人机工程学汽车驾驶员座椅2剖析课件.ppt

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1、中北大学车辆工程教研室中北大学车辆工程教研室汽车人机工程学座椅相关知识汽车人机工程学座椅相关知识汽车座椅设计过程 （1）采用95%假人，座椅设定在最后位置确认H点，布置座椅，校核人机工程学；（2）根据确认的三个座标点确认座椅位置，布置座椅和其他相关内饰件的位置和要求；（3）确认座椅的功能、市场定位，以及客户对座椅的性能需求（包括色彩设计，主色调），比如说你是根据国标做，还是要进一步符合美规和欧洲标准的要求，等等；（4）确认座椅的结构形式、确认座椅面料形式；（5）确认座椅造型；（6）确认车身数模的配合问题。驾驶员座椅驾驶员座椅设计驾驶员座椅从人机工程学出发，应满足以下要求：（1）安装位置，座椅尺

2、寸外形应以驾驶员操作需求为基准。（2）不仅需要有足够的刚度和强度，而且其减压弹簧等刚度设计应和汽车整车震动频率相匹配，应有良好的动静态特性。（3）外形设计应和整车设计主调一致。（4）不仅考虑舒适性，也应考虑安全性能。（5）设计工艺性。驾驶员座椅驾驶员座椅设计注意事项：（1）设计过程之前产品考虑工艺性，不应设计难以加工的结构。（2）设计之前，要考虑配套企业提供足够的资料包括配套企业供应零件质量分级表、外装零件装配间隙和公差设定、开发生产零件性能测试计划、大型模具的试模计划和质量管控点等 （3）设计产品试制后的可能的缺陷应该从设计本身涉及的尺寸、材料参数的问题出发结合工艺缺陷和工装缺陷进行修正。驾

3、驶员座椅驾驶员座椅测量基准面测量基准面 人体基准面的定位是由三个互为垂直的轴（铅垂轴、纵轴和横轴）来决定的。矢状面；正中矢状面；冠状面；水平面；眼耳平面。测量方向测量方向(1)在人体上、下方向上，将上方称为头侧端，将下方称为足侧端。(2)在人体左、右方向上，将靠近正中矢状面的方向称为内侧，将远离正中矢状面的方向称为外侧。头侧端头侧端足侧端足侧端内侧内侧外侧外侧人体样板尺寸(一)人体样板尺寸(二)人体样板尺寸(二)侧视方向操作舒适范围侧视方向操作舒适范围前视方向操作舒适范围前视方向操作舒适范围俯视方向操作舒适范围俯视方向操作舒适范围特定人体站立时的线型图人体在靠背和座垫上最合理的体压分布a)靠背

4、b)座垫驾驶员座椅在车身中的布置踏板(相对于座椅)位置对驾驶员施于踏板上的力影响人体工程学操作范围1眼点2肩点3人体工程学操作范围中心E4胯点H用眼椭圆校核转向盘和仪表板的位置乘客座椅设计中的几何参数客车乘客座椅的几何参数一：设计中一：设计中H H点的位置线（完成设计点的位置线（完成设计H H点（点（SgRP)SgRP)定位）定位）A类车的位置线方程 踏板平面角为鞋底与水平面的夹角 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踏板平面角踏板平面角H H点确定和设计的程序点确定和设计的程序 （1）初选踏板AHP，PRP点的高度（和地板平面的距离，AHP点

5、的高度根据经验值作为指导。a：建立整车坐标系；地板高度确定；b：确定前轮中心的X和Z轴的坐标；c：初步确定前围防火板的位置，考虑汽车布置空间，当轮系参数确定，发动机总成和传动总成形式确定，确保必要安装和安全控件，防火板的位置就能确定；d：随后确定油门踏板的安装位置；确定初步PRP和AHP点的和安装地板相对高度位置，（2）初步确定H30硬点参数，H30和汽车的类型相关，对A类车H30450mm，轿车H30小些，跑车最小，Suv较大，越野车最大，这是一个经验取值。（3）确定踏板平面角A47 H H点确定和设计的程序点确定和设计的程序 （4）确定H点布置工具线绘制 1）：随后选定95百分位，50百分

