汽車座椅的設計與研發是一項復雜的系統工程，涉及機械、力學、人機工程學和工業設計等多種學科。隨著汽車技術的快速發展及消費者對汽車性能要求的提高，針對座椅本體性能及研發人員素質的要求也在不斷提高。目前，國內鮮有專業的書籍專門介紹汽車座椅的設計與CAE分析，導致高校畢業生缺乏與座椅系統研發相關的技能儲備。
本書內容是由多位編者結合整車研發經驗與教學工作經歷組織編寫的，在引用實際開發案例的同時參考了相關的技術資料與學術論文，較系統地介紹了汽車座椅的結構、座椅造型設計、CAD軟件應用和座椅典型工況的CAE分析。本書內容立足行業需求，術語規范，注重實踐操作，有助于在校學生或年輕技術人員較好地掌握座椅設計的基本要求及CAD/CAE軟件的初步運用。
此外，本書利用二維碼技術彌補了傳統紙質圖書表達形式上的不足，提供了不同視角、不同載體的內容，以期為讀者帶來生動、立體的閱讀體驗。
本書可作為理工科院校相關專業的本科生、研究生選修課教材和參考書，也可作為汽車及相關座椅企業研發工程師的參考書籍。
前言
汽車座椅是乘用車上僅次于發動機和底盤的第三大系統，也是整車上的主要功能件之一。優秀的座椅設計可以為車內駕乘人員提供安全、舒適和便捷的駕乘感受。
汽車座椅的設計與研發是一項復雜的系統工程，涉及機械、力學、人機工程學和工業設計等多種學科。隨著汽車技術的快速發展及消費者對汽車性能要求的提高，針對座椅本體性能及研發人員素質的要求也在不斷提高。目前，國內鮮有專業的書籍專門介紹汽車座椅的設計與CAE分析，導致高校畢業生缺乏與座椅系統研發相關的技能儲備。
本書內容是由多位編者結合整車研發經驗與教學工作經歷組織編寫的，在引用實際開發案例的同時參考了相關的技術資料與學術論文，較系統地介紹了汽車座椅的結構、座椅造型設計、CAD軟件應用和座椅典型工況的CAE分析。本書內容立足行業需求，術語規范，注重實踐操作，有助于在校學生或年輕技術人員較好地掌握座椅設計的基本要求及CAD/CAE軟件的初步運用。
此外，本書利用二維碼技術彌補了傳統紙質圖書表達形式上的不足，提供了不同視角、不同載體的內容，以期為讀者帶來生動、立體的閱讀體驗。
本書可作為理工科院校相關專業的本科生、研究生選修課教材和參考書，也可作為汽車及相關座椅企業研發工程師的參考書籍。
本書的第1、3章由蔣成約編寫，第4、5章由胡遠志編寫，第2、6章及相關設計圖由李牧陽編寫。本書在編輯過程中，得到了廖高健等多位同行的幫助，此外，劉博勛、張偉、胡曉燕和陳坤等碩士生亦參與了部分資料的整理工作，在此編者一并表示衷心的感謝！
由于編者水平有限，書中難免有錯誤之處，懇請廣大讀者不吝賜教。
編者
目錄
第1章汽車座椅概述1
1.1汽車座椅介紹2
1.1.1現代汽車座椅的構造2
1.1.2汽車座椅的典型零部件4
1.2汽車座椅的性能要求5
1.2.1座椅安全性要求5
1.2.2座椅舒適性要求5
1.2.3操作便利性要求6
1.2.4座椅輕量化要求7
1.3汽車座椅的研發流程7
1.3.1目標定義8
1.3.2造型設計8
1.3.3零部件設計8
1.3.4原型裝配8
1.3.5試驗驗證8
1.4汽車座椅布置與設計要求9
1.4.1整車坐標系9
1.4.2人體尺寸參考9
1.4.3座椅H點與R點11
1.4.4汽車座椅尺寸設計建議13
1.5汽車座椅術語與定義15
第2章汽車座椅造型設計19
2.1近現代汽車座椅造型回顧與概覽20
2.2當代座椅造型設計分析26
2.2.1大眾Golf座椅造型設計
解析26
2.2.1其他量產乘用車座椅造型
設計33
2.3座椅造型設計案例37
第3章CAD軟件在汽車座椅設計上的
應用41
3.1基本線框的建立42
3.2曲面生成45
3.3造型修改47
3.4裝配設計50
