（设计艺术学专业论文）汽车座椅及头枕设计中的元素分析和发展研究.pdf

汽车座椅及头枕设计中的元素分析和发展研究 摘要 自1 8 8 6 年德国的卡尔本茨发明汽车以来，汽车这一现代文明的象征 物到今天已经发挥着重要的作用。汽车产业是国民经济重要的支柱产业， 产业链长、关联度高、就业面广、消费拉动大，在国民经济和社会发展中 发挥着重要作用。随着国家对汽车产业支持力度的提高，以及国外汽车销 售产业对我国汽车购买市场的充斥，汽车的保有量在逐年的增大。由此而 来的安全问题也越来越引起人们的重视。 汽车座椅及头枕部位的设计是解决安全问题的重要方面之一，汽车座 椅的安全性我们可以将其分为汽车座椅的主动安全性与被动安全性两方 面。提高座椅安全性能的研究对于保护乘员的安全，减少事故中乘员受到 伤害具有很重要的意义。在计算机技术高度发达的今天，在计算机上对所 研究的问题进行仿真分析是一种既现实又经济的方法。有限元法是以计算 机为手段的一种电算方法，能够有效地解决复杂的工程力学问题。 在多数人应用工程力学的相关理论，分析研究汽车座椅及头枕的安全 性问题时，作为一个研究设计艺术学的人不难想到，可否从设计的角度去 重新思考问题。在研究设计时，我们曾经提出设计是人类创造性的真实体 现，唯一的真实是创造，创造思维是人类所独具的。千百年来人们凭借着 创造性的思维，不断认识世界，改造世界。我们所创造的一切成果，都是创 造性思维的外现和物化。从某种程度上讲创造性思维与一般思维的不同点 主要在于它具有新颖性、独创性及突破性。 本课题将尝试在理论数据支持的基础上，从创造性思维的角度分析研 究，汽车座椅及头枕保持的安全问题。在深入研究过程中，我们将从以下 几个方面入手：一、应用调查研究的方法，了解近几年汽车工业的发展状 况，从而得出一些比较，对汽车座椅及头枕的结构、功能、性能等方面进 行探索；二、阐述汽车座椅及头枕的安全问题，分析安全问题的类型，为 设计思路开拓方向；三、探索座椅的历史，只有了解历史才能在他人的基 础之上有新的突破；四、创造性的思维为我们的设计思路开辟了新的方向， 设计是社会文明的有机组成部分，合理利用设计思维提升设计感觉，在功 能和形式中寻找”安全 ；五、进入现代社会，计算机技术高度发达，在 计算机上对所研究的问题进行仿真分析是一种既现实又经济的方法。有限 元法是以计算机为手段的一种电算方法，能够有效地解决复杂的工程力学 问题；六、探讨利用计算机的分析数据和设计艺术体系中的设计元素，为 设计师完成产品设计的实现方式、具体应用功能和发展趋势，提供一些新 的思路。 关键词：汽车座椅，头枕，安全性，设计元素，人体工程学 l i t h ee l e m e n t a la n a l y s i sa n dd e v e l o p m e n t s t u d yo fc a rs e a ta n dh e a dr es t r a i n d e s i g n a b s t r a c t s i n c ec a r lb e n z ，g e r m a n y , l n v e n t e dt h ea u t o m o b i l ei n18 8 6 ，a st h e s y m b o lo fm o d e mc i v i l i z a t i o n ，i th a sp l a y e da ni m p o r t a n tr o l et ot h i sd a y t h e a u t o m o b i l ei n d u s t r yi st h ei m p o r t a n tp i l l a ri n d u s t r yo fn a t i o n a le c o n o m y , w h i c h h a sa l o n gi n d u s t r i a lc h a i n ，t h eh i g h e ra s s o c i a t i o n ，aw i d er a n g eo fe m p l o y m e n t a n dl a r g ec o n s u m p t i o ns t i m u l a t i o n ，a n di nt h en a t i o n a le c o n o m ya n ds o c i a l d e v e l o p m e n t i t p l a y s a n i m p o r t a n t r o l e w i t ht h e i m p r o v e m e n to ft h e g o v e m m e n t ss u p p o r to f a u t o m o b i l ei n d u s t r y , a sw e l la st h ep o s s e s s i o no fo u r c o u n t r y s c a r p u r c h a s em a r k e tb yf o r e i g n a u t o m o b i l es a l e s i n d u s t r y , a u t o h o l d i n g sa r ei n c r e a s i n