6、位，5百分位来确定适意线曲线函数，这样正对不同百分位点有不同的H点到PRP的相对水平距离，当然作为最总设计H点（SgRP)点，我们通常用95百分位人群来标定 2）：这样我们基本确定了设计H点（SgRP）的在侧视图上和油踏板的相对位置 3）：确定H点在汽车俯视图方向位置即确定SgRP点的在Y轴上的位置 4）：最后进行人机界面校核，确定SgRP的修正值H H点确定和设计的程序点确定和设计的程序 注意：注意：当然以上设计步骤是设计厂商并不知道座椅参数，座椅设计是在设计H点确定后，并进行适当匹配设计，这种设计给后续带来较大的麻烦，经常表现为座椅设计和原本设计H点的参数有较大差异。但是，当我们有座椅参数

7、，知道座椅安装方式，那么，我们可以确定座椅调节的四角行程（最后最低，最后最高，最前最低，最高最低）而成的四边形（大致呈平行四边形）的形心线，形心线和H点（通常为95%百分位）适意曲线函数在侧视图上的交点可作为最终的设计H点，即（SgRP)点在汽车侧视图上的位置点。最后，汽车设计参考点和车身座椅踏板水平距离，汽车地板平面垂直高度，和汽车车身纵向对称中心水平的距离。进而可建立SgRP点在整车坐标体系的位置。眼椭圆在车身视图上的定位眼椭圆在车身视图上的定位二：眼椭圆在车身视图上的定位（绘制眼椭圆）二：眼椭圆在车身视图上的定位（绘制眼椭圆）二：眼椭圆在车身视图上的定位（绘制眼椭圆）二：眼椭圆在车身视图

8、上的定位（绘制眼椭圆）26二：眼椭圆在车身视图上绘制（绘制眼椭圆）二：眼椭圆在车身视图上绘制（绘制眼椭圆）27三：头廓包络的定位和绘制三：头廓包络的定位和绘制ISO3958适用于以下尺寸轿车 （1）座椅背靠角在933-A40 （2）最后H点到锺点的垂直距离127520-H30 （3）H点的水平调节范围130-TL23 （4）转向盘直径330600-W9 （5）转向盘倾角10-70-A18 （6）转向盘中心到锺点距离66152-L11 （7）转向盘中心到锺点的垂直距离530838-H17四：驾驶员室内操作手伸及最大空间界面的确定四：驾驶员室内操作手伸及最大空间界面的确定驾驶员室内操作手伸及最大空

9、间界面的确定驾驶员室内操作手伸及最大空间界面的确定手伸及界面的形状驾驶员室内操作手伸及最大空间界面的确定驾驶员室内操作手伸及最大空间界面的确定汽车驾驶员的手伸及界面手伸界面（曲面表格示范）手伸界面（曲面表格示范）驾驶员室内操作手伸及最大空间界面的确定驾驶员室内操作手伸及最大空间界面的确定与手伸及界面有关的驾驶室内尺寸 1)测量驾驶室的以下几项尺寸(图3-36)。2)计算综合因子G值：3)计算手伸及界面的基准面HR纵向离踵点的距离d，即 4)建立三个正交平面组成的坐标系：基准面HR、驾驶员座椅对称平面以及通过最后H点的水平面，5)测量车辆上欲检验的操作钮件在上述坐标系中的坐标值。6)根据2)中算

