A级纯电动轿车座椅设计说明书

HUNANUNIVERSITY毕业设计(论文)设计论文题目：A级纯电动轿车座椅设计学生姓名：学生学号：专业班级：学院名称：指导老师：学院院长：2011年 5月23日湖南大学毕业设计(论文)第PAGEIV页A级纯电动轿车座椅设计摘要纯电动轿车是未来轿车的发展趋势。座椅是汽车车身的重要组成部件，其结构设计对汽车驾乘人员的舒适感和安全感都有着直接的影响。其中，轿车座椅的舒适性主要受到座椅整体的外观尺寸及主要组成部分结构形式的影响。另外，轿车座椅能够实现的可调节形式和调节行程也会很大程度上影响到汽车驾乘者的操作便利性和乘坐舒适性。这就要求轿车座椅的设计者要在设计产品的时候能够充分将人的因素、产品使用的环境因素等科学地运用在一起。同时，轿车座椅也是保障车辆整体安全性能的一部分，座椅骨架的结构形式和座椅骨架材料应用的合理性及其质量都将会直接影响到驾乘人员的安全。由于轿车座椅的特殊性，因此对其舒适性和安全性的要求也都较高。本毕业设计分析了人与座椅的人机关系，并且结合我国国民对汽车座椅的使用要求，以人机工程学、汽车设计等学科的理论为依据，以国家和国际标准为准则，对座椅进行了造型设计和骨架设计，并绘制了座椅造型图和骨架三维数模图。关键词：轿车座椅；人机工程学；造型设计；骨架设计

DesignOfA-ClassElectricVehicleSeatAbstractElectricvehicleisthefuturetrendofthevehicle.Thevehicleseatisanessentialpartofthevehiclebody,thestructuraldesignofitdirectlyaffectsthecomfortandsecurityofthepeopleinvehicle.Thevehicleseat’scomfortismainlyaffectedbytheentiresizeofitandthestructuralstyleofitsmainparts.Besides,thestructuralstyleandtherangeoftheadjustabledevicesalsohaveeffectontheconvenienceandcomfortofthepeopleinvehicle.Thisrequiresthedesignertocombinehumanfactorsandtheproduct’sworkingenvironment,andusethemscientificallyandadequately.Meanwhile,thevehicleseatisalsoapartofvehiclesecurityelements,therationalityandqualityofitsstructureandmaterialdirectlyaffectthesecurityofthepeopleinvehicle.Becauseoftheparticularityofvehicleseat,itismoreimportantforittobecomfortableandsafe.Thisdesignanalyzedtheergonomicsrelationshipbetweenhumanandvehicleseat,combinedthecountry’sdemandonvehicleseat,madeamouldingdesignandaframedesignonvehicleseatbasedonergonomicsinvehicleengineering,vehicledesign.etc,andthenationalandinternationalstandard,andmadethepictureoftheseatshapeandthe3Dmodelofseatframe.Keywords：vehicleseat;ergonomics;mouldingdesign;framedesign

目录第1章绪论 11.1研究意义和内容 11.1.1研究的意义 11.1.2研究的内容 11.2轿车简介 21.33dsMax软件的介绍 21.4UG软件的介绍 3第2章轿车座椅的相关介绍 42.1轿车座椅的功能和设计要求 42.1.1轿车座椅的功能 42.1.2轿车座椅的设计要求 42.2轿车座椅的结构和分类 52.2.1轿车座椅的结构 52.2.2轿车座椅的分类 52.3轿车座椅的研究现状及发展趋势 6第3章人机工程学在轿车座椅设计中的应用 83.1人体坐姿生理特性分析 83.1.1坐姿时的脊柱形态 83.1.2坐姿时的体压分布 83.2座椅的人机工程学要求 93.3人机工程学对座椅结构参数的影响 