gy e a ra f t e ry e a r t h es e c u r i t yp r o b l e m sc a u s e db yi th a v e a l s oa t t r a c t e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n t h ed e s i g no fc a rs e a ta n dh e a dr e s t r a i n ti sa ni m p o r t a n ta s p e c tt os o l v et h e s e c u r i t yp r o b l e m s ，a n dt h es a f e t yo f c a rs e a tc a nb ed i v i d e di n t ot h ea c t i v es a f e t y a n dt h ep a s s i v es a f e t y i m p r o v i n gt h es a f e t ya n dp e r f o r m a n c eo ft h es e a th a sa v e r yi m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e f o rp r o t e c t i n gt h ec r e wa n dr e d u c i n ga c c i d e n t i n j u r i e s i n t h et o d a y s h i g h l yd e v e l o p e dc o m p u t e rt e c h n o l o g y , as i m u l a t i o n a n a l y s i si sb o t hr e a l i s t i ca n de c o n o m i c a la p p r o a c ho ts t u d yt h eq u e s t i o ni nt h e c o m p u t e r f i n i t ee l e m e n tm e t h o d ，t h ee l e c t r i cm e t h o db a s e do nac o m p u t e r , c a n e f f e c t i v e l ys o l v et h ec o m p l e xp r o b l e mo fe n g i n e e r i n gm e c h a n i c s w h e nm o s to fp e o p l ea r er e s e a r c h i n go nt h ec a rs e a ta n dh e a dr e s t r a i n t s e c u r i t yi s s u eb ym e a n so fa p p l i c a t i o no fe n g i n e e r i n gm e c h a n i c st h e o r y , a sa n a r td e s i g nr e s e a r c h e r , i ti sn o td i f f i c u l tt ot h i n ki fw ec a ng of r o mt h ed e s i g n p o i n to f v i e wt or e - c o n s i d e rt h ei s s u e i nt h es t u d yo fd e s i g n ，w eh a v ep r o p o s e d t h a td e s i g ni st h et r u ee m b o d i m e n to fh u m a nc r e a t i v i t y , t h eu n i q u et r u t hi s c r e a t i o n ，a n dt h ec r e a t i v et h i n k i n ga r eu n i q u ef o rh u m a n s f o rt h o u s a n d so f y e a r sp e o p l e ，d e p e n d i n g o nc r e a t i v e t h i n k i n g ，h a v e b e e n c o n s t a n t l y u n d e r s t a n d i n ga n dt r a n s f o r m i n gt h ew o r l d w h a tw eh a v ec r e a t e da r ea l lt h e r e s u l t so fc r e a t i v et h i n k i n g t h ed i f f e r e n c eo fc r e a t i v et h i n k i n ga n dt h eg e n e r a l i i i t h i n k i n gt os o m ee x t e n tl i e sm a i n l yi ni t sn