第4章汽車座椅測試試驗53
4.1汽車座椅強度試驗54
4.1.1汽車安全帶安裝固定點試驗55
4.1.2汽車座椅靠背及其調節裝置的強度試驗57
4.1.3汽車座椅頭枕強度試驗58
4.1.4座椅滑軌鎖止性能試驗60
4.1.5座椅調角器試驗60
4.2汽車座椅舒適性試驗61
4.2.1QC/T55—1993座椅舒適性的試驗方法61
4.2.2座椅NVH試驗63
4.2.3座椅壓力分布試驗63
4.3汽車座椅功能耐久性試驗64
4.3.1座椅進出耐久性測試65
4.3.2座椅顛簸蠕動耐久測試66
4.3.3座椅滑軌耐久性測試67
4.3.4座椅調角器耐久測試68
4.3.5座椅頭枕耐久測試69
4.4C-NCAP座椅鞭打試驗70
第5章汽車座椅CAE分析73
5.1CAE建模與前處理74
5.1.1CAD模型導入清理及關鍵參數設定74
5.1.2座椅有限元模型搭建78
5.2汽車座椅安全帶固定點強度分析87
5.2.1安全帶固定點強度分析說明及模型搭建87
5.2.2仿真分析結果96
5.3汽車后排座椅行李箱沖擊CAE
分析98
5.3.1行李箱沖擊CAE分析說明及模
型搭建98
5.3.2行李箱沖擊CAE分析結果101
5.4汽車駕駛員座椅靠背強度分析103
5.4.1駕駛員座椅靠背強度CAE分析
說明及模型搭建103
5.4.2駕駛員座椅靠背強度CAE分析
結果105
5.5汽車后排兒童座椅安裝點強度
分析106
5.5.1汽車后排兒童座椅安裝點CAE
分析說明及模型搭建106
5.5.2汽車后排兒童座椅安裝點CAE
分析結果110
5.6汽車前排副駕座椅下潛CAE分析113
5.6.1汽車前排副駕座椅下潛CAE分
析說明及模型搭建113
5.6.2汽車前排副駕座椅下潛CAE分析結果116
5.7C-NCAP座椅鞭打試驗CAE分析119
5.7.1C-NCAP座椅鞭打試驗CAE分析說明及模型搭建119
5.7.2C-NCAP座椅鞭打試驗CAE分析結果121
第6章汽車座椅新技術與發展123
6.1汽車座椅新技術124
6.1.1汽車座椅安全性新技術124
6.1.2汽車座椅舒適性新技術124
6.1.3汽車座椅智能化新技術125
6.2面向未來的汽車座椅設計125
參考文獻128
第1章汽車座椅概述
1.1汽車座椅介紹
我國高速增長的汽車工業為汽車座椅行業提供了廣闊的市場空間。2015年，我國汽車產銷量分別為2450.33萬輛和2459.76萬輛，同比增長3.25%和4.68%。其中乘用車產銷2107.94萬輛和2114.63萬輛，同比增長5.78%和7.30%。作為整車上的重要系統，汽車座椅的銷售量與汽車的產銷量密切相關，按照每臺車的座椅總成價格為3000～5000元估算，2015年我國乘用車座椅的市場銷售規模預計為600億～1000億元。目前，汽車座椅已成為乘用車上僅次于發動機和底盤的第三大總成。
汽車座椅作為汽車內飾件的重要組成部分，是與車內乘員接觸最為密切的部件。汽車座椅主要由坐墊(也可用座墊)、靠背、側背支撐和頭枕等組成。乘用車座椅一般具有一定的表面形狀，其中座面和靠背的外形曲線應與人體放松狀態下的背部曲線相吻合，乘員入座后的座椅形狀及體壓分布應使乘員的肌肉處于放松的狀態，并能支撐起乘員的腰椎部位，使得乘員長時間乘坐也不會感到疲勞。通過對座椅的前后上下、靠背的傾斜角度、頭枕前后上下等位置的有限調節，可以使大部分人處于舒適狀態。隨著汽車消費的日益普及，人們對汽車座椅的舒適性、安全性、設計感等的要求也逐步提高。
1.1.1現代汽車座椅的構造
現代汽車座椅一般包括鐵臺、機能件、合綿和表皮等。普通乘用車的前排座椅構造及相關零部件如圖1.1所示。
圖1.1前排座椅構造及相關零部件
1.鐵臺
