Ⅱ摘要由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)力的提高，大家對(duì)汽車座椅的乘坐舒適性及安全性等方面的要求也越來(lái)越高。在過(guò)去，技術(shù)比較落后，長(zhǎng)期存在缺乏自主研發(fā)能力導(dǎo)致了一系列問(wèn)題，例如安全性，舒適性；這些問(wèn)題在設(shè)計(jì)中必須將人的因素貫穿在整個(gè)設(shè)計(jì)的始終。并為解決上述這些座椅存在的問(wèn)題，本文擬采用觀察法和實(shí)驗(yàn)法來(lái)進(jìn)行研究，本文研究了人的坐姿舒適度及生理特性，研究了人與座椅的人機(jī)關(guān)系在這一基礎(chǔ)上，進(jìn)行了座椅設(shè)計(jì)研究的實(shí)習(xí)，結(jié)合我國(guó)汽車座椅的設(shè)計(jì)和使用現(xiàn)狀對(duì)汽車座椅進(jìn)行了綜合研究，重點(diǎn)對(duì)人機(jī)工程和座椅強(qiáng)度進(jìn)行了研究。研究結(jié)果確定了座椅設(shè)計(jì)的各項(xiàng)參數(shù)與要求。特別是座椅尺寸與人體尺寸之間的關(guān)系。期望能夠促進(jìn)汽車座椅的安全性和舒適性發(fā)展，推動(dòng)座椅研究繼續(xù)向好的方向發(fā)展，為大家的出行提供更加好的體驗(yàn)。關(guān)鍵詞：座椅；人體尺寸；坐姿；舒適性，強(qiáng)度ABSTRACTWith

the

development

of

science

and

technology

and

the

improvement

of

productivity,

people

have

higher

and

higher

requirements

for

the

comfort

and

safety

of

car

seats.

In

the

past,

the

technology

was

relatively

backward,

and

the

longterm

lack

of

independent

research

and

development

ability

led

to

a

series

of

problems,

such

as

safety

and

comfort;

these

problems

must

carry

human

factors

throughout

the

whole

design.

And

in

order

to

solve

the

problems

existing

in

the

abovementioned

seats,

this

article

intends

to

use

observation

and

experimental

methods

to

carry

out

research.

This

article

studies

the

comfort

and

physiological

characteristics

of

people's

sitting

posture,

and

studies

the

manmachine

relationship

between

people

and

seats.

On

this

basis,

the

internship

of

seat

design

research

is

carried

out,

combined

with

the

design

and

use

of

car

seats

in

China.

The

car

seat

has

been

comprehensively

studied,

focussing

on

ergonomics

and

seat

strength.

The

research

results

determine

the

various

strength

parameters

of

the

seat

and

highlight

the

correlation

between

the

seat

size

design

and

the

human

body

size.

