豪华轿车后排座椅设计(编辑修改稿)

豪华轿车后排座椅设计(编辑修改稿)内容摘要：

车非常重要 的组成部分，它影响着人们对轿车的第一感受。 一把座椅的质量品味很大一部分能体现出这辆车的品质。 轿车座椅在保证人员安全的前提下，还必须要保证调节的可靠性、方便性，以及乘坐的舒适性。 轿车座椅是伴随着轿车的发展而发展的。 从传统的手动调节座椅已逐步过渡到电动调节座椅。 现在汽车已不仅仅是代步工具，人们越来越享受驾驶所带来的乐趣，轿车座椅必须要跟得上时代的潮流。 轿车座椅现在已全面的向数字化设计、制造、生产方式转化。 这既节约了时间又节约了成本。 本课题 的主要内容是设计出一个安全、舒适、人性化的轿车后排座椅。 首先查找了相关资 料，包括人体工程学等。 再确定座椅调节的机构，并用三维软件将座椅机构的模型画出来，并进行仿真。 选取各个零件的材料，用有限元分析软件分析重要部件靠背。 然后用 CAD 绘制出装配图和部分零件图。 本课题的内容可以归纳为以下几个方面： ⑴ 查找与轿车座椅和人体尺寸相关的资料。 ⑵ 确定座椅的结构尺寸。 ⑶ 绘制座椅骨架的三维模型和仿真。 ⑷ 对靠背进行有限元受力分析。 ⑸ 绘制装配图和部分零件图的 CAD 图。 轿车座椅的作用 轿车座椅将人体与车体联系在一起，是轿车非常重要的组成部分。 轿车后排座椅的 一大作用是为乘员提供良好的支撑和合理的体压分布。 保证在轿车行驶过程中保证人体的平稳。 另一个作用是为乘员提供良好舒适的乘坐环境。 现在豪华轿车的各种人性化装置能最大限度的减小轿车在凹凸不平的路面行驶时 的震动等各种不西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页 舒适感。 让乘员能够享受在轿车中的生活。 第三个作用是保护乘员的安全。 在轿车收到冲击时 靠枕能很好的保护乘员的头部和颈部。 总之就是轿车座椅在保证乘员安全的前提下能够给乘员舒适的环境。 轿车座椅的设计要求 轿车座椅设计原则是 ： 座椅尺寸与就座者人体测量尺寸相适宜，并可以调节；座椅能使就座者有舒适的坐姿 ，座椅靠背和尺寸能给予就座者腰部充分的支撑，使脊柱接近于正常自然弯曲的状态；座椅能支持就座者的正确体味且能使就座者保持稳定；座椅能使就座者灵活平稳变换坐姿，进行体态自动调节。 具体设计时，需要考虑一下几点： 座椅结构形式应尽可能适应坐姿的各种活动要求，使就座者保持身体舒适稳定并且能进行准确的控制盒操作。 座椅可调节的部分的结构必须易于调节，保证在使用过程中已调节好的位置不会改变并不得松动。 座椅应有足够的强度和刚度，寿命长。 并能在发生事故时尽量减少乘员的受伤程度，即具有足够的座椅安全性。 制 造工艺简单，质量小，成本低。 外形及色彩美观大方，与车身内饰及整车外观协调。 座椅布置及性能应符合车辆用途及总体设计要求。 轿车座椅的组成 为了实现座椅位置的调节，普通电动座椅包括若干个双向电 机、传动装置和控制电路 3 个主要部分。 双向直流电 机产生动力，传动装置可以把动力传至座椅，通过控制开关实现座椅不同位置的调节。 （ l）电 机 电动座椅中使用的电 机一般为永磁式双向直流电动机。 它通过控制开关来改变流经电机内部的电流方向，从而实现转动方向的改变。 （ 2）传动装置 电动座椅的传动装置主要包括 变速器、螺杆传动、及齿轮传动机构等。 变速器的作用是降速增扭。 电动机轴分别与 变速箱 相连，动力经过变速西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页 器的降速增扭以后，从变速器的输出轴输出，变速器的输出轴与 螺杆 相连，最终 螺杆传动 带动座椅支架产生位移。 （ 3）控制电路 控制电路控制电动座椅包括滑动电机、垂直电动机、倾斜电动机，可以实现座椅的前后移动、高度调节、靠背倾斜程度调节、头枕高度调节。 