汽车设计课程设计(座椅设计)

《汽车车身结构》课程设计说明书题目：《汽车座椅设计》

院（系）：交通运输与物流学院

姓名：杨文冲

学号：20090827

专业班级：09级交通运输2班

指导老师：李恩颖

设计时间：2012.6.25——2012.6.29

2012年6月29日

目录

摘要 (2)

关键词 (2)

第1章绪论 (3)

第2章基础理论 (4)

2.1汽车座椅的性能 (4)

2.2汽车座椅的结构 (5)

2.3汽车座椅设计的基本原则 (6)

2.4.汽车座椅的舒适 (7)

2.5汽车座椅的体压分布 (9)

2.6 汽车座椅的人体尺寸的研究 (9)

2.7汽车座椅上人体坐姿功能尺寸 (12)

2.8座椅设计的主要参数 (13)

第3章汽车座椅的UG图 (16)

第4章结论 (18)

参考文献 (19)

摘要

众所周知，我国的汽车工业起步较晚，技术落后和缺乏自主研发能力等长期存在的问题仍未得到根本解决。而汽车座椅是人与汽车直接接触的界面，人们驾乘汽车的舒适性主要与座椅有关。随着科学技术的发展和生产力的提高，人们对工作、生活、休息质量的要求也不断提高，以前的那种从产品到人的设计模式己不能满足日益丰富的工业产品的生产以及广大消费者对工业品的期望。这就要求产品设计者在设计产品的时候能充分将人的因素、产品使用的环境因素合理地、科学地运用其中。在设计中必须将人的因素贯穿在整个设计的始终。

技术的发展要围绕人的需求来展开，产品和环境的设计要更好地适应和满足人类的各种需求，这种观点已逐渐在产品的设计生产者和消费者中形成共识。现代的工业设计师已经意识到产品是否能够被用户接受及被接受的程度不仅仅取决于产品的市场因素，而且越来越多地取决于产品的外观造型和人机工程学设计。

驾驶员驾驶姿势直接影响着驾驶员的舒适和健康，关系着是否能够安全、高效准确地驾驶。同时它还决定着舒适程度，以及长期驾驶是否对驾驶员造成生理和心理上的有害的影响。本文结合人机工程学的知识，从人的心理，生理特点出发并结合汽车振动特性，视野范围以及空间分布来分析人与座椅的相互关系和相互作用，从而得出能符合人机工程学标准的，并将舒适性、安全性都考虑到位的汽车座椅的设计。

关键词：人机工程学座椅坐姿舒适度

第1章绪论

汽车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。1886年德国人戴姆勒制成了最早的汽车座椅，其座垫是以棉花等软填料作为芯子，靠背是用木板和木条围成。一百多年来，随着汽车的发展和人们要求的不断提高，汽车座椅已不再是单纯满足乘坐和美观需要的车身部件，而是关系到汽车的驾乘舒适性和安全性，集人机工程学、机械振动、控制工程等为一体的系统工程产品。

随着我国汽车工业的迅猛发展，人们对汽车的乘坐舒适性及安全性等方面的要求越来越高。其中，作为影响汽车舒适性和安全性的重要内饰部件——汽车座椅的设计、研发，已越来越引起汽车业界的重视。我国汽车工业产业部已将汽车座椅列为四十种优先发展的关键零部件之一。汽车座椅是用来支撑成员的质量，缓和和衰减由车身传来的冲击和振动，从而为乘员提供良好的工作条件，并为乘员创造舒适和安全的乘坐条件。因此，座椅设计的好坏，对汽车的平顺性、乘坐舒适性、安全性及操纵方便性等有很大的影响，必需要全面综合的考虑，才能设计生产出满足各方面要求的产品。

作为连接部件的汽车座椅，对其性能要求越来越高，设计与研究领域十分广阔。本课题的主要任务是根据乘员的安全性、舒适性与座椅的动静态特性分析，对长安一款微车的中排座椅进行结构设计，运用绘图软件绘制出中排座椅的三维实体造型。通过查阅相关资料，对汽车座椅相关知识有了较深入的理解，并掌握了汽车座椅的设计思路。