9第4章轿车座椅设计基础理论 114.1人体尺寸的研究 114.1.1人体静态尺寸 114.1.2人体H点的确定 114.2工作座椅的设计 124.2.1工作座椅的设计原则 124.2.2工作座椅的结构和主要参数 124.3座椅主要部件的设计要求及方案选择 134.3.1靠背 134.3.2座垫 134.3.3头枕 144.3.4座椅蒙皮 144.3.5泡沫软垫 154.3.6减振机构 154.3.7调节机构 15第5章轿车座椅造型设计 175.1轿车座椅主要外形参数的确定 175.2轿车座椅R点的确定 185.3轿车座椅造型图 19第6章轿车座椅骨架设计 226.1轿车座椅骨架主要结构设计 226.2轿车座椅调节机构的结构设计 246.3轿车座椅骨架三维数模图 26设计总结 28致谢 29参考文献 31湖南大学毕业设计(论文)第29页第1章绪论1.1研究意义和内容1.1.1研究的意义纯电动轿车是未来轿车的发展趋势，而座椅属于汽车的基本装置，是汽车的重要安全部件。在汽车中它将人体和车身联系在一起，直接关系到乘员的驾乘舒适性和安全性。座椅是人与车相联系的重要部件，随着人类生活水平的不断提高及汽车性能的飞跃发展，汽车座椅已不是早期的普通“坐凳”。今天，汽车座椅已经成为一种复杂的、多功能的、符合人体工程学具有高科技水平的部件，它是决定驾驶员和乘客的舒适与安全的重要组成部分之一。而且，从汽车座椅上还可以反映出一个国家的国情、民族及文化等特征。1.1.2研究的内容本课题的主要任务是针对A级纯电动轿车进行座椅造型以及骨架结构的设计，并运用绘图软件绘制出座椅的造型图和骨架的三维数模图。通过查阅相关资料，对A级纯电动轿车及汽车座椅等相关知识有较深入的理解，并掌握汽车座椅的设计思路；了解并掌握轿车座椅的结构，根据人机工程学原理，结合安全性与舒适性，考虑到轻量化要求，确定汽车座椅的材料和结构尺寸，进行外观造型设计；学习三维制图软件，并绘制所设计座椅的造型图和骨架的三维数模图。本课题的内容可以归纳为以下几个方面：(1)在阅读大量文献的基础上，要求对A级纯电动轿车及汽车座椅有全面的了解；(2)结合相关设计标准，设计针对A级纯电动轿车的座椅总体方案；(3)座椅造型设计、座椅骨架设计；(4)绘制座椅的造型图和骨架的三维数模图；(5)全文总结；(6)编制设计说明书，撰写毕业设计论文；(7)完成3000字左右的相关英文文献翻译。1.2轿车简介本课题的轿车对象为A级纯电动轿车，其相关总体参数为：长×宽×高4500/1820/1450mm,轴距2600mm,轮距1530mm,整备质量1500kgA级（包括A0、A00）车是指小型轿车。A00级轿车的轴距应在2米至2.2米之间，发动机排量小于1升，例如奥拓就属于A00级轿车；A0级轿车的轴距为2.2米至2.3米，排量为1升至1.3升，比较典型的是两厢夏利轿车。一般所说的A级轿车其轴距范围约在2.3米至2.45米之间，排量约在1.3升纯电动轿车，即是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的轿车。它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车前进。从外形上看，电动汽车与日常见到的汽车并没有什么区别，区别主要在于动力源及其驱动系统。即纯电动轿车的电动机相当于传统汽车的发动机，蓄电池相当于原来的油箱。其优点有无污染、噪声小；结构简单，维修方便；能量转换效率高等等。目前，纯电动轿车的主要技术难点有电池技术、电机技术、轻量化技术、电池充电技术、成本和售后服务。其中，轻量化技术对提高电动汽车动力性能和续驶里程都有重要意义。针对于纯电动轿车的座椅，轻量化这一方面尤为重要。1.33dsMax软件的介绍3dsMax是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。在应用范围方面，广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。拥有强大功能的3DSMAX被广泛地应用于电视及娱乐业中，比如片头动画和视频游戏的制作，深深扎根于玩家心中的劳拉角色形象就是3DSMAX的杰作。在影视特效方面也有一定的应用。而在国内发展的相对比较成熟的建筑效果图和建筑动画制作中，3DSMAX的使用率更是占据了绝对的优势。根据不同行业的应用特点对3DSMAX的掌握程度也有不同的要求，建筑方面的应用相对来说要局限性大一些，它只要求单帧的渲染效果和环境效果，只涉及到比较简单的动画；片头动画和视频游戏应用中动画占的比例很大，特别是视频游戏对角色动画的要求要高一些；影视特效方面的应用则把3DSMAX的功能发挥到了极至。