汽车座椅人机工程学分析

2023年12月15日发(作者：ix25现代报价)

目录

一、车型选定：吉利帝豪 ................................................. 3

二、绪论： ......................................................................... 3

三、基础理论： ......................................................... 5

1、手伸及界面： ......................................................................................

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2、H点布置设计： .................................................................................

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3、H点装置及其上的关键点 ..................................................................

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4、硬点： ..................................................................................................

9

5、腿部空间： ........................................................................................

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6、汽车座椅人机工程学分析——人体坐姿生理特性分析 ...............

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7、人体坐姿功能尺寸 ...........................................................................

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8、汽车座椅设计的基本依据 ...............................................................

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四、Ug建模： ......................................................... 16

五、结论： .............................................................. 17

六、参考文献： ......................................................... 17

1 2 一、车型选定：吉利帝豪

帝豪EC718长4635mm、宽1789mm、高1470mm，轴距2650mm。

二、绪论：

随着时代的进步，人们对于交通工具的要求不断提高。对于常用交通工具----汽车，有更高的性能要求，也有更高的舒适性要求。这就促进了汽车座椅设计方面突破和发展。

1984年瑞典整形外科医生阿盖布罗姆（Bengt Akerblom）所著的《站与坐的姿势》，书中详细介绍了人体不同姿势对肌肉和关节疲劳的影响，1954年他完成了著名的阿盖布罗姆座椅靠背曲线。

1968年国际人机工程学会在瑞典召开以座椅设计为主题的研讨会。

工效学原理或是人因工程学原理应用到座椅设计。

而今座椅设计更为科学化：这将意味着座椅设计时将考虑更多的因素，产品也将更加合理。人机工程学在座椅设计时的运用将更加广泛，更加深入。

现代汽车已经不是一个单纯的运载工具，它已经是“人、汽车与环境”的组合体。座椅作为汽车使用者的直接支承装置，在车厢部件中具有非同小可的重要性。汽车座椅的主要功能是为驾驶者提供便于操纵、舒适、安全和不易疲劳的驾驶座位。

座椅造型的基本要点：

3 （1）适应腰曲弧线

（2）靠背必须具有正确的支撑点

（3）正确分布体压

4 三、基础理论：

基于人机工程和统计学，设计达到要求舒适性、操作性，并且适用于大部分人群的车座。

基于统计的学国内平均人体尺寸

尺寸名称

身长

眼高

肩高

坐姿身高

坐姿眼高

肘到坐平距 离

上肢前伸长

大臂长

小臂长

手长

前伸长

男

1688

1585

1421

897

794

245

731

269

247

193

731

尺寸数值

女

1586

1480

1320

849

743

239

689

261

226

179

689

尺寸名称

男

肩窄宽 426

臀宽 334

下肢前伸长 1016

大腿长 422

小腿长 401

足高 71

膝臀间距 551

大腿平长

膝上到足底距 离

膝弯到足底距 离

433

515

406

尺寸数值

女

392

395

977

409

369

66

525

432

480

383

1、手伸及界面：

指驾驶员以正常姿势入座、身系安全带、右脚踩在加速踏板上、一手握住转向盘时另一手所能伸及的最大空间廓面。

5 （1）驾驶员手伸及界面定位

测量数据根据G因子和男女比例分类，对于三点式安全带和两点式安全带各列成21张数据表格，用来构造手伸及界面。G因子：G＜-1.25、-1.24＜G＜-0.75、-0.74＜G＜-0.25、-0.24＜G＜0.24、0.25＜G＜0.74、0.75＜G＜1.24和G＞1.25七档。驾驶员男女性别比例：50 :

50、75 : 25和90 : 10。

手伸及界面上的点位于HR参考面前方，要建立手伸及界面，首先定位HR参考面，之后根据表格中的数据就可以构造出手伸及界面。HR

参考面定位如下：

1）确定设计尺寸和驾驶员男女比例，并根据公式G=0.0018?H30-0.0197?A40+0.0027?W9+0.0106?A18-0.001?L11+0.0024?A17+0.0027?A42-3.0853 计算出G值。

2）根据计算HR面x方向位置，得参考面具体位置

6 2、H点布置设计：

用途：建立车内布置关键参考点和尺寸，主要是H点。

乘员座椅的布置，通过确定不同百分位乘员的设计H点位置来实现。，对于驾驶员座椅，不仅要确定设计H点位置行程，还要确定合理的设计H点调节方式和调节轨迹，位座椅机构设计提供参考。

人体乘坐的舒适和疲劳程度与坐姿关节角度有关。

硬点尺寸H30是与座椅高度密切相关的重要尺寸。H点通常在127-405mm之间。

由于驾驶员乘坐位置于卓伟部件存在密切的人机关系，所以驾驶员座椅的布置对驾驶员安全性、坐姿舒适性、事业和操作方便性都具有重要影响。以95th百分位男子设计H点作为正常驾驶时最后H点。