10、出的G值及已确定的男女驾驶员比例，从ISO3958标准所制定的表中找到相应的表格检验驾驶员手伸及界面的步骤：检验驾驶员手伸及界面的步骤：座椅设计中的动态参数座椅设计中的动态参数图图3-243-24系统幅频特性系统幅频特性a)a)车身加速度平面度车身加速度平面度b)b)座椅垂直位移车座椅垂直位移车身垂直位移身垂直位移c)c)座椅加速度路面不平度座椅加速度路面不平度座垫的弹性元件和弹性特性座垫的弹性元件和弹性特性 1 1）将座垫的设计频率避开人体对振动最敏感的）将座垫的设计频率避开人体对振动最敏感的48Hz48Hz区域，但区域，但如果座垫设计频率高于如果座垫设计频率高于8Hz8Hz，将会导致弹性元

11、件刚度过大，这样不，将会导致弹性元件刚度过大，这样不仅达不到合理的体压分布，而且冲击频率过高，容易使驾驶员疲劳。仅达不到合理的体压分布，而且冲击频率过高，容易使驾驶员疲劳。2 2）为了避免与车身固有频率）为了避免与车身固有频率1.22Hz1.22Hz相重合，如果取低于相重合，如果取低于1Hz1Hz的弹性元件，运行中振幅将增大，座垫的静挠度将超过的弹性元件，运行中振幅将增大，座垫的静挠度将超过25mm25mm，导，导致布置上的困难，而且要求匹配较大的阻尼。致布置上的困难，而且要求匹配较大的阻尼。3 3）因为振动的传递与所采用的座垫材料有关，所以正确选择）因为振动的传递与所采用的座垫材料有关，所以

12、正确选择弹性元件的材料是非常重要的。弹性元件的材料是非常重要的。相对阻尼系数相对阻尼系数频率响应函数频率响应函数频率比频率比振幅响应振幅响应座椅动态特性座椅动态特性振动的传递性振动的传递性1 1）低频段）低频段|z/qz/q|略大于略大于1 1，阻尼比阻尼比 对这一对这一频段的影响不大。频段的影响不大。0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:12 2）共振段）共振段|z/qz/q|出现峰值，将输出现峰值，将输入位移放大，加大阻入位移放大，加大阻尼比尼比，可使共振峰值可使共振峰值明显下降明显下降。0.1110频率比=/010lg|z/q|-1

13、01-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:1振动传递性振动传递性2 2）共振段）共振段|z/qz/q|出现峰值，将出现峰值，将输入位移放大，加大输入位移放大，加大阻尼比阻尼比，可使共振可使共振峰值明显下降峰值明显下降。0.1110频率比=/010lg|z/q|-101-1lg0.11|z/q|10-2:1-1:1振动传递性振动传递性头枕头枕靠背垫靠背垫安全带固定点安全带固定点背靠框架背靠框架靠背角度调节靠背角度调节 高度调节高度调节座垫座垫底座底座前后移动调节前后移动调节座面座面腰托调节腰托调节五：座椅的构成五：座椅的构成 座垫部座垫部靠背部靠背部五：座椅的构成及作用五：座椅的构成及作用

14、 座垫部部形状维持及强度确保座垫部部形状维持及强度确保.弹簧支座弹簧支座五：座椅的构成及作用五：座椅的构成及作用 座椅前后调节装置保证驾驶员的最佳驾驶条件。座椅前后调节装置保证驾驶员的最佳驾驶条件。滑轨滑轨 总成总成 导轨导轨滑轨控制手柄滑轨控制手柄上导轨上导轨下导轨下导轨C C形形W W形形T T形形五：滑轨五：滑轨 总成总成 座椅的上下调节装置保证驾驶者的最佳驾驶条件座椅的上下调节装置保证驾驶者的最佳驾驶条件.高度调节装置总成高度调节装置总成 LEVERLEVER旋钮式调节旋钮式调节摇柄式摇柄式五：座椅的构成及作用五：座椅的构成及作用 保证保证BACKBACK部的最佳形状部的最佳形状,乘客