1.4UG软件的介绍Unigraphics（以下简称UG），是美国EDS公司推出的集CAD/CAM/CAE于一体的系统软件，它提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。UG面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术,在面向过程驱动技术的环境中，用户的全部产品以及精确的数据模型能够在产品开发全过程的各个环节保持相关，从而有效地实现了并行工程。该软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而且，在设计过程中还可以进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高了设计的可靠性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。另外它所提供的二次开发语言UG/openGRIP，UG/openAPI简单易学，功能强大，且支持C++和Java语言的面向对象的程序设计方法，便于用户开发适合专业和产品特点的专用CAD系统。UG在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它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。

第2章轿车座椅的相关介绍2.1轿车座椅的功能和设计要求2.1.1轿车座椅的功能轿车座椅是汽车中将乘员及驾驶员与轿车车身联系在一起的重要部件，主要功能是：(1)为驾乘者提供良好的支撑。座椅通过对人体提供合理的体压分布，在重要的人体结构点上支撑人体，可以有效的保证人体在车辆行驶过程中的平衡与平稳。(2)驾乘人员的定位系统。通过座椅对驾乘者的定位，可以使驾乘者获得良好的视野，并实现对汽车操纵系统的控制。(3)提供驾乘者舒适性，为驾乘者提供一定的舒适性，重点在于长时间驾乘。轿车空间狭小密闭，座椅就在长途驾驶的舒适性上起到尤为重要的作用。(4)在汽车受到撞击时最大限度的保护驾乘者的安全。轿车速度较其他车辆快，发生事故时，合理的配置头枕和靠背的软垫，可以最大程度上减少或减轻驾乘者在碰撞时受到意外伤害。简而言之，其功能为：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。可见，座椅的安全性及舒适性是其最重要的功能，也是汽车座椅的设计、研发中必须作着重解决的问题。2.1.2轿车座椅的设计要求作为人和汽车之间联接部件，对其性能要求越来越高，轿车座椅设计应满足以下各点：(1)安全性——座椅是支撑和保护人体的构件，必须十分安全可靠，应具有充分的强度、刚度与耐久性。对可调的座椅，要有可靠的锁止机构，以保证安全。设计的座椅应满足国家标准和法规（形状、尺寸、强度等）的要求。(2)操纵性——设计的座椅还需操纵方便，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，便于驾乘者对座椅的前后上下、靠背的倾斜角度、头枕的前后上下等进行调节。(3)舒适性——按人机工程学的要求，座椅必须具有良好的静态与动态舒适性。外形必须符合人机生理功能，而且在不影响舒适性的前提下，力求美观大方。(4)轻量化——对于纯电动轿车，座椅的轻量化尤为重要。结合轿车的A级定位，座椅设计应采用最经济的结构，尽可能地减少质量。2.2轿车座椅的结构和分类2.2.1轿车座椅的结构汽车座椅伴随着汽车的诞生而出现，随着汽车的发展和人们要求的不断提高，汽车座椅已不是单纯满足乘坐和美观需要的车身部件，而是关系到汽车的乘坐舒适性和安全性，集人机工程学、汽车设计等为一体的系统工程产品。图1.1驾驶员座椅结构简图轿车座椅一般由座垫及其骨架、靠背及其骨架、头枕及其骨架，以及相应的导向、调节机构等基本部分组成，如图1.1所示。图1.1驾驶员座椅结构简图轿车座椅骨架常用轧制型材（钢管、型钢）制成或用钢板冲压焊接而成，用螺钉直接固定或通过座椅调节机构固定在车身上。座椅前后调节装置、靠背角度调节装置、高度调节装置等是与座椅相关的一些装置。座椅前后调节装置就是座椅底座滑轨，用于调节座椅与地板的前后位置。靠背角度调节装置安装在座垫骨架和靠背骨架之间，用于调节座椅靠背角度。高度调节装置是安装在底座滑轨和座垫骨架之间的装置，用于调节座椅与地板间上下位置。2.2.2轿车座椅的分类轿车座椅的分类方法很多，按功用可分为：驾驶员座椅、乘员座椅、儿童安全座椅；按形状可分为：分离式、戽斗式、半分离式、长凳式；按性能可分为：固定式、可拆式、调节式；按乘坐人数可分为：单人、双人、多人等。