o v e l t y , o r i g i n a l i t ya n db r e a k t h r o u g h t h es u b j e c tw i l la t t e m p tt oa n a l y z ea n ds t u d yt h es e c u r i t yi s s u e so f c a rs e a t a n dh e a dr e s t r a i n to nt h eb a s i so ft h e o r e t i c a ld a t a i n d e p t hr e s e a r c hp r o c e s s ，w e w i l lb e g i nf r o mt h ef o l l o w i n ga s p e c t s ：1 b yt h ea p p l i c a t i o no f i n v e s t i g a t i o na n d r e s e a r c hm e t h o d s ，i ti n t r u d u c e dt h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o b i l ei n d u s t r yi nt h e p a s t 士e wy e a r si no r d e rt od r a ws o m ec o m p a r is o n ，a n de x p l o r e dt h es t r u c t u r e t u n c t i o n ，p e r f o r m a n c e ，e t co ft h ec a rs e a ta n dh e a dr e s t r a i n t s ；2 i ti n d i c a t e dt h e s e c u r i t yp r o b l e mo fc a rs e a ta n dh e a dr e s t r a i n t s ，a n d a n a l y z e dt h et y p e so f s e c u r i t yi s s u e s ，d e v e l o pi d e a sf o rt h ed e s i g nd i r e c t i o n ；3 t oe x p l o r et h eh i s t o r y o fc h a i r s ，b e c a u s eo n l yk n o w i n gt h eh i s t o r yo fi t s p e o p l ei st h ef o u n d a t i o no fa n e w b r e a k t h r o u g h ；4 c r e a t i v et h i n k i n g h a so p e n e du pan e wd e s i g nd i r e c t i o n f o ro u rd e s i g n d e s i g nt h i n k i n gi sa ni n t e g r a lp a r to f t h ec i v i l i z e ds o c i e t y , a n dh e r a t i o n a lu s eo fl tc a nu p g r a d et h ed e s i g ns e n s ea n di ns e a r c ho f “s e c u r i t y f r o m f u n c t i o na n df o r m ；5 t oe n t e rt h em o d e ms o c i e t ya n di nt h e t o d a y ，sh i g h l v d e v e l o p e dc o m p u t e rt e c h n o l o g y , as i m u l a t i o na n a l y s i si sb o t hr e a l i s t i ca n d e c o n o m i c a la p p r o a c ho ts t u d yt h e q u e s t i o ni nt h ec o m p u t e r f i n i t ee l e m e n t m e t h o d ，t h ee l e c t r i cm e t h o db a s e do nac o m p u t e r , c a ne f f e c t i v e l ys o l v et h e c o m p l e xp r o b l e mo fe n g i n e e r i n gm e c h a n i c s ；6 t oe x p l o r et h ea p p l i c a t i o no f c o m p u t e ra n a l y s i so fd a t aa n dd e s i g ne l e m e n t si nd e s i g na r ts y s t e m a n d p r o v i d e