座椅是汽车中将乘员与车身联系在一起的重要部件，其主要的作用是：

1.为人体提供良好的支撑。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稳。

2.为驾驶员提供良好的定位。通过座椅对驾驶员的定位，可以使驾驶员获得良好的视野，并实现了驾驶员对汽车方便的操纵。

3.为乘员提供舒适的驾乘环境。座椅中各种人性化的附属设备以及豪华配置，减少了路面对乘员的影响，缓和和衰减由车身传来的冲击和振动，能为乘员提供优越的驾乘环境。

4.在汽车受到撞击时最大限度的保护乘员的安全。合理的配置头枕和靠背的软垫，能有效的防止乘员的头颈部在汽车发生碰撞时受到伤害。

简而言之，汽车座椅的功能为：在规定的条件下，能够为乘员提供舒适的环境并保证乘员的安全。可见，座椅的安全性及舒适性是其最重要的功能，也是汽车座椅在设计、研发过程中必须着重解决的问题。

1.汽车座椅的舒适性

汽车乘坐的舒适性是汽车研发的重要课题之一，座椅的舒适性是汽车乘坐舒适性的重要组成部分，包括静态舒适性，动态舒适性以及操作舒适性三方面内容：座椅的静态舒适性是指座椅在静止状下提供给人体的舒适特性，主要与座椅尺寸参数、表面质量、调节特性等关；动态舒适性是指汽车在运动状态下通过座椅骨架以及软垫将振动传递给人体的舒适特性；操作舒适性是乘员在车内正常活动（如操纵向盘）的舒适程度，主要与座椅和车内其他部件的布置有关。

汽车座椅的安全性是指座椅能有效的预防事故的发生，并在事故发生时有效的减轻乘员所受伤害的能力。根据座椅在碰撞事故发生时和发生后对减轻乘员伤

害程度的不同作用，可以将座椅的安全性分为主动安全性和被动安全性两个方面。

座椅是汽车中将乘员与车身联系在一起的重要部件，其主要的作用是：

1.为人体提供良好的支撑。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稳。

2.为驾驶员提供良好的定位。通过座椅对驾驶员的定位，可以使驾驶员获得良好的视野，并实现了驾驶员对汽车方便的操纵。

3.为乘员提供舒适的驾乘环境。座椅中各种人性化的附属设备以及豪华配置，减少了路面对乘员的影响，缓和和衰减由车身传来的冲击和振动，能为乘员提供优越的驾乘环境。

4.在汽车受到撞击时最大限度的保护乘员的安全。合理的配置头枕和靠背的软垫，能有效的防止乘员的头颈部在汽车发生碰撞时受到伤害。

第2章基础理论

2.1 汽车座椅的性能

1.汽车座椅的舒适性

汽车乘坐的舒适性是汽车研发的重要课题之一，座椅的舒适性是汽车乘坐舒适性的重要组成部分，包括静态舒适性，动态舒适性以及操作舒适性三方面内容：座椅的静态舒适性是指座椅在静止状下提供给人体的舒适特性，主要与座椅尺寸参数、表面质量、调节特性等关；动态舒适性是指汽车在运动状态下通过座椅骨架以及软垫将振动传递给人体的舒适特性；操作舒适性是乘员在车内正常活动（如操纵向盘）的舒适程度，主要与座椅和车内其他部件的布置有关。

（1）汽车座椅的静态舒适性

人机工程学是根据人体解剖学、生理学、心理学等特征，了解并掌握其活动能力及其极限，使生产器具、生活用具、工作环境等和人体功能相适应的科学。座椅静态舒适性是人机工程学在座椅设计中的具体应用，它通过人体舒适坐姿、合理的体压分布、人体测量的基本数据和视觉美学等方面使设计的座椅满足人的生理和心理要求，为乘员提供舒适、安全的驾驶和乘车环境。