近年来，随着汽车工业的发展，陆续开发出许多具有特殊功能的座椅，如冷热可调式座椅、防下滑式座椅、带按摩功能的座椅、带电子记忆调节装置座椅、空气悬挂式座椅等，使乘坐的舒适性、安全性及方便性得到了提高。2.3轿车座椅的研究现状及发展趋势国外的座椅研究是伴随着汽车的诞生而开始的，经历了百余年的历史，发展非常成熟，与座椅相关的安全标准和法规已经十分完善。我国的座椅安全性法规标准就是参考国外的法规制定而成的。比较国外汽车座椅的研究状况，由于我国的汽车工业起步较晚，座椅的设计研究也比较落后。从严格意义上讲，我国的座椅研究是从20世纪80年代开始的。经历了20多年的发展，目前国内已经有了很多座椅生产厂家。借助合资的优势，他们掌握了部分设计和生产技术，但核心技术还是只有国外少数几家生产商掌握，国内的自主设计和研发仍停留在起步阶段。落后的设计方法是阻碍我国座椅发展的重要因素。设计方法的落后还体现在座椅设计的辅助研究手段上。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。随着现代汽车设计对安全、环保和节能的要求，在保证汽车座椅安全性的基础上，国外座椅结构设计也开始向轻量化、低成本的方向发展，越来越多的新制造技术和轻质材料开始广泛的应用于现代汽车座椅设计。因此，我国的座椅安全性研究急需大量技术和资金的投入，才能缩小与先进水平的差距，开发出适合我国生产现状的安全、轻量、低成本的座椅。目前轿车座椅在国际上的发展趋势：(1)电动座椅—电动座椅实际上是将座椅的各种调节机构由手动操纵改变为电动操纵的座椅。电动座椅中布置有多台电机、电机带动传动机构，使座椅相应的部位产生位移，实现座椅位置的前后、上下、倾斜调整。电动座椅用按钮代替手柄，因而极大的提高了轻便性和方便性，应用日益广泛。(2)悬挂座椅—悬挂座椅是在座椅与地板之间增设一悬挂装置，悬挂装置用以缓解座椅的振动。悬挂装置由缓冲元件、减振元件及定位元件组成。缓冲元件有钢板弹簧及螺旋弹簧等。(3)记忆座椅—电动座椅与微机相结合，实现了座椅的记忆功能。由微机实现对座椅的控制反馈功能。当乘员乘坐时将调整好的座椅位置存储入微机，当再次乘坐时，可以自动调节到所需要的状态而不必进行重新调整。(4)轻量型座椅—轻量型座椅去除了座椅的一些传统零件，利用积压成型的铝件和高强度的刚件保证了座椅的轻量化和结构的坚固性。座椅表面采用开式网状材料，替代了传统的聚氨脂泡沫塑料、装饰物和悬架零件。轻量型座椅的重量可以控制在10kg以内。使用轻量型座椅，不但可以节省车内空间来安装其他功能件，而且其安全性也优于传统座椅，并提高了汽车的燃油经济性。(5)安全座椅—安全座椅可以称之为动态座椅。普通座椅一般只考虑了舒适性，对于撞车时的动态状况不能做出任何反应。而安全座椅则可以在撞车时设法使乘员随座椅主动运动。如瑞典沃尔沃公司研究开发的可以保护乘员头颈的座椅。汽车追尾时，该种座椅靠背和靠枕向后平行运动，使乘员头部和上身处于平衡状态，并减少身体向后倾斜出现的向前回弹。在整个过程中，座椅传递的力都相当柔和。随着汽车工业的高速发展，人们对汽车座椅的要求也会越来越高。为了进一步提高座椅的舒适性及安全性，全球各大汽车公司以及汽车零部件商也在持续不断地加大对座椅的研发力度，在座椅的新结构、新工艺、新材料的研发及应用上狠下工夫，研制出了各类悬架座椅、电动座椅、电脑记忆座椅等新型座椅，按摩装置、辅助冷热智能空调座椅等各类辅助装置也不断诞生。此外，采用环保织物作为座椅面料，也将成为一种新趋势。

第3章人机工程学在轿车座椅设计中的应用3.1人体坐姿生理特性分析3.1.1坐姿时的脊柱形态图3.1脊柱模型图脊柱是人体的主要支柱，由24节椎骨以及5块骶骨和4块尾骨连结组成，其中椎骨自上而下又分为颈椎、胸椎、腰椎三部分，如图图3.1脊柱模型图人处于不同的坐姿时，脊柱形态不同；只有座椅的结构和尺寸设计使驾驶员的脊柱形态接近于正常自然状态时，才会减少腰椎的负荷及腰背部肌肉的负荷，防止驾驶疲劳发生。欲使坐姿能形成接近正常的脊柱自然弯曲，躯干和大腿之间必须有大于135°的夹角，并且座椅的设计应使坐者的腰部有适当的支撑，以使腰曲弧形自然弯曲，腰背肌肉处于放松状态。3.1.2坐姿时的体压分布图3.2座椅各部位的受力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；它包括座垫上的和靠背上的两种体压分布。坐姿的体压分布是影响乘坐舒适性的重要因素。人就坐时，身体重量的大部分(约80％图3.2座椅各部位的受力分布(1)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，至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。