s o m en e wi d e a sf o r d e s i g n e r st of i n i s hi m p l e m e n t a t i o na p p r o a c h ，s p e c i f i c a p p l i c a t i o nf u n c t i o na n dd e v e l o p m e n tt r e n d so f p r o d u c td e s i g n k e yw o r d s ：c a r s e a t ，h e a d r e s t ，s a f e t y ，d e s i g ne l e m e n t s ，e r g o n o m i c i v 陕两科技人学顾i ：学位论文 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行 研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律责任由本人承担。 论文作者签名：2 生塑k 一 日 期：上鲤乒圭月一 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：，墨三建 导师签 、 e l 期：2 q q 窆生旦 汽车座椅及头枕设计中的元素分析和发展研究 1 绪论 1 1 课题研究背景 陶器代表着中国文明的历史已经存在了上千年的历史，而现代文明象征物之一的汽 车自1 8 8 6 年被德国人卡尔本茨发明以来，至今也已走过一百二十余年的历程。在这期 间，汽车从内部到外部都发生了翻天覆地的变化，其内涵和外延也不断被人们重新定义。 二战后，随着世界经济的发展以及个人消费能力的逐渐扩大，当代家用汽车工业得以迅 猛的发展，汽车与人们的同常家居生活的关系也越来越紧密，同时形成了消费者心中独 特的汽车文化。进入2 0 0 9 年为应对国际金融危机的影响，落实党中央、国务院保增长、 扩内需、调结构的总体要求，稳定汽车消费，加快结构调整，增强自主创新能力，推动 产业升级，促进我国汽车产业持续、健康、稳定发展，特制定汽车产业调整和振兴规 划，作为汽车产业综合性应对措施的行动方案。规划期为2 0 0 9 - - 2 0 1 1 年，此规划的制 定无疑为汽车产业带来了新鲜的空气。 从现在的生活现状我们可以看出，无论是中国人或是外国人，对汽车的选择更加的 自由，当然在我的这篇论文中我们主要讨论的是对家用汽车的设计想法。那如此多的汽 车品牌，在购车时我们如何选择，如何消费将是最为重要的。当然品牌因素，价格因素 占据了我们的主要想法，可是如果在这两者相同的情况之下，我们如何去选择更为理想 的家用车呢? 这时也许是汽车的性能、设计、外观就是我们比较看重的。也就是说，设 计将决定他们最终的命运。而汽车生产企业为了在市场竞争中立于不败之地，所能做的 重要工作之一就是不断在汽车的外观造型上下功夫，这样可以博得更多的青睐者。从而 最终赢得市场，赢得消费者。 我们都知道，现代轿车的含义已经不仅仅是一个单纯的运载工具，它已经是“人、 汽车与环境的组合体。而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。座椅设计时应同时满足以下五点基本要求：a ) 座椅的合理布置； b ) 座椅外形要符合人体生理功能；c ) 座椅应具有调节机构；d ) 座椅有良好的振动特 性；e ) 座椅必须十分安全可靠。 座椅安装位置的尺寸也是很重要的，它直接影响到使用者的便利性和舒适性。座椅 布置要体现出人体工程学的要求。驾驶座椅是最关键的座椅。它的基本要求是布置合理， 操纵方便，即乘坐时驾驶者对方向盘、操纵杆和踏板的良好可及性。由于欧美和亚洲人 身材的差异，一些国家汽车的座位十分宽阔，一些国家汽车的座位相对狭小。由于同一 地区的人群，也有男性和女性的差异，高大和矮小的差异，驾驶座椅必须要有调节机构， 陕两科技人学硕i ：学位论文 以适应大部分人的身材。“大部分人 这个概念，轿车设计师采用一种二维的人体样板， 它根据高度将总人群划分为不同的群组：5 ( 所有驾驶者中的5 身材较矮小或等于这尺 寸，其余9 5 身材较高大) ；9 5 ( 所有驾驶者中的9 5 9 6 身材较矮小或等于这尺寸，其余 5 身材较高大) 。 汽车工业中所应用的总范围在5 和9 5 之间，也就是包括了9 0 人群。例如设计可 调节座椅与踏板之间的距离，适应尽可能多的驾驶者身材，在这里一般取5 的女性及 9 5 男性人体样板。 驾驶座椅对方向盘、操纵杆和踏板的可及性决定了人体乘坐的姿势，姿势是由座椅 的安排位置和形状设计所决定的。驾驶者乘坐姿势不理想就容易疲劳甚至引起劳损。因 此，日本及欧美各大车厂设计驾驶座椅位置都有基本姿势、头部、肩部、手臂、腹部、 腿部等活动空问的参考数据，不能随心所欲。 汽车产业的发展代表着一定得国民经济，是国民经济重要的支柱产业，产业链长、 关联度高、就业面广、消费拉动大，在国民经济和社会发展中发挥着重要作用。设计元 素是支撑这一产业的方向之一，在国际大环境的影响之下，汽车产业正向着良性发展阶 段前进【。 1 2 课题研究的目的和意义 从设计的角度考虑，我们可以认为在我们的生活中，唯一的真实是创造，然而艺术 的目的是为了建造一个独立于自然王国的领地，艺术家最值得推崇的就是创造力。