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。
本文基于人机工程学的汽车真皮座椅（驾驶座椅）设计，车型为：丰田FJ酷路泽4.0。目前市场上主要有以下汽车座椅分类：真皮座椅、绒布座椅、儿童座椅及赛车座椅。基于真皮座椅的以下优点，真皮座椅得到了广泛的应用。真皮座椅有以下优点：①容易清洁。相对于绒布座椅来说，灰尘只能落在真皮座椅表面，而不会深入到座椅深层，因此用布轻轻一擦就可以完成清洁工作，对于绒布座椅来说还需要购买座垫等，否则一旦弄脏，就有可能渗入到座椅内部。②更易散热。虽然真皮也会吸热，但是它的散热性能表现更好。夏日正午被阳光灼热的车辆，座椅一定很烫。但如果是真皮座椅，用手拍几下就可以散去热气，或者坐上去一段时间就不会感觉那么烫了。而绒布座椅就没有这么好的散热性。
图1.汽车真皮座椅
第2章 汽车座椅的相关介绍
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2.1 汽车座椅的作用、性能及设计要求 2.1.1 汽车座椅的作用
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。 2.1.2 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
汽车车身设计课程设计 - 5 - 汽车座椅设计
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
2.1.3 汽车座椅的设计要求
根据汽车座椅的功用及性能，有如下的设计要求：
1、座椅的尺寸和形状应使人体具有合适的坐姿并符合国家标准，并能调整其尺寸与位置来保证驾乘的舒适性。
2、座椅应有良好的动态舒适性，以缓和与衰减车身传给人体的冲击和振动，使驾驶员在各种道路条件下长期工作不感到疲劳或减轻疲劳，使乘员在行驶中感到舒适。 3、座椅应有足够的强度和刚度，寿命长。并能在发生事故时尽量减少乘员的受伤程度，即具有足够的座椅安全性。
4、制造工艺简单，质量小，成本低。
5、能保证视野良好，驾驶员工作时操作方便，座椅调节轻便。 6、外形及色彩美观大方，与车身内饰及整车外观协调。 7、座椅布置及性能应符合车辆用途及总体设计要求。
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2.2.1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。 2.2.2 汽车座椅的分类
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
汽车车身设计课程设计 - 7 - 汽车座椅设计
性得到了提高。
2.3 汽车座椅的发展趋势
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。当前汽车产业亟需开发出适合我国生产现状的安全、轻量、低成本的座椅。目前汽车座椅在国际上的发展趋势：1、电动座椅2、悬挂座椅3、记忆座椅4、轻量型座椅5、安全座椅。
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 汽车座椅的理论研究与设计
3.1 汽车座椅设计的基本原则及依据
汽车座椅设计是一项复杂的系统工程，它涉及机械、化工、纺织、喷涂、热处理、美学、力学、人机工程学等多门学科，设计时应依据人机工程学原理综合考虑座椅的舒适性、减振性、安全性以及座椅的合理布置，此外，还要考虑人体生理特征及尺寸，进行量身定做，以提高座椅的乘坐舒适性。 3.1.1 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
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