(2)靠背上的体压分布靠背上的体压分布也应不均匀分布，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。3.2座椅的人机工程学要求(1)各部贴合感：要求座椅靠背和坐垫的形状与人体背部、臀部及大腿底面的形状相贴合。贴合感强的座椅将有利于改进接触面积和部位。(2)横向稳定性：汽车转弯时，人体承受横向加速度，为了提高乘员的身体保持性，要求座椅的侧面稍加高，以便两跨和大腿部能轻轻支承身体。(3)背部和腰部的合理支承：汽车座椅设计时应提供形状和位置适宜的两点支承，第一支承位于人体第5-6胸椎之间的高度上，作为肩靠能减轻颈曲变形；第二支承设置在腰曲部位，作为腰靠，能保证乘坐姿势下近似于正常的腰曲弧线。(4)各部合适的软硬感：座椅最重要的作用是支撑乘员的身体，不能只是一把安乐椅，表面硬一些的座椅不易使人疲劳，但与身体不是特别贴合的硬座椅会压迫身体的某一部分，使疲劳感倍增。(5)振动舒适性：需要设计好座椅的静态刚度、共振频率及衰减特性。3.3人机工程学对座椅结构参数的影响座椅尺寸设计主要参数包括：椅面的高度、宽度、深度、椅面倾角；靠背的高度、宽度、倾角，如图3.3所示。(1)椅面高度A：指椅面前缘至驾驶员踵点的垂直距离。设计时主要考虑到：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。(2)椅面宽度B：指座椅座垫两侧宽度。在空间允许的条件下，以宽为好。但对驾驶座椅来讲，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。A.椅面高度；B.椅面宽度；C.椅面深度D.靠背高度；A.椅面高度；B.椅面宽度；C.椅面深度D.靠背高度；α.靠背倾角;β.椅面倾角图3.3座椅尺寸设计主要参数(3图3.3座椅尺寸设计主要参数(4)靠背高度D和宽度：靠背高度指靠背最下端到最顶端的距离。靠背宽度指靠背两侧最宽的距离。靠背的高度和宽度与坐姿肩高和肩宽有关，对于驾驶座椅应采取高靠背，最好加靠枕。靠背的宽度一般与椅面宽度B相等。(5)靠背倾角α：指靠背倾角是指靠背与铅垂方向的夹角。(6)椅面倾角β：指椅面与水平之间的夹角。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。图3.4舒适坐姿的关节角度此外，舒适坐姿的各关节的角度应该满足如图3.4舒适坐姿的关节角度

第4章轿车座椅设计基础理论4.1人体尺寸的研究各种设备和工具等设计对象在适合于人的使用方面，首先涉及的问题是适合人的形态和功能范围的限度。例如，一切操纵设备都应设在人的肢体活动所能及的范围之内，其高低位置必须与人体相应部位的高低位置相适应，而且岂不知应尽可能设在人操作方面、反应最灵活的范围之内。人机工程学范围内的人体形态测量数据主要有两类，即人体构造尺寸和功能尺寸，也就是人体静态尺寸和人体动态尺寸。而针对于座椅设计的人体尺寸相关的主要有人体坐姿尺寸等。4.1.1人体静态尺寸表4.1我国人体标准尺寸人体静态尺寸，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GB10000-88《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。标准中共给出了7类47项人体尺寸基本数据。人体的主要尺寸包括身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长等6项。根据有关统计数据，结合本座椅设计的需要，列举如下我国人体基本尺寸男（18-60岁）第95百分位以及女（18-55岁）第5百分位相关数值，见表表4.1我国人体标准尺寸名称尺寸数值(mm)名称尺寸数值(mm)男女男女坐高958809坐深494401坐姿颈椎点高701579最大肩宽469363小腿加足高448342坐姿臀宽3553104.1.2人体H点的确定H点指人体身躯与大腿的铰接点，即胯点。根据相关的法规规定，首先利用GB11559-1989《汽车室内尺寸测量用三维H点装置》所规定的三维H点测量装置，即H点三维人体模型，如图4.1，再按照GB11563-1995《汽车H点确定程序》中规定的H点确定程序确定三维人体模型的H点。H点三维人体模型由背板、座板、大腿杆及头部空间探测杆等构件组成。座板模仿人体臀部及大腿，是二者的合一。背板模仿人体的背部。H点三维人体模型的各构件尺寸、质量及质心位置均以人体测量数据为依据。模型的背板与座板在相当于人体胯关节处通过转动副相铰接。转动副的转动中心点即H点。图4.1人体三维H点测量装置4.2图4.1人体三维H点测量装置工作座椅是供坐姿工作人员使用的一种由支架、腰靠、坐面等构件组成的坐具。