（2）汽车座椅的动态舒适性

一般认为，人体对振动的反应可分为两个过程：一个是振动传递到人后引起的人体各部位的振动响应；另一个是由于人体的振动响应而引起的生理反应。汽车座椅的动态舒适性与座椅以及人体的振动特性密切相关。

（3）汽车座椅的操作舒适性

从座椅的操作舒适性角度考虑，座椅设计应该更趋于人性化，尽量为驾驶员和乘员在整个过程中提供最舒适的工作和乘坐环境。一方面，就座椅的各种调节装置而言，应该是使操作更容易实现，并且更容易达到；另一方面，在保证静态舒适性的前提下，为驾驶员提供更为广阔的操作空间也将成为座椅操作舒适性研究的主要方向。

2.汽车座椅的安全性

汽车座椅的安全性是指座椅能有效的预防事故的发生，并在事故发生时有效的减轻乘员所受伤害的能力。根据座椅在碰撞事故发生时和发生后对减轻乘员伤害程度的不同作用，可以将座椅的安全性分为主动安全性和被动安全性两个方面。（1）汽车座椅的主动安全性

座椅的主动安全性是指座椅能够有效地防止事故发生的能力。座椅系统的设计与驾驶员视野、驾驶员定位以及其它汽车控制系统功能的发挥息息相关，这些系统之间配合的好坏也不同程度的影响座椅的主动安全性。应当指出的是，座椅的舒适性与主动安全性有关，舒适的座椅可以为驾驶员提供一个良好的工作环境，使其心情愉快、精力集中，从而有效地防交通事故的发生，提高汽车的主动安全性。

（2）汽车座椅的被动安全性

座椅的被动安全性是指汽车发生了不可避免的交通事故后，能够对车内员进行保护，避免其发生伤害或使伤害降到至最低程度的性能。一个好的汽车座椅要能够减轻驾驶员及乘员的疲劳来满足主动安全性要求，更要有足够高的结构强度和刚度，以便与安全带和安全气囊一起对乘员定位的同时缓和碰撞的强度，使乘员的损伤达到最小。在加强座椅结构本身吸能性的同时，人们开始研究把安全气囊安装在座椅靠背侧面（如图2－1所示），为乘员提供安全保护。这种带有安全气囊的座椅已经开始应用在各种高档轿车中。

图2-1 带侧碰气囊的座椅

2.2汽车座椅的结构

汽车座椅伴随着汽车的诞生而出现，一百多年来，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、机械振动、控制工程等为一体的系统工程产品。

汽车座椅一般由头枕、靠背、调节装置、座垫和座椅连接件等组成，汽车座椅骨架是汽车座椅的基础结构，可分为靠背骨架和座垫骨架两部分。如下图2－2所示：

图2－2汽车座椅结构示意图

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，并用螺钉直接固定或通过座椅调节机构固定在车身上。座椅行程调节装置、靠背角度调节装置、限位装置等是与座椅相关的一些机械装置。其中座椅行程调节装置是安装在座垫骨架和地板之间，调节座椅与地板的前后和上下位置的机械装置。靠背角度调节装置安装在座垫骨架和靠背骨架之间，是用来调节座椅靠背角度的机械装置。

2.3 汽车座椅设计的基本原则

（1）安全性

座椅设计时首先要绝对保证驾乘者的安全，这就要求座椅要有足够的强度，在发生碰撞时，座椅就能够减轻事故对乘坐者造成的伤害，并能起到一定的保护作用。

（2）操纵方便

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能及的位置，并符合常人的习惯且操纵力量适中。

（3）乘坐舒适

设计的座椅必须能使乘客保持良好的坐姿，使其脊柱自然弯曲，保证合理的体压分布并使其肌肉松弛，血液循环正常；并具有腰椎依托感、腰背部贴和感和侧向稳定感。能有效隔离或衰减路面产生的振动，满足大多数驾乘者坐姿舒适性的要求。

座椅的尺寸须参照人体测量学数据，与就座者的人体测量尺寸相适宜；座椅的靠背结构和尺寸应给予腰部以充分的支撑，使脊柱接近于自然弯曲状态；椅面需有足够的垫料和适当的硬度，保证身体的主要重量由臀部坐骨承担，并使其有