轿车座椅分类 轿车座椅可分为手动调节式和电动调节式。 电动座椅按电机数量又可 大致 分为以下几种： （ 1）单电动机式 单电动机式只能对电动座椅的前后两个方向进行 调整。 （ 2）双电动机式 双电动机式可以对电动座椅的 4 个方向进行调整，前后两个方向的位置可以移动，其高低也可以进行 调整。 （ 3）三电动机式 三电动机式可以对电动座椅的 6 个方向进行调整，即不仅能向前后两个方向移动，还可分别对座椅的前部和后部的高低进行调整。 （ 4）四电动机式 四电动机式的调整功能除了具有以上三电动机式的调整功能以外，还可对靠背的倾斜度进行调整。 电动座椅装用的电动机最多可达 8 个，除了保证上述基本运动外，还可对头枕高度、座椅长度和扶手的位置进行调整。 轿车座椅的研究现状和发展趋势 自轿车诞生开始国外就着手研究轿车座椅了 ，经历了一百多年的历史，和座椅有关 的安全标准和法规已经非常健全。 早在 上 世纪 60 年代，国外很多 国家已开发国家或行业内保证性能的各种汽车座椅安全法规和标准，如美国联邦机动车辆实施安全法规（ FMVSS）和商业设备制造商协会（ BIFMA）的非强制性法规，并开发了多种特殊的测试设备。 我国 的座位安全法规和标准是参考国外的规则制定 的。 从国外汽车座椅调研情况看，由于中国轿车行业起步很 晚， 导致了 相对落后的座位设计研究。 落后的设计方法是阻碍我国座椅发展的重要因素。 我国的座椅安全性标准虽 然是参考国外座椅标准制定的，但内容相对简单，要求也偏低。 以座椅总成静强度为西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页 例，我国标准中要求座椅总成能承受 20 倍总成重力的载荷，而德国的企业标准中有的则要求其能够承受 24 倍甚至更高的总成重力的载荷。 针对承受冲击时的座椅安全性，国外已经开展了相关的研究，而我国的一些企业由于对座椅研发重视不够，尚未开展专门的研究，这不仅给座椅的安全带来隐患，而且制约了座椅的发展。 目前轿车 座椅在国际上 向 电动座椅 、 悬挂座椅 、 记忆座椅 、 轻量型座椅 、 安全座椅 、等方向发展。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页 第 2 章 轿车座椅理论 研究与设计基础 人机工程学在轿车座椅设计中的应用 舒适的坐姿使人体重量分布合理。 ，大腿近似成水平状态，两组自然着地，上臂不负身体重量，肌肉放松，操作时躯干稳定，变换坐姿轻松方便。 坐姿状态下，脊柱、骨盆、腿和脚 支撑着身体。 脊柱 由椎骨、 骸骨 、尾骨组成，是人体 的主要支柱 ，如图 21 所示，椎骨从上到下 分为颈椎 (共 7 节 )、胸椎 (共 12 节 )、腰椎 (共 5 节 )三部分， 软骨组织和韧带 联系 着 两节椎骨 ，这样人体可以 进行屈伸、侧屈 和扭转动作等 活动。 胸腔 由 肋椎与肋骨构成 ，头部由颈椎支撑 ， 人体 在 坐姿 状态 下 的主要负荷 由 椎间盘 ， 腰椎、骸骨和承担。 图 21 人的 脊椎构造 图 22 人在 不同状态下腰椎弯曲形状 图 22 为人体在各种不同姿势下的腰椎弯曲形状。 曲线 B 表示人体松弛侧卧时，脊柱呈自然弯曲状态。 曲线 C 是最接近人体脊柱自然弯曲状态的坐姿。 曲线万是当人体的躯干与大腿的夹角呈 90176。 时情形，此时脊柱严重变形，椎间盘上的压力不能正常分布。 因此，欲使坐姿能形成接近正常的脊柱自然弯曲形态，躯干与大腿之间必须有大约 135176。 的夹角，并且座椅的设计应使坐者的腰部有适当的支撑，以便腰曲弧形自然弯曲 ，腰背肌肉处于放松状态。 图 22 为 身体 在不同 姿势 下 腰椎弯曲的形状。 曲线 B 代表 侧卧时脊柱自然弯曲。 曲线 C 是最接近自然状态下脊椎弯曲的坐姿。 曲线 G 是当大腿 和人体的躯干 角度为90176。 