操作者以坐姿或坐-立姿操作时，座位空间尺寸直接影响其舒适性，进而影响操作者的工作效率。座位空间及座椅的尺寸设计应保证适合人体舒适坐姿的生理特征，提供实现舒适坐态的支撑条件。4.2.1工作座椅的设计原则(1)人体驱干的重量应由中坐骨、臀部及脊椎按适当比例分别支撑，其主要部分应由坐骨结节承担。(2)人体上身应保持稳定。(3)人体腰椎下部（第4-5节腰椎之间）应有适当的腰靠支撑。(4)座面的高度应确保大腿的肌肉和血管不受压迫。(5)坐者应能方便、自如地变换姿势而不致滑脱。(6)座椅的位置和尺寸应与工作台、显示装置、操纵装置相配合，以提高操作者的操作舒适性和方便性。4.2.2工作座椅的结构和主要参数工作座椅的座位空间及座椅的尺寸应保证适应人体舒适坐姿的生理特征，提供实现舒适坐态的支承条件。GB14774-1993《工作座椅一般人类工效学要求》给出了工作座椅的基本结构和主要参数，是工作座椅设计的基本依据。工作座椅主要参数的取值范围列于表4.2和图4.2，其中坐高、腰靠厚、腰靠高、座面倾角、腰靠倾角等参数为操作者坐在座椅上之后形成的尺寸、角度，测量时应使用规定参数的重物代替坐姿状态的人。表中所列参数，已经考虑了操作穿鞋着（女性：鞋跟高20mm；男性：鞋跟高25-30mm）和着冬装的因素。表4表4.2工作座椅的的主要参数参数符号数值（mm/º）座高a360～480座宽b370～420推荐值400座深c360～390推荐值380腰靠长d320～340推荐值330腰靠宽e200～300推荐值250腰靠厚f35～50推荐值40腰靠高g165～210腰靠圆弧半径R400～700推荐值550倾覆半径r195坐面倾角α0º～5º推荐值3º～4º腰靠倾角β图4.2工作座椅95º～图4.2工作座椅4.3座椅主要部件的设计要求及方案选择4.3.1靠背靠背的设计主要指强度设计和造型设计，设计时应使靠背的高度、形状符台人体曲线，使背部肌肉处于放松状态，并能给背部肩部有效可靠的支撑，使驾驶员保持稳定的坐姿，还要有足够的侧背支撑，从而避免高速转弯时的横向滑动。根据普遍轿车座椅靠背机构分析，本设计靠背选用左、右侧板，上、下横梁结构形式。4.3.2座垫轿车座垫设计主要是座垫深度和座垫倾角。坐垫深度的设计原则是在充分利用靠背的情况下，使臀部得到合理支撑。人体在合适的坐垫下，坐骨与小腿足部构成稳定的人体支撑。座垫深度过大时，造成人体躯干相对前移，腰部得不到良好的支撑，引起疲劳；坐垫过小时，会因大腿得不到良好的支撑而感到不舒适因此，深度应按臀部至大腿表面全长的3/4设计，一般取400～480mm。座垫的倾角应兼顾安全性和舒适性，一般为2°～10°。座垫骨架通过调角器与靠背连接，靠背受到的载荷通过调角器传至座垫再到地板。此外，座垫骨架还承受乘客的静载荷、乘客下潜载荷(轿车高速制动时乘客向前的载荷)、乘客在座垫上运动产生的疲劳载荷。根据调节方向分，轿车座垫骨架大致有2向(前、后)、4向(前、后、上、下)和6向(前、后、上、下、前后倾斜或前、后、前部上下、后部上下)等形式，座垫骨架上装有座盆，有整体式和局部式两种。局部式座盆需安装弹簧钢丝以支撑发泡，整体式则不需要。为保证轿车日常使用需求及产经济性，本设计采用4向调节、整体式座盆的座垫骨架。4.3.3头枕头枕是为提高汽车乘坐安全性和舒适性而设置的一种辅助装置。头枕主要作用是保障安全。日常生活中，轿车经常发生追尾碰撞，颈椎承受到很大的加速度，头枕可以减少头部自由移动，避免或减轻乘员颈部受伤。按国家标准GB11550-1995《汽车座椅头枕性能要求和试验方法》，头枕属汽车整车强制认证检测项目之一，轿车前排座椅应装有头枕。其次，正常行驶下，当脊椎与垂直面夹角超过30°时，使用头枕可以避免头颈疲劳。轿车座椅中，头枕一般为一个单体，用单柱或双柱插杆，通过导套插入靠背的插座中，如图4.3。头枕调节机构可以对头枕进行上下和前后的调节。图4.3头枕结构为同时保证轿车日常使用的安全性、舒适性和经济性，本设计图4.3头枕结构4.3.4座椅蒙皮座椅蒙皮是包裹在座椅总成表面的层材料，它直接与乘员接触，一方面对座椅泡沫有保护作用同时又可直接体现设计者的设计意图。座椅蒙皮必须阻燃，其燃烧特性必须符台GB8410—1994《汽车内饰材料的燃烧特性》要求。座椅的蒙皮主要有皮革和绒布两类。皮革容易清洁、易散热，但表面易损、坐感过滑、价格昂贵。绒布寿命长、坐感稳固、防滑、经济。故本设计选用绒布类蒙皮。4.3.5泡沫软垫目前坐垫、靠背缓冲用软垫基本上是由软质聚氨酯泡沫塑料发泡而成，在汽车上应用较多的是高回弹软质聚氨酯泡沫塑料。考虑到座椅的舒适性和人体坐姿时的体压分布，需将泡沫软垫的密度设计为不同，即“软硬兼施”。主要生产方法有2种，一是拼接法，将坐垫前端与大腿接触的部分用低硬度泡沫塑料，与坐骨处接触的部分用中硬度泡沫塑料，下部及两侧用高硬度泡沫塑料。