已知考虑地毯压塌量后的底板线位置、自由状态加速踏板的位置和正常驾驶时D点相对于AHP高度，则驾驶员的H点布置：

1）确定平均设计H点，选定具有50th百分位下肢的人体设计模版，根据乘坐时的D点高度画出D点高度线。根据体腿夹角A42、膝关节角A44和踝关节角A46设置肢体姿势。然后再保持A46不小于87度的条件下，将鞋沿底板线向加速踏板方向前推，前推是保证踵点始终在地板线上，并且人体模版的D点线上。前推至鞋底与自由状态

7 的加速踏板接触后停止，一人体模板上的H点作为正常驾驶是的平均设计H点。对于底板铰接式加速踏板，鞋前推时可能出现踵点首先碰到踏板铰接点，而鞋底面仍不能踏到踏板表面上的情况，则已此时的H点作为平均设计H点位置。

2）确定最前、最后设计H点。通过分析经验确定最前、最后设计H点的水平和垂直调节行程。

3）将5th百分位女子和95th百分位男子的人体设计模版根据地板线和加速踏板定位，检查关节角度的舒适线。定位方法是将人体模版上的H点和设计H点重合，在保持A46不小于87度的条件下，将鞋底的踵点沿地板线前推，直至鞋底与加速踏板接触，完成定位。

4）根据最前、最后和平均设计H点位置确定H点的调节轨迹。

8 3、H点装置及其上的关键点

H点装置用于建立车内布置的关键参考点和尺寸。有两种装置可用来定义H点，即H点测量装置。HPM用于对尺寸进行审核和测量对比的设备，HPD是设计中用于乘员布置的CAD工具。在HPM和HPD上，定义了与设计和人机关系相关的点和参考线，包括H点、D点、K点、躯干线、腿线和坐垫线等。

D点： 是坐姿状态下H点装置臀部的最低点。

K点: H点装置上大腿与小腿的铰接点，即膝关节点。

躯干线: H点装置上自H点出发，平行于后背腰部区域外表面，用于定义躯干线角度的直线

腿线: 是连接腿部两端关节的直线，包括大腿线和小腿线。大腿线连接H点和K点，小腿线连接K点和踝关节点。

坐垫线: H点装置上，自H点出发，用于定义坐垫角度的直线。

4、硬点：

硬点：是对于整车性能、造型和车内布置具有重要意义的关键点

硬点尺寸：指连接硬点之间、控制车身外部轮廓和内部空间，以满足使用要求的空间尺寸。

9 关于H点的确定，选取最有方案，以达到最佳结果。

10 5、腿部空间：

根据硬点位置确定腿部躯干线位置。

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。

11 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。

6、汽车座椅人机工程学分析——人体坐姿生理特性分析

坐姿时脊柱的形态：人坐着时，身体主要由脊柱、盆骨、腿和脚支撑。脊柱位于人体的背部中央，是构成人体的中轴。人处于不同的坐姿时，脊柱形态不同，只有座椅的结构和尺寸设计使驾驶员的脊柱形态接近于正常自然形态，才会减少腰椎的负荷以及腰背部肌肉的负荷，防止驾驶疲劳发生。

坐姿体压分布：当座椅上的人处于坐姿状态时，人的身体重量作用于座垫和靠背上的压力分布称作坐姿的体压分布。可见，坐姿体压分布包括座垫上的体压分布和靠背上的体压分布两部分。

座垫上的体压分布：根据人体组织的解剖学特性可知，坐骨结节处是人体最能耐受压力的部位，适合于承重，而大腿下靠近表面处因有下肢主动脉分布，故不宜承受重压。据此座垫上的压力应按照臀部不同部位承受不同压力的原则来分布，即在坐骨处压力最大，自大腿部位时压力降至最低，这是座垫设计的压力分布不均匀原则。图1为坐姿

12 时座垫上的体压分布。 靠背上的体压分布：靠背上的体压分布也以不均匀分布，压力相对集中在肩胛骨和腰椎两个部位。从这两个部位向外，压力应逐步降低。

座椅尺寸结构设计

驾驶座椅尺寸结构设计的研究把注意力集中在人体生理结构特点对驾驶舒适程度的影响上，寻求最佳的座椅结构形式、尺寸、轮廓形状及材料选择。

座椅尺寸设计

座椅尺寸设计主要参数包括：椅面高度、宽度、深度、椅面倾角；靠背的高度、宽度和倾角。座椅尺寸设计涉及主要参数如图2所示。

椅面高度A：椅面高度定义为椅面前缘至驾驶员踵点的垂直距离。在设计时主要考虑到两点：椅面过高会使大腿肌肉受压，椅面过低就会增加背部肌肉负荷，驾驶座椅的椅面高度应低些。