重要 的是创造，别的都不重要：创造就是一切。现代主义艺术理论把艺术家推上了创造力的 竞赛舞台。虽然是“你方唱罢我登场”，都力求证明自己如何与众不同，但他们都一致 呼唤创造力。嘉博认为艺术和科学一样都是创造性活动。“人类的创造精神固然只是自 然的一部分，但是建造人类精神和物质大厦的一切重要能源却唯有从这一部分中吸取。 作为自然界中的一个成果，它完全有理由被认为是自然进一步发展的动力。”我们从这 话中很容易就能感受到现代艺术家的强力意志。贝克曼更是认为，想象力是人类最明确 的特征，排除无聊的方法就是要不停地谈论绘画、作曲，不停地烦扰、刺激我们自己， 直到我们的想象力完全枯竭【2 】。 既然众人都说艺术是没有国界的，那么在我们的生活中艺术的氛围是随处可见的， 小到我们的家居环境，大到我们的室外空间，尤其是现代如此信息发达的社会，我们可 以用一句话总结，设计的感觉已经深入到我们的实际生活空间。包豪斯艺术学院的建立 带动了实用艺术的发展，为在艺术中生活的人们注入了新鲜的空气。从我国的实用艺术 教育看，工业设计相对于其他的学科领域是全新的，我们在分析他的同时也可以认为， 工业设计是一种文化事业，这是中国提升产品文化竞争力过程中一个重要命题。过去中 国工业设计主流论述是往经济与工程的靠拢，将新产品设计开发视为其核心专业活动， 2 汽车庄椅及头枕设计中的i 素分析发燧研究 蓝以“形式一机能”、“技术市场”等二元对立来理解产品。前者大多是遵循现代主义 “形式追随功能”的教条，后者则不外是强调技术创新主导消费市场的生产导向派和注 重消费者需求引导产品技术创新的市场导向派。这西者过去很少受到质疑，直到上世纪 八十年代后情况才大有改变。“存在”的问题是工业设计发展最根本的哲学基础。不论 有多少种可能的答案，忽略了产品象征意义的层面，就根本无法掌握当今工业设计专业 的基本性质。上述的问题或多或少都牵扯到文化层面，要掌握工业设计的本质就不能无 视于文化课题。其次，过去的技术与市场观点一方面偏执于消费者的基本需求与好用、 可用、实用的设计考虑，忽略了较高心理层面上的需求、渴望与身份认同。 汽车设计不同于艺术是凼为艺术可以以完全主观的形式存在可以标新立异。和工业 设计相同汽车设计都是要讲求市场效益的。汽车造型更多要寻求一种为相当数量的人所 能接受的美。车型的产量越大其设计就要迎合更多的人的胃口，这也就是为什么年产百 万辆级的大众高尔夫的设计相对于法拉利的设计显得平淡。法拉利有着非常目标化的市 场群体，拥有财富。讲求个性，咀及年轻化的思维。查阅许多相关的资料，我们可以发现。 汽车设计考虑的方向之多，大家都非常注重汽车的安全性能，能代表人民生命安全的往 往是最为重要的方向。其中汽车座椅及头枕的设计就是重要的部分之一。许多汽车生产 厂商都在注重这个环节的设计工作，甚至通过开发有限元设计系统来测定相关数据，以 求验证安全指数。那在汽车座椅及头枕的设计过程中，有数据测定必然就存在外观设计， 如何从设计元素的较多出发探讨设计思路，测定设计数据，是我的一些新的想法。希望 在前辈工作的基础之上有所新的突破。 1 3 课题研究的内容 通过调查研究，我们可以根显然的发现，汽车座椅由座垫、靠背、侧背支撑、头枕 等组成( 如图1 - 1 ) 它们具有一定的表面形状，座面和靠背的外形曲线应与人体放松 状态下的背部 * 口螂t 乎晴 图卜l 汽丰座椅及头枕的结构图 f i g1 1c a r $ o a ta n d h e a dr e s i r ta i n tsc h a r 陕两科技人学硕j ：学位论文 线相吻合，乘员入座后座椅的表面形状与体压分布能使乘员的肌肉处于最放松的状态， 曲能支撑到腰椎部位，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。 通过对座椅的前后上下、靠背的倾斜角度、头枕前后上下等位置的有限调节，可以使大 部分人处于舒适状态。 座椅安装位置的尺寸是很重要的，它直接影响到使用者的便利性和舒适性。座椅布 置要体现出入体工程学的要求。驾驶座椅是最关键的座椅。它的基本要求是布置合理， 操纵方便，即乘坐时驾驶者对方向盘、操纵杆和踏板的良好可及性。由于欧美和亚洲人 身材的差异，一些国家汽车的座位十分宽阔，一些国家汽车的座位相对狭小。 有限元分析，即使用有限元方法来分析静态或动态的物体或系统。在这种方法中一 个物体或系统被分解为由多个相互联结的、简单、独立的点组成的几何模型。在这种方 法中这些独立的点的数量是有限的，因此被称为有限元。由实际的物理模型中推导出来 得平衡方程式被使用到每个点上，由此产生了一个方程组。这个方程组可以用线性代数 的方法来求解。有限元分析的精确度无法无限提高。元的数目到达一定高度后解的精确 度不再提高，只有计算时间不断提高。 有限元分析可被用来分析比较复杂的、用一般地代数方法无法足够精确地分析的系 统，它可以提供使用其它方法无法提供的结果。在实践中一般使用电脑来求解在分析时 出现的巨量的方程组。 由于社会的进步，以及国家对汽车行业的支持，还有各种有利于消费者购车政策的 出台，促使汽车在社会中的保有量在逐年增加。由此而带来的安全隐患问题已经越来越 明显了，提高生活质量，减少由于交通事故带来的各种伤害是我们研究的重点。