz,橫向振動(dòng)12Hz。當(dāng)外界振動(dòng)接近器官的共振頻率時(shí)，即產(chǎn)生共振,振幅迅速增大，此時(shí)引起器官的生理反應(yīng)一般來(lái)說(shuō)，坐姿工作時(shí)，由于人腿的減振作用大大降低，抗振性要比站姿工作時(shí)差,特病。振動(dòng)對(duì)駕駛員操縱的影響主要表現(xiàn)為視覺(jué)作業(yè)效率的下降和操縱動(dòng)作正確性變差.當(dāng)振動(dòng)頻率低于2Hz時(shí)，由于眼肌的調(diào)節(jié)補(bǔ)償作用，使視網(wǎng)膜上的映像相對(duì)穩(wěn)定，因此對(duì)視覺(jué)的干擾作用不大,但當(dāng)振動(dòng)頻率大于4Hz動(dòng)頻率為1030Hz時(shí)，對(duì)視覺(jué)的干擾最大，振動(dòng)頻率為50Hz、加速

9、度為2m/s2時(shí)，視覺(jué)50。振動(dòng)對(duì)操縱動(dòng)作正確性的影響，主要是由于振動(dòng)降低了手（或腳）的穩(wěn)定繁傳進(jìn)大腦皮質(zhì)，引起大腦皮質(zhì)細(xì)胞興奮。當(dāng)達(dá)到一定限度時(shí),皮質(zhì)細(xì)胞的工作強(qiáng)度將減弱，人就會(huì)感到疲乏，工作效率明顯下降.2。4 人體對(duì)微天氣的反應(yīng)人置身于高濕度、高溫度的條件下，往往會(huì)感到渾身不適、四肢乏力，工作不能持久研究表明，駕駛員在駕駛狀態(tài)下的舒適溫度為1823，舒適濕度為40%60，代謝量為1。02.0met。座椅對(duì)人體熱環(huán)境的主要影響因素有:座椅表面的溫度和濕度。的形成.座墊、頭枕、座椅總成強(qiáng)度等設(shè)計(jì)參數(shù)?？勘吃O(shè)計(jì)對(duì)安全性的影響靠背形狀據(jù)國(guó)外有關(guān)文獻(xiàn)介紹,在中低等速尾部撞車時(shí),不管靠背為何傾角,即

10、使乘員沒(méi)有佩的提高和安全性要求的嚴(yán)格,桶式座椅將廣泛地用于汽車座椅設(shè)計(jì)中?？勘硟A角汽車在發(fā)生嚴(yán)峻的尾部撞車時(shí),會(huì)發(fā)生乘員沿座椅靠背向上竄動(dòng)的現(xiàn)象 ,這種現(xiàn)象驗(yàn)表明佩帶安全帶后，可有效地抑止這種現(xiàn)象.從安全性考慮希望靠背的初始傾角取小95105,100115。3 靠背高度靠背高度是指座墊上平面（空載時(shí)）至靠背上端平行于靠背平面的尺寸,相關(guān)人體尺寸是座墊上平面至肩高尺寸（女子 5 百分位為 518mm,男子 50 百分位為 598mm，男子95641mm)?？勘掣叨冗^(guò)低，乘員得不到可靠的肩靠，靠背高度過(guò)高，影響駕620mm,對(duì)于有頭枕的座椅，780mm，680830mm.國(guó)外有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,尾部

11、撞車事故占全部汽車事故的 121,而人員傷亡則占頭枕比可分離式頭枕作用更佳。安全性對(duì)座墊的要求。1 座墊高度肌肉受壓，又保證不因椅面過(guò)低而增加背部肌肉負(fù)荷.3.2.2 座墊寬度伸展以尋取支承,這樣會(huì)引起肩部疲勞。另外座寬受車寬的限制。3.2.1 座墊深度座墊深度設(shè)計(jì)的原則是在充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理的支承.人體在坐姿狀態(tài)下的支撐機(jī)構(gòu)為：脊柱、骨盆、腿和腳，椎骨下為骨盆,骨盆由骶尾段與髖骨構(gòu)成,髖骨下部為坐骨.假如安全帶約束骨盆,則約束力通過(guò)骨盆傳至坐骨，這樣，骨盆因此,從安全性方面考慮，為適于大多數(shù)人的需要，座墊深度應(yīng)按臀部至大腿表面全長(zhǎng)3/4430mm，對(duì)于座墊深度470mm，3

12、80mm。3。2.2 座墊傾角可以較好地保護(hù)乘員.而發(fā)生后部撞車時(shí)，情況則相反，此時(shí)腰帶有下滑的趨勢(shì)。為遏制這種趨勢(shì),駕駛員座椅座墊傾角向上,撞車時(shí),慣性力使大腿繞 H 點(diǎn)向上轉(zhuǎn)動(dòng),這種運(yùn)動(dòng)阻止了腰帶的下滑,這樣，安全帶就可以更好地約束人體。所以,從安全性考慮,希望座墊傾角做大些，車速越高其駕駛員座椅座墊傾角也就越大。但座墊傾角過(guò)大,則操縱48為宜。頭枕的安全性設(shè)計(jì)頭枕在汽車尾部撞車時(shí)，能限制人的頭部向后運(yùn)動(dòng),避開(kāi)脊髓受損導(dǎo)致截癱。當(dāng)發(fā)為使頭枕很好地保護(hù)頭部，頭枕應(yīng)當(dāng)有一定彈性,能很好地汲取能量,具備緩沖功能,減50可以調(diào)節(jié),以便使人的頭部與頭枕充分接觸。3。4 座椅總成強(qiáng)度設(shè)計(jì)在凹凸不平的路

13、面上，產(chǎn)生車體的隨機(jī)振動(dòng)，對(duì)汽車座椅產(chǎn)生隨機(jī)動(dòng)載荷,它是汽車座速、制動(dòng)、減速、撞車等,在這些情況下,汽車座椅承受著很大的沖擊載荷,尤其是撞車時(shí),作用于座椅上的沖擊力將非常大，很可能造成骨架斷裂，嚴(yán)峻變形或使調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)失靈。因此，汽車座椅必須有足夠的強(qiáng)度,以確保:座椅上的人所受的損害最??；座椅的壽命應(yīng)足夠長(zhǎng)，不致過(guò)早變形或損壞；受沖擊載荷作用時(shí)，座椅不應(yīng)發(fā)生斷裂、嚴(yán)峻變形等損壞現(xiàn)象.所以，設(shè)計(jì)座椅時(shí)必須對(duì)汽車座椅固定強(qiáng)度、安全帶固定點(diǎn)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算,必須對(duì)滿足強(qiáng)度要求.汽車座椅設(shè)計(jì)的首要任務(wù)是滿足安全性的要求，其次才是滿足高舒適性、低成本、質(zhì)量小及美觀等要求。人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用于汽車座椅設(shè)計(jì)，能使座椅符合人體需求,從而保證乘坐和駕駛的舒適性和行車安全性 .能提高人車接口的設(shè)計(jì)水平.隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)最佳水平。由于本人自身水平的限制,文章中還存在著不盡人意的地方，在以后的工作和學(xué)習(xí)條件下身體安全.以上是作者對(duì)自己研究成果的概括.作者針對(duì)自己的研究結(jié)果對(duì)將來(lái)