这种方法工艺繁杂且效率低，一般极少采用。二是嵌件法，在浇注软垫时，在模具中相应部位放高密度泡沫塑料嵌件，然后在周围浇注低密度泡沫塑料。这种方法可以解决体压分布和横向支撑问题，并且工艺适合批量生产。本设计选用高回弹软质聚氨酯泡沫塑料发泡。4.3.6减振机构座椅减振机构主要包括弹性元件和减振元件。弹性元件在机械悬架座椅中一般指弹簧，在空气悬架座椅中指空气气囊。它能产生使座椅恢复到初始位置的回复力。减振元件一般是指减振器，它设计有固有的阻尼值，阻尼值越大，阻尼力越大。结合本轿车的A级定位，考虑到经济性，本设计选用弹簧式的减震机构。4.3.7调节机构座椅调节方向主要有高度调节、前后调节、靠背角度节,如图4.4。图4.4座椅调节方向(1)图4.4座椅调节方向根据大多数乘员对轿车的使用需求，同时为了保证生产成本，选定机械调整机构，高度调整范围为0～100mm。(2)滑道是纵向水平位置的调整机构，分单锁止滑道和双锁止滑道，一般根据锁止强度确定。安全带固定点不在座椅上时，一般选用单锁止滑道；安全带固定点在座椅上时，选用双锁止滑道。滑道位移尺寸根据相应人体尺寸和人机工程学原理确定。根据轿车使用强度以及轿车常用的安全带安装形式，结合轿车实际使用空间，选用双锁止滑道，前后调整距离为0～±100mm。(3)调角器主要有常啮合式和棘轮棘爪式两种类型,用于对靠背角度进行调整和锁止，必须满足GB15083-1994《汽车座椅系统强度要求及实验方法》规定。常啮合式调角器始终保持啮合状态，有手动和电动两种。手动常啮合调角器要连续转动旋钮座椅靠背才能调整到理想位置。电动常啮合调角器通过电机驱动齿轮进行调节，有传动平稳、强度高、调解范围大等优点，适于高档汽车座椅。棘轮棘爪式通过操作手柄进行解锁，没有电动形式。采用棘轮棘爪工作原理及板簧式复位结构，容易调整到理想位置，最大能够实现180°范围有级调节，适于各类汽车座椅。为了满足轿车驾驶员日常操作的操作便利性的要求，同时控制产品成本，本设计选用棘轮棘爪式调角器，调节范围为80°～170°。

第5章轿车座椅造型设计5.1轿车座椅主要外形参数的确定如3.3所述，座椅尺寸设计主要参数包括：椅面的高度、宽度、深度、椅面倾角；靠背的高度、宽度、倾角。此外，还有头枕。综合分析人机工程学对座椅结构参数的影响(3.3)、人体静态尺寸(4.1.1)、工作座椅的主要参数(4.2.2)等等，确定以下轿车座椅的主要外形参数：(1)椅面高度根据表4.1相关尺寸，人体小腿加足高为342-448mm。根据表4.2工作座椅的尺寸推荐值，座高为360-480mm。根据轿车车内空间和驾乘人员的调节需求，选定轿车驾驶员座椅椅面高度可调节范围为280-380mm。(2)椅面宽度根据表4.1相关尺寸，坐姿臀宽310-365mm。根据表4.2工作座椅的尺寸推荐值，座宽为370-420mm。结合轿车座椅座面需要对驾乘者进行横向支撑，以防止驾乘者在出现离心力时臀部产生横向滑动，要在座椅椅面两边附加额外防滑凸起设计，所以椅面总宽度选定500mm。(3)椅面深度根据表4.1相关尺寸，坐深401-494mm。根据表4.2工作座椅的尺寸推荐值，座深为360-390mm。考虑到轿车座椅与工作座椅不同，小腿向前倾斜角度大，所以为了保障驾乘者的臀部和大腿部被充分支撑和包裹，椅面深度选定550mm。(4)靠背高度根据表4.1相关尺寸，坐姿颈椎点高579-701mm。根据表4.2工作座椅的尺寸推荐值，腰靠长为320-340mm。考虑到轿车座椅须为驾乘者腰背部提供完全的支撑和定位，与一般工程座椅不同，同时为保证座椅靠背在具有角度倾斜时同样可以保证对驾乘者的支撑，所以靠背高度选定750mm。(5)靠背宽度根据表4.1相关尺寸，最大肩宽368-469mm。根据表4.2工作座椅的尺寸推荐值，腰靠宽320-340mm。与椅面宽度的选定原因相同，为避免和减少驾乘者腰背部在座椅上产生横向滑移，靠背宽度选定500mm。(6)靠背倾角根据表4.2工作座椅的尺寸推荐值，腰靠倾角为95°-115°。根据轿车驾乘者的实际使用需求，同时满足驾驶舒适、安全性以及休息时的便利性，靠背倾角调节范围为80°-170°。(7)椅面倾角根据表4.2工作座椅的尺寸推荐值，座面倾角为0°-5°。轿车座椅的椅面的倾角应兼顾安全性和舒适性，一般为2°-10°。(8)头枕尺寸根据GB11550-1995《汽车座椅头枕性能要求和试验方法》，头枕的外形宽度以座椅中心面为对称面，左右各应宽85mm以上。确定头枕高度为208mm、宽度为240mm、厚度为100mm、头枕可调节范围为0-100mm，见图5.1。图5.1座椅头枕5.2轿车座椅R点的确定图5.1座椅头枕“R点”即“乘坐基准点”，指制造厂规定的设计H点，该点:(1)确定了由制造厂规定的座椅每个设计乘座位置的最后面的正常驾驶和乘座位置，它考虑了所有的座椅可能调节状态(水平、垂直及倾斜);(2)具有相对于所设计的车辆的结构建立的座标;(3)模拟人体躯干和大腿铰接中心位置;(4)做为安放二维人体样板的参考点。根据轿车座椅R点确定的经验和推荐值，轿车驾驶员座椅R点为距离靠背基准面135mm、距离作为基准面97mm的一点。