助于体重压力均匀地分布于坐骨附近区域；座椅前缘处，大腿与椅子之间压力应尽量减少；座椅应能使就坐者方便地变换坐姿，灵活平稳地进行体态自动调节，但必须防止滑脱，座椅的形状和尺度与其功用有关。

汽车座椅部件主要包括座垫、靠背、头枕、骨架、蒙皮、减振机构、调整机构等。设计原则的依据是：座垫、靠背的造形和曲线应与人体放松状态下的背部曲线和臀部曲线相吻合，能支撑到腰椎部位，不会因血液循环不良而引起肢体麻木，长时间乘坐不易感到疲劳；骨架及各机构应能满足强度(安全)要求和使用要求，通过对座椅靠背的前后、上下倾斜角度、头枕前后上下等位置的有限调节，使大部分人处于舒适状态。

2.4汽车座椅的舒适

坐姿状态下，支撑身体的是脊柱、骨盆、腿和脚。脊柱是人体的主要支柱，由24节椎骨以及5块骸骨和4块尾骨连结组成，如图2-3所示，其中椎骨自上而下又分为颈椎(共7节)、胸椎(共12节)、腰椎(共5节)三部分，每两节椎骨之间由软骨组织和韧带相联系，使人体得以进行屈伸、侧曲和扭转动作等有限度的活动。颈椎支撑头部，肋椎与肋骨构成胸腔，腰椎、骸骨和椎间盘承担人体坐姿的主要负荷。

图2-3 人体脊椎构造图2-4 人体在各种不同状态下腰椎弯曲形状

由于各节椎骨所承受的重量自上到下逐节增加，因而椎骨由上往下逐渐变粗变大。腰椎部分承担体重最大，所以腰椎也最粗大。这就是脊柱的基本生理形态。由于腰椎几乎承受着人的上体的全部重量，并且要实现弯腰、侧曲、扭转等人体运动，所以最容易损伤或腰曲变形。

从侧面观察脊柱，可看到脊柱呈现颈、胸、腰、骸四个弯曲部位，其中颈曲和腰曲凸向前，胸曲和骸曲凸向后。成年人脊柱的自然弯曲弧形应如图2-4所示，在此情况下，椎骨的支承表面相互位置正常，椎间盘没有错位的趋势。一旦人体改变这种自然弯曲状态，就会引起惟间盘压力改变，致使腰部疼痛。

图2-2所示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900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，以便腰曲弧形自然弯曲，腰背肌肉处于放松状态。

人坐着时，大腿和上身的重量必须由座椅来支承。人体结构在骨盆下面有两块圆骨，称为坐骨结节，如图2-5所示。这两块小面积能够支持大部分上身的重量。覆盖在它们外面的皮肤能获得丰富的动脉血液供应，就象脚底一样;而在臀部的边缘部分，血液循环则大不一样，在这部分静脉较多(包含较少的氧);当人坐着的时

候，覆盖着坐骨结节的皮肤能够更好地经受住持久的压力。因此，座面上的臀部压力分布是在坐骨结节处最大，由此向外压力逐渐减小，直至与座而前缘接触的大腿下部，压力为最小。座垫的柔软程度要适当，坐骨部分的座垫应当是支承性的，它要承受加在座位上的大约60%的重量，而其余部分则应当比它更柔软些，以便能够把重量分布在更大约面积上。座椅靠背上的压力分布，应当是肩脚骨和腰椎骨两个部位最高，此即靠背设计中所谓的“两点支承”准则。靠背的两点支承中，上支承点为肩脚骨提供凭靠，称为肩靠，其位置相当于第5~6节胸椎之间的高度;下支承点为腰曲部分提供凭靠，称为腰靠，其位置相当于第4~5节腰椎之间的高度。不同用途的座椅，两点支承的作用是不一样的。休息用的座椅，体、腿夹角较大(舒适角度约为115度)，坐着时身体向后倾斜，只要肩部分支承稳靠，没有腰靠也能得到舒适的坐姿，因此是以肩靠起主要作用;而一般操作用座椅，由于操作的要求，身体需要略向前倾，肩胖骨部分几乎接触不到靠背，因此只有腰靠起支撑作用，一般无需设置肩靠。腰靠支承是使背疼和疲劳减到最轻的主要措施，否则，将只靠肌肉来维持腰曲弧形，势必引起腰部肌肉疲劳和损伤。考虑到人的身材高矮不同，腰部的位置差别较大，对某些重要的操作座椅，应当具有能调节腰靠位置的装置，有条件的话，最好还要有能调节腰靠凸起形状的装置。