根据研 究表明汽车座椅在交通事故中起到了相当大的作用。汽车座椅及头枕的设计在很大程度 上是依赖与有限元设计系统得出相关数据，从而有力的证明了汽车座椅及头枕的安全程 度。然而，在我们进行相关设计实验的同时，是否考虑过设计文化对我们思路的影响呢? 其实作为一个对设计专业有追求的人，我们不难发现，由于文化的差异性注定带来 了设计思维的不同，在汽车产业占据中国的大多数是国外的品牌，虽然我们一直在呼吁 支持国货，国民经济的全速发展关系到我们每个人的切身利益。可是就是在这种情况下， 为何国外的知名品牌在中国的销路仍然有很大的市场，调查后发现，作为一件产品他的 性能、质量、材质、材料、以及企业文化等方面决定了他的市场趋向。由此得出，我们 在进行汽车座椅及头枕设计时，在了解了相关数据之后，是否需要考虑设计元素及文化 的概念，将理论和艺术结合，以此在工程技术的基础上，有一定的突破。 4 汽车座椅及头枕设计中的元素分析和发展研究 2 汽车座椅的功能及设计要求 2 1 汽车座椅的特性 2 1 1 近几年汽车工业的发展趋势 随着经济全球化、新技术革命和产业结构的调整，汽车生产国际化趋势已经越来越 明显。到“十一五”末，我国自主品牌乘用车的市场占有率将提高到6 0 以上。在国内 汽车市场的各种力量对比中，自主品牌将成为主导。2 0 0 6 年汽车零部件行业整体利润 率也只有5 8 ，全年利润额为3 0 0 亿左右；未来汽车座椅需求量将以1 1 的速度增长， 2 0 1 0 年达4 4 1 6 万只左右。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：国内汽车座椅市场，合资品牌占有主导地位，美国江森在中国建立了 1 0 家生产汽车座椅和车内产品的合资企业；我国汽车座椅进出口虽然在增长，但产品 技术含量还和国外企业有较大的差距。 据国际汽车制造商协会数据显示，2 0 0 6 年，中国汽车产量为7 2 8 万辆，比2 0 0 5 年 增长2 7 6 ，已超过德国，居世界第三位。全年的汽车产量中轿车产量为3 8 7 万辆，增 长3 9 7 。据统计，2 0 0 5 年新增汽车产量为1 5 7 万辆，其中轿车为1 1 0 万辆，年度增幅 之高，为世界各国所罕见。我国汽车产业总体规模很大，但单一企业的规模却相对很小。 与国际汽车企业横向比较可以看出( 表2 1 ) ，我国汽车企业的生产规模虽然近两年增长 很快，但规模仍然很小。 表2 - 1 国内外汽车产量比较( 2 0 0 7 年) t a b 2 1 c o m p a r i s o no fd o m e s t i ca n df o r e i g nv e h i c l ep r o d u c t i o n ( 2 0 0 7 ) 资料来源中国汽车工业年攀( 2 0 0 7 ) 如今，汽车的功能已不单纯是代步， 体。汽车座椅也不再是简单的一个座椅。 而是集工作、休闲、个性展示、身份象征于一 而是应市场需求，被厂家赋予了更多的功能。 陕两科技人学硕l ：学位论文 比如温度湿度的控制功能、自动按摩功能等等，都是人们追求更高生活质量在汽车座椅 设计上的体现。除了汽车座椅整体的变化外，汽车座椅面料也在发生着变化。总体看来， 汽车座椅面料的发展方向是：通过大力创新，提升自主丌发设计能力，在用料的考究上， 织纹与材质色彩的协调上，力求表现产品的经典、尊贵等特点，突出多样化、个性化， 以应对众多消费群体挑剔的选择。因此，未来汽车座椅面料应综合体现它的美学要求、 性能要求、安全要求、卫生要求及环保要求等方面的内容。从种种的迹象我们都不难发 现，汽车座椅及其头枕的设计越来越被生产企业，销售企业和消费者所重视。 2 1 2 汽车座椅的功能 汽车座椅的主要功能是为驾驶员及乘员提供便于操作、舒适又安全、不易疲劳的驾 乘环境。作为一辆汽车，它的座椅应该满足最基本的要求：在车箱内布置要合适，尤其 是驾驶员的座椅，必须处于最佳的驾驶位置，只有驾驶员在乘驾过程中有舒适、安全感， 我们的乘客才会感到安全。 2 1 3 汽车座椅的性能和设计要求 根据坐姿的生理形态和体压分布，对汽车座椅的设计采用了人机工程学的方法进行 分析，并用优化设计理论对座椅靠背曲线进行拟合，得出更符合人体生态曲线的座椅靠 背曲线，以提高乘坐的舒适性，并适应人体的健康需要。 汽车座椅是最重要的被动安全系统之一。汽车座椅设计的安全性能及其影响因素， 从乘员约束系统及座椅的结构设计出发，总结了国内外汽车座椅安全性研究的基本方法 及相关理论，并针对汽车座椅系统及其固定部件的安全性能要求进行设计。对汽车座椅 进行了滑车碰撞试验，根据试验数据建立了汽车座椅滑车碰撞动态特性仿真模型，进行 仿真分析，可以有效指导汽车座椅的设计并提高设计效率。欧洲n c a p 近期首次公布了 汽车座椅及头枕碰撞试验结果，并在公布结果之后向公众表示，欧洲n c a p 从2 0 0 9 年开 始导入新的碰撞试验评价标准，其中座椅及头枕评价被列入成人保护项进行评分。在发 生追尾事故时，乘员头部受到的伤害主要来自座椅和头枕的碰撞。欧洲n c a p 首次公布 头枕碰撞试验结果，希望以此督促厂商改善车辆头枕设计、提高安全系数。 座椅安全带是一种有效的被动安全防护装置。