汽车座椅设计关键点

汽车驾驶座椅设计的
人机工程学原理

功能要求

●调节：靠背角、座垫角、行程、腰部支撑

●按摩
●自适应高度调节
●加热
●充气、排气
●减振
●其它：杯架、报纸袋、垃圾箱、拉手、脚蹬、液晶显示
●安全：安全带、靠背吸能、骨架强度、安装点强度、头枕



人体坐姿的生理特点
人体脊柱形态



颈椎：7节
胸椎：12节
腰椎：5节
骶骨：5块愈合
尾骨：4块愈合
四个生理弯曲
颈曲、腰曲：想前凸
胸椎、骶骨：向后凸

靠背两点支撑原理

腰靠：第4、5腰椎

肩靠：第5、6胸椎

不舒适坐姿对腰椎组织的影响

臀部压力分布



舒适驾驶的关节角度




驾驶座椅设计的人机工程学原理
座椅的结构形式


汽车座椅的人机工程学要求

贴合感：座椅靠背和坐垫的形状是否与人体背部、臀部、大腿底面形状相贴合。

侧向稳定感：汽车转向行驶时乘坐者要能受到座椅左右的适当约束，避免人体横向偏斜。
腰椎依托感：要有良好的腰椎依托感。
振动弹性感坐垫与靠背的软硬感：软硬应适中
其它：不得有臀部滑动感、腹部压迫感及背部弓形感。

座椅的几何参数

项目	取值范围	备注
座高	430 450mm	汽车地板到坐垫的高度
座宽	500mm左右	受车宽限制，为使驾驶员或乘员能调整坐姿，座宽应适当大于臀宽
座深	450mm左右	坐垫前端至靠背表面之间的距离，保证臀部得到全面的支承
靠背角	100°~115°	半卧姿乘客座椅靠背角可调至155°

汽车驾驶座椅的调节方式
由于驾驶员乘坐位置与周围部件存在密切的人机关系，驾驶员座椅布置对驾驶员安全性、坐姿舒适性、视野和操作方便性具有重要的影响，是车室内部布置中的重要内容。座椅可以通过加速踏板固定、H点固定、方向盘抓握点固定、视点固定、同时固定踵点及方向盘抓握点等方式调节。


驾驶座椅的调节量

对于驾驶员座椅，不仅要确定设计H点的位置和行程，还需确定合理的设计H点调节方式和调节轨迹，为座椅调节机构设计提供参考。所确定的H点位置是驾驶员下肢舒适的乘坐位置，与驾驶员坐姿密切相关。

硬点尺寸H30是与座椅高。度密切相关的重要尺寸，统计分析表明，不同类型的汽车，H30的取值不同驾驶员姿势随着H30的增大呈一定的变化规律。对于A类车，H30通常在127~405mm之间。

踏板平面角为鞋底与水平面的夹角，根据下式计算，如下图所示。

α=78.96-0.15z-0.0173z2

式中，z为H点到AHP的垂直距离(H30，cm)，它反映了容纳驾驶员群体乘坐的座椅高度。

驾驶员H点布置原理
1-95t百分位男子  
2-5th百分位女子  
3-95th百分位H点
4-H点调节轨迹   
5-5th百分位H点   
6-AHP


H点位置及其调节范围
1-最前H点   
2-H点调节轨迹
3-正常驾驶最后H点(SgRP)   
4-最后H点

加速踏板踵点(AHP)：在加速踏板未压缩时人体模型的踵点在被压塌的地板覆盖件上的点
拇趾参考点(BOF)：在侧视图上过AHP点作人体样板鞋底的切线在该切线上离AHP 点203mm 处的一个点
踏板装置角：在侧视图上踏板平面与水平面的夹角
踏平面角：驾驶员以正常驾驶姿势踏在加速踏板上时在侧视图上鞋底平面与水平面的夹角


加速踏板踵点(AHP)和拇趾基准点(BOF)

类车驾驶员适意驾驶位置线

百分位:A-97.5th  B-95th  C-90th  D-50th  E-10th  F-5G-2.5th  P-加速踏板 M一踵点 AHP一踵点 BOF-拇趾参考点  H-大腿  L-小腿

