摘 要

本文通过对汽车驾驶座椅的发展历程和发展理论的研究，明确了驾驶座椅设计的要素。主要研究人的坐姿生理和心理特性人与座椅的人机关系，结合我国对汽车座椅的设计和使用情况，分析了现有轿车驾驶座椅存在的问题，用户人体尺寸，坐姿相关的人体生理学、解剖学、统计学研究。从满足驾驶员的需求出发，确定驾驶座椅的各个参数并突出座椅尺寸设计与人体尺寸的相关性，达到人为设计导向的汽车座椅设计模式。重点进行了座椅齿轮的尺寸设计以及电机的选用，同时结合时代背景，为座椅进行了智能化的设计，并编写了设计程序，实现在高速行车时驾驶员更舒适和安全的驾驶姿势。最后对座椅坐垫、头枕、靠背、腿托、调节机构、减震机构等座椅的必要部件进行整体设计。

关键词：人因工程；汽车座椅；舒适度；自动；智能化

Abstract

In this paper, through the study of the development history and development theory of the cars driving seat，the elements of the driver seat design are clarified. Mainly discusses the physiological and psychological features of human beings sitting posture，and the relationship between human beings and car seats. Regarding domestic car seats design and use condition, it analyses the exiting problems in car seats currently, clients’ body dimension, and human physiology, anatomy, statistics corresponding with sitting posture. According to the drivers requirement, it ensures the specific parameters of each driving seat, and sticks out the relevance between seat size design and human body dimension. Focused on the size design of the seat gears and the selection of the motor, combined with the background of the times, intelligent design for the seat, and the preparation of the design program, achieved a more comfortable and safe driving posture at high speed and finally the seat cushion, headrest, backrest, leg support, adjustment The overall design of the necessary parts of the seat, such as the mechanism and the shock absorbing mechanism.

Key Words：Ergonomics ;Car seat ;Comfortable degree ; automatic; Intelligent

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究内容 1

1.3研究的意义 2

1.4设计的目的 2

1.5设计的方法和程序 2

第2章 座椅设计的相关理论 3

2.1设计座椅人体的舒适性 3

2.2人体尺寸参考 4

2.3座椅H点和R点 5

2.4人体坐姿功能尺寸 6

第3章 座椅设计要素 7

3.1座椅的设计参数H点的控制和舒适性控制 7

3.2驾驶座椅静态参数的选取 7

3.3汽车座椅主要部件的设计 8

3.3.1座椅靠背 9

3.3.2腰部支撑和计算过程 9

3.3.3坐垫设计 11

3.3.4电器驱动装置及选择 12

3.3.5调节机构 13

3.3.6智能化设计 14

3.3.7腿托设计 14

3.3.8智能化设计和腿托设计模拟程序 15

3.3.9其他设计 16

3.4外观造型 16

3.5外观尺寸 17

第4章 主要结论和未来展望 18

第1章 绪论

1.1研究背景

汽车座椅是汽车整车系统的重要组成部分，汽车座椅的产销量和汽车的产销量呈正比关系。由于近40年我国对外开放程度扩大，人民的生活水平提高，汽车工业也进入了飞速发展的时代，因此汽车座椅行业的市场也突飞猛进。按照每台车的座椅总成价格3000~5000元计算，结合2017年我国汽车销量2887.89万辆，估算2017年我国汽车座椅市场销售规模为800亿~1500亿元。由此可见我国汽车座椅市场巨大，目前汽车座椅已经发展成为乘用车上仅次于发动机和底盘的第三大总成。

作为汽车内饰功能性和装饰性都具备的重要组成部分，汽车座椅是与车内乘员接触最为密切的部件，驾驶员对汽车整体印象的很大程度取决于座椅。座椅首先必备的特点是安全可靠，最大限度的保护车内乘员，同时满足驾驶员在行车过程中对车辆的操控要求、对中控功能的操作要求、和良好的驾驶视野；其次要保证驾驶的舒适性，座椅构造应符合人体的生理构造；最后座椅应该跟随适应整车的技术发展，保证足够强度、刚度、耐久度的同时，最大程度的满足座椅的轻量化设计。