汽車座椅鐵臺包括座鐵臺與背鐵臺，當前主要有以下幾種常見的組合方式：鈑金結構，管材結構，鈑金+管材結構。汽車座椅的座鐵臺如圖1.2所示。
圖1.2汽車座椅的座鐵臺
2.機能件
汽車座椅中的機能件主要是為了實現座椅作動功能，常見的機能件包括以下零部件及機構。
(1)調角器，又稱仰臥器，是實現座椅靠背角度調節的裝置。
(2)調高器，可實現座椅上下作動(又可分為單獨座升降和座背共同升降)。
(3)滑軌，可實現座椅前后作動。
(4)頂腰機構。
(5)扶手、頭枕、通風、加熱等。
3.合綿
座椅的舒適性主要取決于合綿的軟硬度(當然，座椅骨架及座椅造型均會有影響)，合綿的軟硬度一般根據主機廠要求的標準進行調試。通常主機廠可參考以往車型座椅的舒適性來制定相應要求；另外也可以根據主打車型(運動、家庭、商務等)來確定設計要求。圖1.3為座椅坐墊合綿示例。
4.表皮
表皮是座椅與乘員直接接觸的部件，一般有三種材質：織物、人造革和真皮。其中，織物成本最低，真皮價格最高。座椅表皮的材質如圖1.4所示。
圖1.4座椅表皮的材質
1.1.2汽車座椅的典型零部件
乘用車的座椅由眾多零部件組成，其中主要的零部件包括頭枕、靠背、坐墊、座椅骨架、調角器和滑軌等。汽車座椅的典型零部件(機構)及其材質如表1.1所示。
表1.1汽車座椅的典型零部件及其材質
序號
零部件
材質
示意圖
1
頭枕
聚氨酯類的發泡物、化學纖維物質、皮革等
2
靠背
聚氨酯類的發泡物、化學纖維物質、皮革等
3
坐墊
聚氨酯類的發泡物、化學纖維物質、皮革等
4
座椅骨架
SAPH、SPCC等
5
調角器
SPFH
6
滑軌
SPFH
1.2汽車座椅的性能要求
隨著汽車消費的日益普及，消費者對汽車安全、環保、節能及舒適性等性能指標也提出了越來越高的要求。座椅作為整車內飾部件的重要組成部分，其性能也越來越多地受到研發人員與消費者的重視。目前，對汽車座椅的基本要求如下。
(1)安全可靠，能在不同碰撞工況中保護車內乘員。
(2)滿足駕乘人員對各種調節機構的控制，并保證良好的視野。
(3)座椅的造型設計美觀，且相關布置符合人體生理構造，保證駕乘人員的舒適性。
(4)座椅應有足夠的強度、剛度及耐久性，并滿足系統輕量化要求。
1.2.1座椅安全性要求
座椅安全性主要指汽車座椅能有效地避免汽車事故的發生或在汽車碰撞過程中能最大限度地減輕碰撞對駕駛員及乘員造成傷害的能力。座椅作為整車約束系統的重要組成部分，對整車碰撞過程中的乘員保護起著決定性作用。首先，碰撞過程中座椅要保證乘員在車體內受到較好的支撐與約束；其次，座椅要保證碰撞過程中乘員保持一定的姿態并配合車內其他約束系統(包括安全氣囊、安全帶等)充分發揮相應的保護效能；最后，要求乘員與整車內飾發生二次碰撞過程中，座椅能夠充分吸收乘員的能量以使乘員傷害盡量降低。因此，座椅骨架、調角器等關鍵零部件的設計與選型都要在滿足安全性的前提下進行相應研發。國內的C-NCAP碰撞試驗對座椅性能的要求較高，如圖1.5所示。
圖1.5某C-NCAP碰撞試驗后的座椅狀態
(圖片來源：C-NCAP官網)
1.2.2座椅舒適性要求
汽車座椅是影響駕乘人員舒適性的主要因素，座椅的布置、造型尺寸及發泡的軟硬度等都會影響座椅的舒適性。因此，座椅的設計應充分考慮人體尺寸、人體重量和乘員的乘坐姿態等因素。合理的座椅設計能使乘員保持良好的坐姿，使其脊柱自然彎曲，保證合理的體壓分布并使其肌肉松弛，此外，座椅設計還需考慮腰背部貼合感及側向穩定感。圖1.6是關于座椅發泡硬度及體壓分布的測試，對乘坐舒適性有較大影響。
圖1.6座椅發泡硬度測試(左)及體壓分布測試(右)
……
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