腿的主动脉紧靠着大腿下表面和膝盖的后面，在这个部位上，任何持续的压力都会给人造成极端的不好适和肿胀感觉需要借助于适当减短座深、把座垫前缘修圆和采用较软的泡沫塑料座垫等措施来防止发生这种情况。同时，还要使座面离地板的高度足够低，以便使脚能踩着地板，让人的这个重要部位感觉不到有任何压力。坐骨下面的座面应当近似是水平的。图2-5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。应当注意，斗形的座面不论从什么观点看，都是不适用的，因为它不能适应人体大小的整个系列，它还把身体重量平均地分配在整个臀部，而不是让较多的重量集中在坐骨下面。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2-5股骨正常位置

座椅的设计必须能让人经常地改变自己的姿势和位置，以便减轻压力和活动

伸展各部分肌肉。

2.5汽车座椅的体压分布

人在坐姿状态下，体重作用在座面和靠背上的压力分布称为坐态体压分布，它与坐姿及座椅的结构密切相关，对于体压的研究是目前人们对座椅进行研究的主要方法和参数。体压分布的测量一般采用等高线的形式反映压力分布状况。

（a）靠背(b)座垫

图2-5人体在靠背和座垫上最适宜的体压分布

就座者的骨盆可以比喻为倒立的锥体，与椅面接触的主要是臀部两块薄肌肉层下的坐骨。人体大约75%的重量需由骨盆下两块面积为25cm2左右的坐骨支点(薄肌肉层支承)承受。由坐骨向外，压力逐渐减少。为了减少臀部下部的压力，座面一般应设计成软垫，其柔软程度以使坐骨出支承人体的60%左右的重量为宜，采用软性坐垫，增大臀部与座面的接触面积，就改善了这种压力集中的现象，使整个臀部均承担体重的压力，减缓坐骨下支点处的疲劳，从而可以延长就座时间。但是，不论什么座面，保持一种固定的坐姿时间过长，臀部细血管内参加循环的血液量就会减少，控制身体下部生理机能的功能将会下降，这种持续的复合作用在肌肉上会引起挤压疲劳。只有不断地活动身体才能使身体的各个部分延迟疲劳的到来，对于腰肌也是这样，尽管不同的坐姿对腰椎弯曲形状的影响不同，有的小些有的大些，但是不论哪种姿势，长时间采取一种坐姿总会产生静力疲劳。因此，任何一种座椅在设计时都应考虑变换坐姿的可能性。

人体与座椅之间的压力分布称为坐姿的体压分布，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% )经过臀部、背部隆起部分及其附着的肌肉压在坐椅面上。图为座椅各部位的受力分布。

2.6汽车座椅的人体尺寸研究

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。所以研究人体尺寸模型—用人体模型描述人体尺度是非常有必要的。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立姿尺寸和人体水平尺寸。

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 10000-88《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，我国人体基本尺寸见表2-1。一般人体尺寸都是在立正或正坐的姿势状态下测量的，因为在人体自然状态下测量很容易出现差别。在设计时，通常也要按立正或正坐时的人体尺寸来考虑。

表.2.1我国人体基本尺寸

民族、生活环境和风俗习惯等。经多年研究，我国成年人人体尺寸的国家标准GB 10000-88已经于1987年7月开始实施，它为我国人机工程设计提供了基础数据。该标准提供了代表从事工业生产的法定中国成年人(男子18~66岁，女子18~55岁的人体结构尺寸数据，共七个类别47项人体尺寸数据，包括人体主要尺寸、立姿人体尺寸、坐姿人体尺寸、人体水平尺寸、人体手部和足部尺寸，并分别按性别、年龄段为数列表，其中主要人体结构尺寸如表2.2所示。