5.3轿车座椅造型图下面运用3dsMax软件进行轿车座椅造型图的绘制。(1)基础建模，如图5.2所示。图图5.2基础建模(2)基础上色，如图5.3所示。图5.3基础上色

(3)模型调整，如图图5.3基础上色图5.4图5.4模型调整 (4)材质渲染，如图5.5所示。图图5.5材质渲染(5)渲染成型，如图5.6和5.7所示。图5.7轿车座椅正视造型图图图5.7轿车座椅正视造型图图5.6轿车座椅侧视造型图

第6章轿车座椅骨架设计座椅骨架必须能够承受一定的载荷，通常所指的座椅强度其实就是座椅骨架的强度，它属于汽车整车强制认证检测项目之一，应符合GB15083-1994《汽车座系统强度要求及实验方法》的规定。骨架的结构主要分为钢质冲压骨架、管式骨架和合金铸造骨架三种。管式骨架成本最低，但难增加更多的功能。钢质冲压骨架功能配置灵活，很多功能能够被直接加在骨架上。合金铸造骨架特点是质量轻、强度高，但造价较高。在轻量化成为现代化汽车设计的新趋势下，汽车座椅薄型化显得非常重要，其中骨架是座椅薄型化的关键。根据本轿车的定位情况，本设计选用钢质冲压骨架。6.1轿车座椅骨架主要结构设计(1)靠背骨架结构设计靠背骨架的设计主要指强度设计和造型设计。靠背骨架的形状，应以能满足人体生理特征、给驾驶人员提供安全和有效支撑为目的进行设计。图6.3下横梁图6.2上横梁图6.1靠背侧板靠背侧板的造型应使侧板的长度、形状符合人体曲线，如图6.1。靠背侧板长570mm，厚1mm图6.3下横梁图6.2上横梁图6.1靠背侧板下横梁侧板上横梁上下横梁的设计如图6.2和6.3，为了给背部和肩部有效可靠的支撑，其厚度设为1.5mm。上横梁宽60mm，其上的两孔为了安放头枕的杆件，两孔中心距为100mm。此外，在保证安全的情况下考虑到轻量化，将上横梁两角设计为镂空的。下横梁长440mm，宽80mm。下横梁侧板上横梁图6.4靠背骨架结构左右两侧板呈对称结构，并与垂直线有一角度，左侧板与垂直线角度为85.5°，座椅靠背骨架结构如图6.4图6.4靠背骨架结构靠背两侧板、上下横梁均为Q215-A冲压薄板。(2)底座骨架结构设计底座通过调角器与靠背连接，一般左右两侧底座的前部和后部均由钢管或钢杆相互连接，以保证底座两侧板的整体性和连动性。图6.5座椅底座侧板座椅底座侧板长510mm，宽75mm，厚5mm，其孔设计为了定位与安装杆类、管类和销类零件，如图6.5图6.5座椅底座侧板座椅底座两侧板均为Q275钢板。图6.7底座后管图6.6底座前后杆底座结构中，前杆和后杆隶属于座椅的高低调节机构总成，其总长为460mm，中间杆直径为15mm，两侧杆直径为10mm，如图6.6所示。后管两端焊接于两侧板后端，用于保证其整体刚性连接，其长为450mm，外径20mm，内径16mm图6.7底座后管图6.6底座前后杆后管前杆侧板后杆图6.8底座骨架结构将座椅底座左右侧板、前杆、后杆和后管装配起来，座椅底座侧板骨架结构如图6.8所示。后管前杆侧板后杆图6.8底座骨架结构6.2轿车座椅调节机构的结构设计由于时间的限制和工作量的原因，座椅的调节机构只需设计出高度调节机构和角度调节机构，前后调节机构采用双锁止的滑道。此外，角度调节机构的棘轮和棘爪等零部件也不需设计。高度调节机构高度调节机构主要由支撑板、铰接杆、调整螺杆和调整手柄组成。支撑板大孔直径10mm，小孔直径8mm，两孔中心间距80mm，板宽20mm，板厚5mm，如图6.9所示。铰接杆中间有一直径为8mm的螺纹孔，两侧孔直径为8mm，中心间距36mm，宽16mm，厚12mm，如图6.10所示。图6.图6.10高度调节铰接杆图6.9高度调节支撑板调整螺杆长510mm，直径8mm，两侧螺纹长度分别为204mm和12mm，其螺距为3mm，如图6.11所示。调整手柄外圆直径60mm，中心螺孔直径8mm，厚度12mm，如图6.12所示。固定螺母支撑板调整手柄图6.11调节螺杆图6.固定螺母支撑板调整手柄图6.11调节螺杆图6.12调节手柄图6.13高度调节机构铰接杆1铰接杆2调整螺杆图6.13高度调节机构铰接杆1铰接杆2调整螺杆高度调节机构如图6.13所示，其中铰接杆2与调整螺杆连接部分为光滑通孔，与调整螺杆无螺纹一端相接合，在调整螺杆有螺纹部分与连接杆件2的接触处，焊有有固定螺母，将铰接杆2固定在调整螺杆有螺纹处和无螺纹处的中间，限制其沿调整螺杆轴向的自由度。铰接