H点位移与座椅调节量的确定原则
X97.5=936.6+0.613879Z-0.00186247Z2
X95 =913.7+0.672316Z-0.00195530Z2
X90=885.0+0.735374Z-0.00201650Z2
X50=793.7+0.903387Z-0.00225518Z2
X10=715.9+0.968793Z-0.00228674Z2
X5=692.6+0.981427Z -0.00226230Z2
X2.5=687.1+0.8953362 -0.00210494Z2
Xi：第i百分位身材驾驶员H点相对于加速踏板拇趾参考点的水平距离
Z：H点高度

座椅的其他调节量
高度和水平调节；垂直方向：30~50mm；
水平：100~160mm，每级10~20mm。
大腿与腹部夹角：90~115度。
坐垫倾角：5~10度或更大。
靠背倾角：20~45度。
坐垫刚度：根据驾驶员体重调节，保证固有频率不变。

汽车座椅的设计参数(参考)
座椅的几何参数
座高：430-450mm座宽：500mm左右
座深：450mm左右
靠背角：100°~115°范围内，半卧姿乘客座椅靠背角可调至155°

座椅的调节量
高度和水平调节；垂直方向：30~50mm;
水平：100~160mm，每级10~20mm。
大腿与腹部夹角：90~115度
坐垫倾角：5~10度或更大:
靠背倾角：20~45度
坐垫刚度：根据驾驶员体重调节，保证固有频率不变

乘客座椅多为行程不可调节座椅。乘客H点布置需将选定的人体模板根据地板线(考虑压塌量)和前排座椅定位，以第二排乘客H点布置为例，过程如下：

第一步、将前排座椅定于最后最低位置，并选定合适的人体模板；

第二步、根据乘坐时的D点高度画出D点高度线。后排乘客座位常常是三个，如果整车发动机布置形式和驱动方式采用FR型方案,则地板中间的凸包会影响中间乘客座椅高度。为保证舒适性，必须将中间乘客和两旁乘客D点高度差控制在一定范围内；

第三步、保持踝关节角A47不大于130’的条件下，将人体模板脚沿地板线前移，并保证D点始终位于D点线上的同时躯干也相应前移，直至脚或小腿与前排座椅接触。此时的H点作为 SgRP，参考下图。


第二排乘客H点布置
不同类型的车，对乘坐空间要求不同，应选用合适的人体模板。例如:有些家庭用车，前排用于夫妇乘坐而后排则专门为儿童设计，此时可选用小尺寸的人体模板。乘客搁脚位置和脚的姿势对前后座椅间距影响很大，考虑到舒适性和腿部空间要求，一般将乘客的脚布置在前座下面，并使乘客的膝盖与前排靠背后面保持必要的间隙。采用阶梯地板布置可保证前排座椅下部留有足够的搁脚空间，且前后座椅间距变小，有利于小型轿车布置。座椅靠背厚度对乘坐空间影响很大，应根据车的级别合理选择。

汽车座椅动态参数

IS02631人体对振动反应的“疲劳--降低工效界限”

IS02631人体对振动反应的“疲劳--降低工效界限”

人体最敏感的频率范围：
垂直振动为4~8Hz;水平振动为1~2Hz以下。
在2.8Hz以下，同样的暴露时间，水乎振动加速度容许值低于垂直振动。频率在2.8Hz以上则相反。

单质量块单自由度系统模型

ms=m0+rmp

r=0.75或5/7
m0=驾驶座椅簧载质量；mp：驾驶员体重


两质量块三自由度线性系统模型
ISO5982规定：
M1=69.4kg
M2=6kg

C1=1540Ns/m
C2=190Ns/m

K1=68kN/m
K2=24kN/m




f0提高，fr(共振频率)提高，随f0提高，fr变化小共振峰值随f0提高而下降。随阻尼比ξ的提高，共振峰值下降

结论
汽车座椅由于泡沫坐垫ξ≈0.2，且不易控制，一般是通过控制f0来改善乘坐舒适性。f0一般在5~9Hz选取，当悬架固有频率较高，地板谱高频成分多时，f0应取小值;当悬架固有频率较低，地板谱低频成分多时，f0应取大值。