目前全球大多数量产车的座椅都是由座椅总成供应商提供，比较著名的座椅总成供应商有江森自控（Johnson Controls）、李尔（Lear）、佛吉亚（Faurecia）、丰台纺织（TOYOTA BOSHOKU）等国外厂商，而国内的厂商基本上只能生产座椅的零部件，例如生产座椅金属骨架的烟台众信、河北利达等，生产金属滑轨的中精集团、无锡藤昌科技等，生产金属调角器和升降器的常州华阳、浙江龙生汽车部件公司等。

由于汽车发展历史原因，国外汽车厂商与座椅厂商的合作时间长、经验丰富，对于汽车内部空间的利用与座椅人机工程的运用技术成熟，以及国内车型的开发方式往往是逆向开发，导致整体上进口车和合资车上的座椅舒适度高于国产车。

1.2研究内容

如今，汽车座椅已经不再是单纯满足乘坐和美观基本需要的车身部件，而是顺应消费者和市场需求，被汽车厂商赋予了更多的功能。本次设计的目的是在保证安全性、舒适性的前提下为汽车驾驶座椅赋予智能化的新功能。

在安全性方面：汽车座椅在汽车安全性方面扮演了重要的一员，座椅、安全带和气囊的相互配合是在碰撞发生后保护车内乘员的最有效也是最基本的方式。当发生正面碰撞时，座椅需要尽量减少乘员下滑；当发生追尾事故时，座椅的设计应尽量减少挥鞭伤。

在舒适性方面；传统的驾驶座椅舒适性主要集中在座椅泡沫、皮革和人机工程学上面的研究，通过对座椅泡沫配方、接触刚度、造型设计等研究，对座椅的支撑性和舒适性都有很高的造诣。而新时代的到来对座椅更高层次的舒适性提出了要求，比如适应寒冷北方的座椅加热和适应炎热南方的座椅通风、应对长途驾驶的多点按摩功能、方便驾驶员进入汽车的进入模式等。

在智能化方面：目前炙手可热的电动汽车、车联网、自动驾驶等技术对汽车驾驶座椅的发展方向提出了新要求。由于电动汽车没有发动机和变速箱，车内布局和传统汽车有很大的区别，这也为汽车座椅的尺寸和排布方式带来了改变的可能；车联网技术的普及使得在座椅上赋予更多功能成为了现实，例如在座椅上安装传感器检测驾驶员的呼吸心跳，并通过按摩方式或者通风系统提供新鲜气流让精神紧张的驾驶员放松。

1.3研究的意义

从人的安全、健康的角度：现在时代的汽车已经不仅仅是一个出行工具，而是一个可以让全家人信赖的移动的家，汽车座椅的安全性和舒适性将直接影响到驾乘人员的体验。

从社会的角度：汽车工业是工业文明的产物，从传统的燃油汽车到现在的插电混动甚至纯电动车，汽车工业往往是世界能源科技、机械技术、艺术设计、空气动力学设计、人体工程学等多种学科交织的产物。汽车的发展是不会停止的，因此汽车座椅也要紧跟时代的发展。

从经济和技术的角度：随着计算机虚拟技术的发展，汽车整车的设计、制造和测试正在向数字化转变，传统的实物模型被数字模型取代。这使得汽车产业的设计过程和生产过程可以同时进行，实现了汽车开发过程周期的缩短，将产品的上市时间大大缩短。从这个角度看，汽车座椅的设计、生产和测试也必将脱离之前的反复的设计试验周期，从而使汽车座椅的设计走向数字化和虚拟化的道路。

1.4设计的目的

设计的基本目的是保证尺寸的合理性，从而确保驾驶安全；其次是保证座椅的舒适性，在驾驶员长时间乘坐的情况下不会使其身体不适；最后对座椅的功能性进行设计，提高产品的附加值。