装置(如图5-1所示)按GB11563-89中规定的H点确定程序确定座椅H点，并利用调角器调节靠背倾角，与竖直方向近似25度，同时，调节座垫倾角为50度记录此时座椅H点位置。根据前面GB 10000-88的人体结构尺寸数据表可知，身高数据是不连续的。例如:18~66岁的男子在百分数为99时身高为1814mm，在百分数为50时身高为1678mm。若想为身高1700mm的人进行产品设计时，就必须对大量身高为1700mm的被测量者身体各部分的尺寸进行测量统计平均。人体结构尺寸相当多，单独为某种身体尺寸的人进行产品设计显然是非常有限的。如果可以找到测量的人体尺寸的计算公式，当输入身高时，就可以直接计算出所需的其它尺寸数值。统计资料表明:这种公式是存在的，也就是说人体测量尺寸符合统计规律。这种规律就是:人体的结构测量数据与身高、体重存在一定的关系，这种关系可以用经验公式表达。表 2.3列出了以身高为基本参数的主要的人体尺寸经验公式。

三维H点测量装置

人体活动空间尺寸(动态尺寸)是相对于人体静态尺寸而言的。人体静态尺寸，着眼于人体自然结构，而不考虑人的姿态与活动。人体活动空间尺寸，指人体肢体末端能够达到的三维空间范围，着眼于人的日常姿态与活动需要。人体静态尺寸参数虽然可以解决不少工业产品造型设计中有关人体尺寸的问题，但是人在操纵设备或从事某种作业时并不是静止不动的。因此，人们更关心的是以不同姿态工作时人体的手、脚能活动的范围。可及度是指在空间特定位置，通过改变手臂或腿部的方向及伸展长度，手或脚是否能够触及空间内某一物体的评价指标。常用活动尺度表的绘制，是检验可及度的主要手段，是产品设计不可或缺的重要依据之一。在日常生活和工作中，人的动作是十分丰富的，而且会由此产生许许多多活动空间尺度。比如，人的手臂可以上举、平举、侧平举、斜举，可以推、拉、伸、屈、拿、送，沿着不同的方向或角度转动;可以单臂动作、双臂动作、上臂动作、下臂动作、双臂同时动作、上下臂协调动作等等。人的手腕也可以有不少动作方向，人的手指则更为灵活。人的腿脚动作同样多不胜举。如果把人的头部、

躯干与四肢协调配合起来，同时动作，其动作方向、动作幅度、动作数量，几乎可以多到无法统计，故多关节的真实人体空间尺度难以描述。

2.7人体坐姿功能尺寸

所谓产品功能尺寸是指以人体尺寸参量为基础，考虑该产品的某项功能相对人体尺寸参量做修改的产品尺寸。

国家标准规定了不同身高等级的成年人坐姿功能尺寸设计的基本条件、功能尺寸、关节功能活动角度、设计图和使用要求。主要用人体模版来设计和确定坐姿条件下的座椅、工作面、支撑面、调节配件配置是的功效学要求。进行座椅设计，不能不考虑室内特定的范围和环境。人体关节的舒适性是进行座椅设计的主要考虑因素。图2.6表示的是人体各关节之间的关系。

图2.6 舒适的坐姿关节角度

(1)踏脚平面:无论是什么类型的座具，踏脚平面部是确定参数最基本的起点。座面与踏脚平面的尺寸关系，决定了腿的姿态。但踏脚平面只能决定座具的部分参数，因此我们把它当作初始基准。