时，严重的脊柱变形使椎间盘上的压力不 正常分布。 所以，当 躯干和大腿必须西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页 有一个角度约 135176。 时 ， 坐姿下人体脊柱能呈现很自然的状态。 人坐着时，座椅 支承 着大腿和上身的重量。 骨盆下的两块圆骨，称作 坐骨结节，如图 23 所示。 坐姿状态下 ， 坐骨 结节处承担着大部分臀部压力 ， 由内而外压力减小。 图 23 表示带有股骨的骨盆部位的前视图，股骨在股节中从连 接骨盆的球孔向外伸去。 用平的座位，股骨的这一部分在坐骨平面之上，因此不承受过分的压迫。 但是，如果座面是斗形的，则弯曲的座面会使股骨趋于向上转动 (箭头所示 )而受载，造成盟邦肌肉承受反常的压迫，从而引起不舒适感。 故需注意避免采用斗形座面。 当人长时间坐在一个位置不动而出现肌肉紧张时，稍稍转换身体位置可以促进生物电的活动。 图 23股骨正常位置 人体静态尺寸 人体静态尺寸，着眼于人体天然结构，比如身高、体重、腿臂长度等，是建立人体尺寸模型的基础。 国家标准 GB 1000088《中国成年人人体尺寸》按照人机工程学的要求提供了我国成年人人体尺寸的基础数据。 根据相关 统计数据， 列出了如下我国 人体基本尺寸男（ 1860岁）第 95 百分位以及女（ 1855岁）第 5百分位相关数值， 见表 26： 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页 表 26 我国人体基本尺寸 尺寸名称 尺寸数据（ mm） 男 女 坐高 958 809 坐姿劲椎点高 641 518 坐深 494 401 最大肩宽 469 363 坐姿臀宽 355 310 小腿加足高 448 342 人体 H 点位置的确定 人体躯干与大腿相连 的交接点，即胯点 ， 定义为 H点 （图 27）。 三维人体模型用于确定轿车车身中人体 H点的位置，这一办法已被许多国家的汽车设计机构采用。 而且已制定出国际标准 ISO 6549： 1999《道路车辆 H点和 R点（臀）测定的程序》。 我国也制定了相应的国家标准 GB/B 11559— 1989 《汽车室内尺寸测量用三维 H 带你装置》和 GB/B 11563— 1989《汽车 H点确定程序》。 大腿杆、座板、 背板、 和 头部空间探测杆 等组成模型，各个 构件的 质量、 尺寸以及 质心 的位置都是 以人体 的测量数据为根据。 座板是仿照人体大腿和臀部，背板仿照成 年男子的平均背部。 座板和背板的轮廓线是人体背部和臀部轮廓线 形状的统计 平均值 描述。 模型的 座板与背板 相当于 在人体胯关节处用 转动副相铰接。 转动副中心线的左右两侧对称地表有两个 H 点标记。 西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 8 页 图 27三维人体模型 轿车座椅尺寸 乘员座椅的尺寸设计由 三个方面 构成 ：椅面的高度，宽度和深度；靠背的高度，宽度和倾角。 椅面高度。 椅面高度应该保持乘员大腿几乎水平，小腿自然竖直，脚掌水平的放在地面上。 所以， 可取 360~480mm。 椅面宽度。 适当宽一些 方便就座者变换姿势。 一般可取 370~420mm。 椅面 深度。 坐深不宜过长，以让背部能靠在靠背上， 可取 550mm。 靠背高度和宽度。 后排座椅采用高靠背 ，高度可取 750mm，宽度可取 500mm。 靠背倾角。 从保持脊柱的正常自然形态 ， 可取 95176。 ~115176。 轿车座椅 R 点的确定 “ R”点 指制造厂规定的设计 H点， 为 “乘坐基准点” ， 该点 : 在 考虑了所有的座椅可能调节状态 ，确定了座椅的乘坐位置。 具有相对于所设计的车辆的结构建立的坐标。 模拟人体躯干和大腿铰接中心位置。