尽管佩带安全带后乘员上半身受到约 束、使用比较麻烦，但是，安全带减轻了乘员在车祸中的伤害程度，这一公认的事实使 越来越多的国家用法规强制佩带，尤其是对于前座乘员。安全带的保护作用主要体现在 它减少了撞车时人体减速度值，从而降低驾驶风险。 研究在承受冲击时，汽车座椅结构的动态特性对座椅安全性的影响。构建国产某轿 车驾驶员座椅骨架总成、座椅头枕骨架及头枕软垫有限元模型，并根据g b l1 5 5 卜1 9 9 5 的有关规定对座椅结构进行了仿真分析。结果表明，座椅头枕在承受冲击时，其软垫材 料的软硬程度以及座椅靠背刚度对作用在假头型上的加速度有直接影响。 6 汽车座椅及头枕设计中的冗素分析和发展研究 2 2 汽车座椅的结构和分类 2 2 1 汽车座椅的结构及材料选用 进入2 0 0 9 年以来，汽车的消费在呈逐年上升的趋势，尤其是2 0 0 9 年年初国家将汽 车的购置税、燃油费、养路费等做了相关的调整，使购车成本降低。还有一些4 s 店联 合各家银行在消费者购车贷款时提供各种优惠政策。这些措施无形中在刺激汽车消费的 增长。购置费用的降低，使得随着汽车的保有量增加，汽车发生交通事故的频率也在呈 上升的趋势。厂家销售竞争日益激烈，人们对于汽车配置的安全性舒适性要求也日益明 显。这样汽车发生交通事故的频率也在呈上升的趋势。而汽车座椅在较少驾驶员及成员 损伤的过程中就显得尤为重要。 作为个汽车座椅它最基本的结构应该包括这几方面：靠背、头枕、座垫、安全带、 座椅总成与车身相连接的固定部件等组成部分。如图( 2 2 ) ： 图2 - 2 汽车座椅结构示意图 f i g2 - 2d i a g r a mo ft h ec a rs e a t 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。座椅骨 架常用轧制型材( 钢管、角钢) 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【3 l 。除此之外很多新的材料也得到了应用。玻璃纤维毡增 强聚丙烯及其它热塑性塑料材料在汽车座椅骨架。比如g m t 材料属于热塑性复 合材料，具有良好的耐热性、刚性和耐冲击性，且易加工成型，不但可满足汽车 零部件所要求的均衡的弯曲强度和冲击强度，而且能够回收再利用。 座椅调节装置、靠背倾斜角调节装置、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。靠背倾斜角调节装置安装在座垫骨架和靠背骨架之间，用来调节座椅靠背角 度的机械装置。 7 陕两科技火学硕l j 学位论文 除此之外在以上基本结构之外，又增加了很多新的装置，以求更加的舒适和安全， 加宽了靠背侧翼部分使驾驶人员后背全部嵌入背部凹曲，颈部靠枕弧度承托驾驶人员颈 部曲线，自动升高移动装置，座垫后背的透气孔与汽车温度控制系统的风道连接，扶手 等。 在车中狭小且持续移动的空间内，汽车驾乘人员的活动相对比较困难，不得不长时 间地保持一种姿势。为减少驾乘人员的身体疲劳、保证行驶的安全性，汽车内的座挚材 料要求有更好的舒适性。汽车座挚的舒适性包括心理舒适和生理舒适两方面，生理舒适 又包括人体对温度、软、硬、座椅角度等的感觉，人体对温度的感觉通常用热舒适性来 表示，热舒适性表达了人们对热环境满意程度的一种心理状态。 汽车座椅的热舒适性对人体的影响人体体温必须保持在3 7 左右一个狭窄的范围 内，人体通过传导、对流、辐射和水分蒸发来散发体内产生的热量，以防止体温升高。 当汽车内部温度达到人体皮肤温度时，出汗是唯一能散热的途径。从人体舒适感考虑， 汗液必须通过蒸发从皮肤上消除，这样才不会产生粘腻和潮湿的感觉。此外，在气温不 高、人体处于舒适状态时，也会有来自人体的不间断的气态水分蒸发，这种水分蒸发称 为无感蒸发。人体皮肤表面每小时的无感蒸发汗量约为3 0 - 8 0g 。不管是高温下的汗液， 还是在舒适温度下的无感蒸发，这些人体排出的水分都必须顺利地排出人体皮肤周围的 小环境，人们才能感觉到有良好的热舒适性。坐在汽车坐挚上，人体绝大部分与座椅套 接触。所以选用透气柔软的面料十分重要。这些面料包括有：冰丝，维卡，亚麻，真皮。 维卡：高分子材料，于纤维的一种，是以棉短绒为原料，多道工艺制成粘胶溶液，再经 过纺炼、精练加工而成的再生纤维素纤维。它利用纤维表面的微细空洞表层将湿气及汗 水瞬间向外排出，使人觉得清爽和凉快。它的耐用性超过大多数的天然纤维及其人造纤 维。在经过纺纱编织制成坐垫后，其纤维特性仍旧能够保持。是一种具有吸湿、透气快 速排干功能性纤维。维卡汽车坐垫具有柔软的手感，良好的布面光洁度、良好的悬垂性、 吸湿透气性和较高的强力等优良特性。 冰丝坐垫：冰丝又叫人造丝、粘纤、粘胶长丝。是由天然棉皮经科学提炼而成，具 有透气性能好，自动调湿，日照升温慢等特点。在几种主流纤维中，冰丝的含湿率最符 合人体皮肤的生理要求。具有光滑凉爽、透气、抗静电、色彩绚丽等特点。冰丝还有防 霉、防虫、防静电、无辐射等效果。冰丝具有棉的本质、丝的品质，是地道的生态纤维， 源于天然而优于天然。 亚麻织物具有吸湿强、散热快、防腐抑菌能力强，纹理自然，色调柔和等独特风格。 倍受人们青睐。