(2)股骨大转子:又称H点，是股骨围绕锁骨转动的轴心(人体躯干和大腿的铰接点)。具有足蹬式操纵器的坐姿设计，如汽车驾驶姿态设计，一般以H点作为设计基准。

(3)坐骨结节:一般座具通常采用坐骨结节作为设计基准。

(4)座具参考点:又叫SRP点，是人取坐姿时大腿下侧和后背两条包络切线的交点。以上三个基准点，可以通过一定的尺寸相互换算。

座椅的设计要求：有良好的静态特性，即:座椅的尺寸和形状应使人体具有合适的坐姿，良好的体压分布，触感良好，并能调整尺寸与位置，以保证乘坐稳定、舒适，操作方便；有良好的动态特性，以缓和与衰减有车身传来的冲击和振动，保证乘员能较长时间保持坐姿而不感到疲劳。结构紧凑，外形与色彩应美观、大方，与车身内饰相协调，并尽可能减轻房量，降低成本，有良好的结构工艺性。

2.8座椅设计的主要参数

座椅设计的主要参数有：座垫深度、座垫宽度、座垫高度、座垫角度、座垫与靠背的夹角、靠背宽度、靠背高度。

座椅静态参数的选取原则：正常姿势下人体尺寸是座椅几何尺寸确定的基准，以下是座椅主要参数的选取方法：

1、椅面高度：椅面高度应使乘员员大腿接近水平、小腿自然放置，即保证不因椅面过高而使大腿肌肉受压，又保证不因椅面过低而增加背部肌肉负荷，根据经验取高度为350mm。

2、座宽：座宽指的是通过R点且与座椅中心平面垂直的垂面上坐垫的最大宽度。座宽必须能容纳身材粗壮的人。参考尺寸为臀宽，以女性群体尺寸上限为设计依据;为使乘员能调整坐姿，座宽取适当大于臀宽。座宽亦不能太大，否则肘部必须向两侧伸展以寻取支承，这样会引起肩部疲劳。一般轿车的驾驶员及前排座椅宽度取480-520mm，由于CM9微车中排座椅为双人座，根据竞争车型和以往开发经验并根据车内空间尺寸取座宽为860mm。

3、座深：指在座椅中心平面上，坐垫前缘的垂直切线至坐垫最后端线的距离。该尺寸不能太大。正确的座深应使靠背方便地支持腰椎部位。如座深大于身

材矮小者的大腿长(臀部至膝窝距)，座面前缘将压迫膝窝处压力敏感部位，这样若要得到靠背的支持，则必须改变腰部正常曲线;否则坐者必须向前缘处移动以避免压迫膝窝，却得不到靠背的支持，这两种坐姿都是不舒适的。为适应绝大多数驾驶员，座深应当按照较小百分位的群体设计，这样身材矮小者坐着舒适，身材高大的人只要小腿能得到稳定的支持，也不会在大腿部位引起压力疲劳一般轿车驾驶员及前排座椅深度取400-420mm，对于微车，只需满足一般正常的需求并考虑到成本取300mm即可。

4、座面倾角：指座面与水平面所夹角度。座面后倾的作用有两点:一是由于重力，驱干后移，使背部抵靠靠背，获得支持，可以降低背肌静压;二是防止乘坐者从坐缘滑出座面，这对于经常处于震动颠簸环境中的驾驶员座椅非常重要。但是如果座面过分后倾，进行驾驶操作时，脊椎因身体前屈而会被拉直，破坏正常的腰椎曲线，形成一种费力的姿势，同时还会压迫腹部，长期驾驶会造成生理上的伤害。因此倾角不能太大，一般为5°~15°，综合以往经验取倾角为10°。

5、坐垫：坐垫设计首选需确定坐垫深度和坐垫倾角。坐垫深度的设计原则是充分在充分利用靠背的情况下，使臀部得到合理的支撑。人体在坐姿状态下，坐骨与小腿足部构成稳定的支撑。坐垫深度过大时，造成人体躯干相对前移，腰部得不到良好的支撑，引起疲劳；坐垫深度过小时，会因大腿得不到良好的支撑而感到不舒适：因此，坐垫的深度应按臀部至大腿表面全长的3/4设计，一般取400—480mm。坐垫的倾角应兼顾安全性和舒适性，一般为2—10°，此处取5°。