15、的位置维持及强度保证。乘客的位置维持及强度保证。背靠背靠 管状构造管状构造冲压钣金骨架冲压钣金骨架五：座椅的构成及作用五：座椅的构成及作用 五：座椅的构成及功用五：座椅的构成及功用 保证驾驶员在长距离驾驶时的腰部舒适度保证驾驶员在长距离驾驶时的腰部舒适度.靠背靠背靠背调节旋柄靠背调节旋柄靠背支撑块（腰托）靠背支撑块（腰托）凸轮式凸轮式滚筒（鼓）轴式滚筒（鼓）轴式不可调弹簧支座不可调弹簧支座五：座椅的构成及功用五：座椅的构成及功用 通过调整的强度通过调整的强度,保证乘客的安全保证乘客的安全.角度调节总成角度调节总成五：调角机构五：调角机构（1 1）五：调角机构（五：调角机构（2 2）五：座椅的构

16、成及功用五：座椅的构成及功用 当受到后方的冲击时当受到后方的冲击时,保证乘客的头脑后部的安全保证乘客的头脑后部的安全.头枕头枕结构示意结构示意自适应翻转自适应翻转上下可调上下可调弹簧悬置弹簧悬置铰链铰链发条发条五：技术应用五：技术应用 车辆受到后方撞击时车辆受到后方撞击时,头枕会向乘客头部后上方推出头枕会向乘客头部后上方推出,以防止乘客以防止乘客 颈部受伤颈部受伤,增大安全性增大安全性 。后方撞击时上移后方撞击时上移五：技术应用五：技术应用DVDDVD头枕头枕靠背风扇靠背风扇按摩装置按摩装置侧面气囊侧面气囊座垫风扇座垫风扇电动导轨电动导轨可外置太可外置太空记忆棉空记忆棉六：座椅相关法规六：座椅

17、相关法规-尺寸尺寸 韩国韩国北美北美欧洲欧洲澳洲澳洲尺寸尺寸a 400b 400a 400b 400a 400c 400d 400800 a 400(1人用)间距间距可调可调e 460e 460-不可不可调调e 650e 650-abc c座垫、靠背部尺寸要求座垫、靠背部尺寸要求座椅间距离要求座椅间距离要求CTR.CTR.e eeeHIP POINTHIP POINT国家国家项目项目单位:mmdH H点点躯干线躯干线2542542542542542541701701001006356356565BUCKETBUCKETBENCHBENCH中国中国北美北美(FMVSS 202)(FMVSS 20

18、2)欧欧洲洲(ECE17.07,EEC96/37)(ECE17.07,EEC96/37)澳洲澳洲(ADR 22/03)(ADR 22/03)一般一般规定定FR ONLYFR ONLYFR RR捷克/波兰/斯洛文尼亚FR ONLY高度高度(H/REST(H/REST 最下端最下端)700 700 800/750,700 750/700,700 700宽度度 BUCKET 170 BENCH 254BUCKET 170 BENCH 254FR:BUCKET 170 BENCH 254RR:170BUCKET 170 BENCH 254头部高度部高度-100-H/REST H/REST 最上端最上端

19、H/REST H/REST 最下端最下端TORSO LINETORSO LINE宽度要求 头部高度要求HIP POINTHIP POINT国国家家项目目单位:mm高度要求六：座椅相关法规六：座椅相关法规-尺寸尺寸 中国中国北美北美欧洲欧洲澳洲澳洲H/REST H/REST 强度判定强度判定a 102a 102a 102a 102备注注-P1负荷 加的状态下加P2的负荷P2 负荷 负荷时从HIP POINT到635mm 点加负荷.国国家家项目目单位:mm6565a aHIP POINTHIP POINTTORSO LINETORSO LINEDTRLDTRLP2P2P1P1BACK PANBAC

20、K PAN TEST TEST 方法方法 1.在BACK PAN 上施加P1(38Kgfm)以 DTRL 为基准.2.P1负荷取消后,在 H/REST上端往下65mm施加 P2负荷(38Kgfm).3.施加P2负荷时,测出H/REST 上端部和 DTRL的距离(a).调节 位置位置 -H/REST:最上端 -SLIDE:最下端 -LIFTER:最下端 -其他 调节器具:设计基准位置635635六：座椅相关法规六：座椅相关法规-强度强度 韩国韩国北美北美欧洲欧洲澳洲澳洲一般一般规定定FR ONLYFR ONLYFR RRFR ONLY备注注碰撞位置-头部受冲击部位的最大力部位,或者如上图所示位置