椅面宽度B：在空间允许的条件下，以宽为好。但对于汽车驾驶座椅来讲，驾驶员坐姿单一，不涉及变换姿势，通常设计应满足最宽人体需要为准。

椅面深度C：指椅面前缘至靠背前面水平距离。其尺寸应满足：腰部得到靠背的支撑；椅面前缘与小腿之间留有适当距离，以保证大腿肌肉不受挤压，腿弯部分不受阻碍。

靠背高度D及宽度：靠背的高度和宽度与坐姿肩高和肩宽有关，13 对于汽车驾驶座椅靠背的高度应采取高靠背，最好加靠枕。

靠背倾角α：靠背倾角是指靠背与椅面水平方向的夹角。

椅面倾角β：指椅面与水平之间的夹角。主要考虑到为了防止人体臀部向前滑动而是椅面前缘向后倾。此角不易过大，否则会增加大腿下平面与座垫前缘的压力，从而减少双脚着地的负荷，阻碍血液循环，引起身心疲劳。

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。

8、汽车座椅设计的基本依据

（1）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

14 别为600 mm和480 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°。此外，腰部支撑和扶手也可以减少椎间盘的压力。设计时，腰部支撑要有一定的厚度、硬度和透气性，确保乘坐人员的体重能够均匀地分布于座盆区域。腰部支撑的位置应处于第3至第5腰椎部位，且支撑厚度以5 cm左右为宜。腰部支撑分机械支撑和空气支撑。机械支撑是通过机械装置支撑人体，支撑部位为刚性，舒适性差。空气支撑是用空气气囊来支撑人体，通过气囊控制阀控制气囊的充放气，使腰部得到良好的保护和有效支撑。腰支撑气囊一般采用0.4～0.8mm厚的聚氨酯板经高频焊接而成具有工艺简单、成本低、耐磨性好、耐老化、使用寿命长等特点，目前已得到广泛推广。腰支撑气囊控制阀除可以控制气囊的进排气外，还能起溢流保护的作用，即当气囊内压力超过气囊的额定压力时，气囊控制阀溢流卸压，保证气囊的安全使用。目前我国新开发出一种新型空气腰支撑装置，该装置可以按一定的顺序和频率有规律地对颈部、肩部、腰部等气囊进行充气、放气，利用气囊有规律的瘪或胀，实现对腰肩、颈等部位的挤压，达到局部按摩的目的，大大提高了舒适性座椅扶手的安装位置应符合人体坐姿时肘部的高度尺寸，一般安装在距座垫水平面高250 mm处。座椅扶手有固定式、角度可调式和可翻转式，可翻转式又有横向翻转

15 式和纵向翻转式。

（2）座垫

座垫设计主要是座垫深度和坐垫倾角的确定。座垫深度的设计原则是在充分利用靠背的情况下，使臀部得到合理支撑。人体在坐姿状态下，坐骨与小腿足部构成稳定的人体支撑。座垫深度过大时，造成人体躯干相对前移，腰部得不到良好的支撑，引起疲劳；座垫深度过小时，会因大腿得不到良好的支撑而感到不舒适：因此，座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。座垫的倾角应兼顾安全性和舒适性，一般为2°～10°。

四、Ug建模：

16 五、结论：

汽车座椅作为直接与人体接触的部件，对汽车的安全性有着重要的影响。良好的座椅结构不仅能够提高驾乘舒适性，而且直接关系着乘员的安全。对座椅进行了人机工程学的分析研究，从满足人体脊椎正常生理弯曲的这一要求出发，考虑人体的健康、舒适及相关的坐姿特性，将座椅的设计重点主要放在影响座椅静态舒适性方面的因素即座椅与人体的尺寸和生理特征的匹配。

随着汽车工业的不断发展，人们对汽车的各个性能要求的不断提高，汽车座椅将得到更多的重视。一个设计良好的汽车座椅，不仅能够提高整个汽车的舒适性，操作方便性等性能，也会成为汽车品牌之间有力的竞争手段。同样随着科技的进步和汽车性能的提高，制造者走上了以人为本的方针，从人群的健康和安全方面出发，设计更好更优的产品。

六、参考文献：

（1）黄金陵、任金东，机械工业出版社《汽车车身设计》

（2）陈家瑞等，机械工业出版社《汽车构造(下册)》

（3）肖艳荣，《座椅舒适度与人体工程学》

（4）璞良贵、纪名刚等，高等教育出版社《机械设计》

（5）余志生，机械工业出版社《汽车理论》

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