6、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

符合人体曲线，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，使驾乘人员保持稳定的坐姿，还要有足够的侧背支撑，从而避免高速转弯时的横向滑动。设计时，靠背的高度和宽度一般分别为600 mm和480 mm。但此课题为微车且是双排座椅，易取高度为490mm，宽度为790 mm。不同的靠背倾角会导致不同的椎间盘压力及背部肌肉负荷。当靠背倾角超过110°时，椎间盘压力显著减小，所以设计时应考虑合理的靠背倾角。为了提高舒适性，满足驾乘人员在休息时的需求，靠背倾角应为可调式，并且调整范围尽可能大。一般载重汽车为100°～115°，大客车为95°～135°，轿车为80°～170°。根据经验和标杆车数据确定倾角为80°~110°。

7、头枕：头枕主要对乘员的颈椎起依托作用，缓解乘员的疲劳，同时，在紧急制动时，其吸能性对乘员起保护作用，防止紧急制动造成乘员受伤。设计时，根据人机布置确定头枕的设计高度及调节范围。头枕型面应符合舒适性要求。

头枕安装在至少与耳朵上缘平齐的地方，后脑与头枕之间的距离≤20cm。垂直方向拔出力≥250N，头枕杆解锁力≤20N，头枕杆滑动力≤35N，头枕杆插入力≤70N,且升降调节灵活，锁止可靠，应符合GB 11550-1995《汽车座椅头枕性能要求和试验方法》中的规定。

8、座椅骨架：座椅骨架主要包括靠背骨架和坐垫骨架两部分，通常采用直径为20-25mm，壁厚为1-2mm的电焊钢管或无缝钢管弯曲成型方法制造；也可采用1-3mm厚的钢板冲压或滚扎成型的方法制造。出于成本的考虑，本课题采用直径22mm，壁厚为1mm的钢管焊接而成。

9、调角器：调角器安装在坐垫骨架和靠背骨架之间，不仅起靠背翻转作用，而且还是靠背与坐垫的连接件，所以它也是影响乘车安全的功能件。常见的形式为调角器采用向心齿板调节机构限位，用平面涡卷弹簧自动回位式。根据前面的

要求和GB 15083-1994的强度要求，确定靠背设计角为20°，齿距为2，前调角度为30°，后调角度为90°，操作形式为手柄式。

外观造型从抽象到具体的思路展开：

第一阶段：满足座椅的基本要求的座椅设计方案；

第二阶段：满足人体外形尺寸的座椅设计方案；

第三阶段：满足人体生理特性和生理曲线，满足不同人体的尺寸变化的可调座椅设计方案。

座椅的完整模型

汽车座椅的UG图

第4章结论

无论汽车的档次、价格高低，我们相信安全、舒适、美观的汽车座椅对于每一位消费者来说都是必不可少的。汽车座椅的设计也应面向消费者，从消费者的需求出发，最重要的是要保证汽车座椅的安全性。从人机工程学的角度出发，进行汽车驾驶座椅的设计，使驾驶座椅具有良好坐姿舒适性、振动舒适性、操纵舒适性和安全性的必要手段。未来的人性化设计具有更加全面立体的内涵，它将超越人们过去所局限的人与物的关系的认识，向时间、空间、生理感官和心理方向发展，同时，通过现代高科技技术如虚拟现实、互联网络等多种数字化的形式而扩延。总结国内汽车座椅行业应该致力于简化座椅的设计开发过程，大幅度缩短开发周期，减少开发费用和成本，提高产品质量和性能，获得最优化的创新设计产品，这样才能更好地促进我国座椅行业的设计国际化、现代化。我们希望这种汽车座椅的设计可以更好地保护人们的腰部和颈部。同时，要想设法使驾驶员驾车时有更舒适、更安全的驾驶环境，对于当前的汽车座椅设计，高度的运用人机工程学知识，更大的提高人体舒适度，是极为必要，也是势在必行！

参考文献

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[2] 陈家瑞.汽车构造 [M]. 机械工业出版社.2009.

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[5] 王惠军.汽车造型设计 [M]. 国防工业出版社. 2007.