21、的地方碰撞方向-冲击位置的接线的垂直方向，或者 冲击位置 与表面垂直的方向适用车型-乘用车,4.5ton以下旅行车,货物及特种车H/FORM 速度:24.1Km/hSEAT 调节位置-TORSO角:接近于25-H/REST:最不利的位置 冲击方向-后方冲击:水平长度方向-前方冲击:与垂直面的45方向H/REST無时 只评定前方冲击冲击位置-预计冲击最大的 位置(调节H/REST 最上端 后打击BACK FRM上端的实验也包含)冲击方向-垂直面的 45方向国国家家项目目 TEST TEST 方法方法 /评定基准定基准 -把H/FORM(165,6.8Kg)23.70.5Km/h速度来冲击时 H/

22、FROM的 减速度 不能连续超过3/1000秒以上的80G.SEAT SEAT 调节位置位置 -RECLINER:设计基准 -H/REST 上下位置:最下端 -H/REST 前后位置:设计基准 -SLIDE:最后方 -LIFTER:最下端HIP POINTHIP POINTH/FROMH/FROM六：座椅相关法规六：座椅相关法规-吸能吸能韩国韩国北美北美欧欧洲洲澳洲澳洲负荷施加位置荷施加位置BACK FRAME 上端BACK PAN-适用适用负荷荷P2(38Kgfm)P1(530Nm)-评定基准定基准 TEST后,SEAT FRAME,SEAT ANCHORAGE,SLIDE,LIFTER 装

23、置等,不得发生龟裂,变形等现象.碰撞时的伤害危险性没有增加,说明合格.-国国家家项目目 TEST TEST 方法方法 /评定定标准准 -在HIP POINT瞬间性的往水平方向加38Kgfm的负荷时，可以 承受所受到的力。SEAT SEAT 调节位置位置 -SLIDE:最后方 -其他调节器具:设计标准位置P1P1P2P2(欧洲欧洲)(韩国韩国/北美北美)HIP POINTHIP POINTBACK FRAMEBACK FRAME六：座椅相关法规六：座椅相关法规-强度强度韩国北美欧洲澳洲备注 BELT-IN-SEAT的情况(韩国):SEAT 重量的20倍负荷加 BELT-ANCHOR-TEST 负

24、荷。SEAT 调节位置前后方调节:与欧洲的前后方 SEAT调节相同.后方调节-SLIDE:RR.MOST-RECLINER :设计基准位置-LIFTER :设计基准位置-H/REST :最上端LOCK位置国家项目 TEST TEST 方法方法 /评定基准定基准 -在座椅的重量中心，前后方向加 SEAT 重量20倍的负荷时，可以承受。(韩国/北美:STATIC TEST,欧洲:用30ms做DYNAMIC TEST).SEAT SEAT 调节位置位置(韩国韩国/北美北美)-受冲击最大的位置.或者前后/上下方向的中间位置.(韩国)-满足所有 SEAT 调节位置(北美).P PP PSEAT SEAT

25、 重心重心SEAT SEAT 调节位置位置(欧欧洲洲)-SLIDE:FRT./RR.MOST -RECLINER:设计基准位置 -LIFTER:设计基准位置 -H/REST:最上端 LOCK位置六：座椅相关法规六：座椅相关法规-惯性负荷惯性负荷韩国韩国北美北美欧欧洲洲澳洲澳洲备注注SEAT 调节位置-最前方位置-SEAT 调节位置-RECLINER:设计基准 -SLIDE:RR.MOST-LIFTER:设计基准-H/REST:最上端位置SEAT 调节位置 与欧洲相同国国家家项目目 TEST TEST 方法方法 /判定基准判定基准 -前方向 SEAT的情况 BACK 重量的 20倍,后方向 SE