（1）结合人体的主要尺寸，确定可以满足大多数驾驶员的H点，同时进行座椅靠背的设计、坐垫的实际、头枕的设计以及其他座椅部件的设计。

（2）对座椅进行3D建模，使座椅的曲面以及侧翼可以对驾驶员有效的支撑并保持舒适性。

（3）为座椅在智能化方向赋予新的功能。

1.5设计的方法和程序

（1）设计目标确定

确定产品规格和性能目标，产品规格包括调角器规格、调节手柄规格、头枕调节规格等；性能目标包括座椅功能要求、耐久度要求和力学性能要求。

（2）座椅造型设计

造型设计具体包括三个方面：概念设计、二维设计和三维设计。在概念设计阶段主要明确座椅的设计功能、设计风格；二维设计主要内容是确定座椅的尺寸已经座椅零部件的尺寸及其位置；三维设计主要是立体的呈现座椅的设计效果，从整体角度分析座椅的合理性，必要的情况下对座椅进行仿真分析。

（3）零部件设计

零部件设计包括座椅骨架、调整机构、头枕、安全带扣等的设计。座椅骨架应该满足强度要求，装饰件等材料需要满足美观要求、光泽要求、阻燃要求等。

（4）装配验证

对设计好的座椅和零部件进行装配，针对驾驶座椅需要配合中控台方向盘进行装配，以验证其在操作便利性方面的设计目标。除此之外，在实际的生产过程中，还要对座椅进行强度试验、舒适度试验、耐久度试验以及C-NCAP碰撞试验。

第2章 座椅设计的相关理论

2.1设计座椅人体的舒适性

概念化阶段是座椅整体进行设计的理念和主旨，是保证之后的详细设计得以顺利进行的前提条件。对椅子设计概念化进行分析的过程，涉及椅子相关的功能性、结构和材料以及形态等问题；具体化阶段是依据在之前概念化阶段制定的设计方案，解决座椅的结构、功能和外观问题并绘制出其基本形状；座椅具体详细设计的关键是将设计重心放在符合座椅整体的外观设计和核心骨架的设计上。产品的外形设计、座椅的造型设计以及稳定的座椅结构应该既反映其设计的精细度，又能实现驾驶员对舒适度的要求，这就是汽车座椅设计的重点。

汽车座椅设计的合理与否、制造工艺的好坏程度，对汽车驾乘人员的舒适性有很大的影响，座椅的尺寸应贴合人体的尺寸，要保证驾驶员在驾驶的时候有良好的驾驶姿势。[1]座椅主要在三方面展现其舒适性:

(1)座椅振动的舒适性

对于汽车座椅的振动舒适性来说，它主要是通过轮胎和悬挂系统过滤掉路面的震动之后所剩余的震动传递到驾驶座椅被驾驶员感知到的震动，在试验过程中，把轮胎悬挂和驾驶座椅看作一个整体，属于一个动力学系统。从而寻求在各种路面状况随机输入的作用下，使驾驶员对振动反馈不易疲劳的性能，从中得出符合要求的结论，以便设计制造中为最优结构的汽车座椅提供参考。[2]

(2)驾驶员坐姿的舒适性

坐姿的舒适性的是在座椅的设计中把注意力集中在人体生理结构与座椅结构分布以及几何尺寸的关系上，使设计、制造出的座椅均有极好的静态和动态特性。座椅的高度应当使人体的压力分布合理，例如坐垫的前部不能过高、过硬或过软，驾驶员坐着时脚悬空应避免在大腿后部有压力分布，防止大腿后部因为血液循环不畅产生下肢和脚浮肿现象；人的背部与座椅的靠背整个接合面中，腰凸处的压力应该最大，从而使身体得到充分支撑，背部不会产生弓形，也不会妨碍手臂的自由活动。因此，舒适的座椅应使坐垫在股骨关节附近集中压力，靠背在第三腰椎附近集中压力。

(3)体压分布对舒适性的影响

图1 正确的坐姿 图2 不正确的坐姿

图2是不正确的坐势，颈部、腰部弯曲过大，腰椎间盘受力不均匀，这种驾驶姿势使驾驶员容易产生疲劳，形成驾驶的安全隐患。长期采用这种坐姿，会使腰椎和颈椎间距内外受拉受压，最后造成驾驶员体型的变形。