亚麻坐垫具有以下三大优点：第一，亚麻纤维在全球的总量稀少，是棉、 毛、麻、丝四种天然纤维的皇后，使用亚麻产品是身份的象征；第二，亚麻纤维具有吸 湿、放湿快、透气、防静电、散热性好等优点，使人体的实感温度比其它纤维低3 4 摄 8 汽车座椅及头枕设计中的冗素分析和发展研究 氏度，有”天然空调”之美誉：第三，亚麻纤维有抵制细菌生长和抗虫蛀的作用。因此在 潮湿、闷热的环境下，使用亚麻制品有护肤、保健作用。 现在中国人的汽车8 0 以上都是真皮座椅，因为真皮座椅美观耐用，容易清理， 与人体表皮功能接近，触感舒适，其毛细孔具又良好的透气性，表面平滑。另外真皮座 垫不易燃烧，不怕烟蒂烧破，还可增加制冷效果，节省空调燃烧消耗等优点，从制作原 料上分为黄牛皮和水牛皮两种。其中以黄牛皮为主要原料，黄牛皮具又质量柔软，弹性 好，毛孔细密等优点。从制作工艺上又可以分为头层皮和二层皮，头层皮革手感及柔软 度好，比较耐用。二层皮革张幅小，手感硬屈折性差，使用寿命短，故价格差比较大， 还有就是产地的差别，一般有五个级别，分别是意大利皮、德国皮、南韩皮、泰国皮、 和国产皮。 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： 形状可分为：分离式、戽斗式、半分离式、 驾驶员座椅、乘员座椅、儿童安全座椅：按 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。另外现在在很多的研究设计中将按 摩装置设置在座椅内部，其最终目的也市驾驶者在驾驶过程中感到舒适，这可以归结为 汽车座椅的舒适性。 汽车座椅内置按摩装置和普通的按摩坐垫、靠垫的区别 1 ) 主要的不同是内置按摩装置与车内饰完美结合。由于各种车型座椅形状、颜色 不同，普通按摩坐垫单一颜色无法与多样化车内饰匹配，产生不协调，不能为车内饰添 彩；内置在座椅内部的按摩装置，使座椅自带按摩功能； 2 ) 内置按摩装置不占车内空间； 3 ) 按摩装置在座椅内部，不影响放置其他坐挚，如冬季的羊毛坐垫、夏季的凉席 坐垫等； 该产品的工作原理： 微电脑控制的电锤器工作，在腰部位置敲打式按摩，力度和速度可以调节，开关安 装在人手方便触摸的位置；内置式按摩装置安装在汽车座椅内，在关闭的状态时，坐在 座椅上感觉没有任何不适，与普通座椅没有区别；在开启状态时，有带节奏敲打的感觉， 力度和速度可以调节；该产品在驾驶中使用非常适合，对正常驾驶没有任何影响，缓解 驾乘疲劳，促进腰部血液循环，有利于键肾强体，同时，有节奏的锤敲可以舒缓情绪， 减少因长途驾驶或城市道路塞车造成的急噪情绪。 该装置的分为三部分，一部分为座椅部分，一部分为电源部分，另一部分为开关。 驾乘舒适度越来越成为衡量车档次的主要标志，汽车座椅带按摩功能已经在部分高端车 所采用，比如宝马、奔驰、最具特点的是日产天籁的按摩功能座椅受到业界和消费者的 9 陕两科技人学顾 ：学位论文 高度评价。按摩功能座椅带来的不仅是驾乘健康，也是车档次提升的体现。 2 3 汽车座椅安全性概述 汽车座椅是影响汽车安全性的重要部件之一，汽车座椅安全性的设计就是尽可能的 避免汽车座椅安全功能的失效。 随着汽车保有量增加和交通运输同益繁忙，汽车安全性己成为汽车生产和使用部 门都十分关心的问题。汽车交通事故造成了大量的人员伤亡及财产损失，近些年来，我 国每年发生的交通事故超过2 2 万起，死亡人数超过5 万人。面对这一严峻的现实，我 们必须有效地控制道路交通事故，提高汽车安全性。所谓汽车座椅安全性是指汽车座 椅能有效地防止汽车事故的发生及发生事故后能最大限度地减轻驾驶员及乘员伤害的 能力。它包括主动安全性与被动安全性两个方面。安全、舒适的座椅给驾驶员提供了 一个良好的工作环境，使他们心情愉快，精力集中，从而也可有效地防止交通事故的 发生。 2 3 1 汽车座椅的主动安全性 汽车座椅的主动安全性主要是指座椅给驾驶员提供良好的驾驶环境，主动避免事故 发生的能力，座椅能够有效防止事故发生的能力。汽车驾驶座椅的主动安全性设计主要 从减轻驾驶员的疲劳入手进行分析设计，以满足主动安全性要求。主动安全性主要考虑 合理的座椅尺寸设计、座挚上合理的体压分布、靠背上合理的体压分布等为驾驶员提供 一个舒适的作业环境，减轻驾驶员的疲劳，从而保证驾驶座椅主动安全性的设计要求。 座椅系统的设计和布置直接影响驾驶员视野的好坏、汽车操纵是否稳定以及其他控 制系统功能的发挥程度，从而影响汽车的安全性能。驾驶员的视线是从其眼点发出的， 不同驾驶员眼点的共同基点是驾驶员座椅。即使是完全相同的车身结构，也会因座椅的 不同布置方式，使其视野有很大差别。因此，驾驶员座椅的布置也是保证良好视野的重 要环节。同样，由于座椅是车身直接与人接触的部件，它在承受人体重量的同时，也可 以帮助驾驶员保持良好的坐姿，使驾驶员能够方便、稳定地操纵汽车。另外，舒适的座 椅也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 止交通事故的发生，提高汽车的主动安全性。 2 3 2 汽车座椅的被动安全性 被动安全性是指事故发生时，保护乘员的能力。驾驶座椅作为安全部件，是汽车被 动安全性设计的主要考虑部件之一。考虑提高驾驶员的人身安全性，汽车驾驶座椅被动 安全性设计目标为：第一，在事故中要保证驾驶员处在自身的