26、AT的 情况 BACK 重量的 8倍的FORCE加时,LOCKG的解开与否 TEST(STATIC TEST).P PBACK BACK 重心重心P P SEAT SEATSEAT SEAT 调节位置位置(北美北美)-RECLINER:设计基准位置 -SLIDE:RR.MOST -LIFTER:最上端位置 -H/REST:最上端位置六：座椅相关法规六：座椅相关法规-锁止机构强度锁止机构强度 适用对象适用对象:乘用车,MPV/Truck(3856kgf以下),BUS(4536kgf以下)适用地点适用地点:美国(Tether&Lower Anchor)加拿大(Tether Anchor Only)

27、适用时点适用时点:美国(Tether Anchor:00.09.01以后 全车种,Lower Anchor:02.09.01以后 全车种)加拿大(Tether Anchor:99.09.01以后 全车种)判定基准判定基准 如上记负荷负荷时 T/Anchor的任何一个点 都不能移动 125mm以上 如上记负荷负荷时 SFAD2的负荷 作用点不能移动 125mm以上TEST TEST 方法方法:T/Anchor(利用SFAD1 TL方向 15,000N 负荷 or Belt Strap 末端的 水平面上下 20。以内 前方向 5,300N负荷中选择一种方法就行)L/Anchor(利用SFAD2TL

28、方向 11,000N 负荷 and 利用SFAD2 WL平面上 以755 方向 加5,000N负荷)15000N15000N5300N5300N20。11000N11000N5000N5000N755SFAD1SFAD2 六：儿童座椅相关法规六：儿童座椅相关法规 ORORANDAND韩国韩国北美北美(FMVSS 209)(FMVSS 209)欧欧洲洲(ECE16.04,(ECE16.04,EEC96/36)EEC96/36)澳洲澳洲(ADR 5/03)(ADR 5/03)安全安全带类型型FRT.FRT.SIDE:3点CTR.:2 or 3点SIDE:3点CTR.:2 or 3点SIDE:3点C

29、TR.:3点SIDE:3点CTR.:2 or 3点RR.RR.SIDE:2 or 3点CTR.:2 or 3点SIDE:3点CTR.:2 or 3点SIDE:3点CTR.:3点SIDE:3点CTR.:2 or 3点负荷大小荷大小F1:2270KgfF2:1360KgfF3:1360KgfF1:2270KgfF2:1360KgfF3:1360KgfF1:226820.4KgfF2:137620.4KgfF3:137620.4KgfF1:2245KgfF2:1357KgfF3:1806Kgf备注注BELT IN SEAT的情况是基本负荷加座椅重量的20倍评定基准定基准SEAT BELT ANCHO

30、R POINT 无 脱离,BACK上端不突出 HIP POINT 前方向.国国家家项目目F1F1515515515515515515F2F2F3F3水平水平线水平水平线水平水平线2 座椅相关法规座椅相关法规-安全带安全带F3F3F2F23 安全带布置安全带布置七：碰撞安全七：碰撞安全台车碰撞试验台车碰撞试验实车碰撞试验实车碰撞试验内置头部加速度传感器内置头部加速度传感器颈部力传感器颈部力传感器内置胸部力和加速度内置胸部力和加速度传感器传感器腰椎力传感器腰椎力传感器股骨力传感器股骨力传感器小腿力传感器小腿力传感器试验用假人模型试验用假人模型假人模型的建模和网格划分假人模型的建模和网格划分安全气囊展开过程七：碰撞安全七：碰撞安全八：仿真分析，模型简化八：仿真分析，模型简化八：仿真分析，模型简化（计算域边界及网格划分）八：仿真分析，模型简化（计算域边界及网格划分）八：仿真分析，模型简化后应力云图八：仿真分析，模型简化后应力云图