It

is

expected

to

promote

the

development

of

the

safety

and

comfort

of

the

car

seat

and

promote

the

continued

development

of

seat

research

in

a

good

direction.KeyWords：Seat;humanbodysize;Sittingposture;strength緒論乃于今日之世，汽車座椅之于汽車之地位，實(shí)可謂重矣。其為汽車之基本構(gòu)成更是關(guān)乎乘員安全之重要組件。在車內(nèi)，座椅猶如橋梁，將人體與車身緊密相連既關(guān)乎乘員之舒適體驗(yàn)，又決定其安全與否?；厮輾v史之河，于一八八六年，德國(guó)之戴姆勒乃創(chuàng)制出首個(gè)汽車座椅，其座墊內(nèi)填以棉花等柔軟物料，靠背則以木板與木條精心構(gòu)筑。歲月流轉(zhuǎn)，百有余載，隨著汽車的發(fā)展和人們要求的不斷提高，汽車座椅已不再是單純滿足乘坐和美觀需要的車身部件，而是關(guān)系到汽車的駕乘舒適性和安全性[1]。如今，汽車座椅早已超越簡(jiǎn)單的乘坐與外觀功能，它融合了人機(jī)工程學(xué)、機(jī)械振動(dòng)以及控制工程等多學(xué)科智慧。設(shè)計(jì)師們不僅在材料上進(jìn)行革新，更在結(jié)構(gòu)和功能上進(jìn)行深入優(yōu)化，旨在創(chuàng)造更加貼合人體曲線的座墊與靠背，使駕駛者和乘客能享受更加舒適、安全的旅程。由此可見(jiàn)，汽車座椅不僅僅是汽車的一個(gè)重要組成部分，更是體現(xiàn)汽車科技與人文關(guān)懷的完美結(jié)合。中國(guó)汽車行業(yè)的迅猛擴(kuò)張正引領(lǐng)著市場(chǎng)需求不斷增長(zhǎng)，人們對(duì)汽車的需求已超越了單純的出行功能，而是轉(zhuǎn)向更高層次的乘坐體驗(yàn)與安全保障。其中，汽車座椅作為車內(nèi)重要的內(nèi)飾部分，不僅承載著乘員的體重，更承載著為他們創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)乘車環(huán)境的重要使命。如今，座椅設(shè)計(jì)已得到汽車業(yè)界的廣泛關(guān)注。我國(guó)政府也將汽車座椅列為重點(diǎn)發(fā)展的零部件之一，足以見(jiàn)其重要性。汽車座椅不僅要堅(jiān)固耐用，更要能夠有效緩解來(lái)自車身的振動(dòng)和沖擊，為乘員營(yíng)造一個(gè)平穩(wěn)、寧?kù)o的乘車環(huán)境。同時(shí)，座椅的舒適度、安全性以及操作便捷性，都對(duì)整車的性能和乘員的體驗(yàn)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。因此，在汽車座椅的設(shè)計(jì)研發(fā)過(guò)程中，我們必須從多個(gè)角度進(jìn)行全面、深入的考量，確保最終的產(chǎn)品能夠滿足廣大消費(fèi)者的多種需求，真正實(shí)現(xiàn)舒適性與安全性的完美結(jié)合。這樣，我們才能不斷推動(dòng)中國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，為公眾帶來(lái)更加優(yōu)質(zhì)、舒適的乘車體驗(yàn)。汽車座椅作為連接乘客與車輛的關(guān)鍵組件，其性能指標(biāo)對(duì)于確保乘客的安全和舒適至關(guān)重要。本研究聚焦于座椅結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的三維建模軟件，精確制作了座椅的三維實(shí)體模型。研究通過(guò)廣泛查閱文獻(xiàn)，深化了對(duì)座椅設(shè)計(jì)核心概念的理解，并精通了靠背與坐墊的骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。我們基于人機(jī)工程學(xué)的原則，綜合考慮了乘員的安全性與舒適性，科學(xué)地確定了座椅的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)尺寸。此項(xiàng)工作不僅展示了座椅設(shè)計(jì)的新思路和方法，還對(duì)提升車輛乘坐的整體體驗(yàn)具有重要意義。再通過(guò)有限元分析對(duì)設(shè)計(jì)的三維模型進(jìn)行靜強(qiáng)度和模態(tài)分析[2]。1.1引言本課題的內(nèi)容可以歸納為以下幾個(gè)方面:在汽車座椅設(shè)計(jì)領(lǐng)域，首先需通過(guò)廣泛閱讀相關(guān)文獻(xiàn)深入理解各種材料屬性。接著，對(duì)座椅的性能進(jìn)行全面研究和細(xì)致分析。設(shè)計(jì)階段，需要?jiǎng)?chuàng)建座椅骨架總成，隨后利用現(xiàn)代技術(shù)繪制三維實(shí)體模型。此外，依據(jù)國(guó)內(nèi)外座椅系統(tǒng)強(qiáng)度法規(guī)，對(duì)骨架進(jìn)行嚴(yán)格強(qiáng)度分析。最后，進(jìn)行方案優(yōu)化與結(jié)果比較，確保設(shè)計(jì)創(chuàng)新同時(shí)滿足安全標(biāo)準(zhǔn)。1.2汽車座椅技術(shù)概述汽車座椅設(shè)計(jì)是一門集多學(xué)科于一體的綜合性工程技術(shù)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須依托人機(jī)工程學(xué)的原理，全方位考慮座椅的舒適度、減震性能和安全性。同時(shí)，設(shè)計(jì)師需精確分析人體的生理特征和體型尺寸，并進(jìn)行個(gè)性化定制，以確保乘坐體驗(yàn)的最優(yōu)化。各相關(guān)學(xué)科如機(jī)械工程、化工、紡織科技、表面處理以及美學(xué)等的融合應(yīng)用，是設(shè)計(jì)出符合現(xiàn)代需求的高質(zhì)量汽車座椅的關(guān)鍵[3]。1.3研究的主要內(nèi)容及意義1.3.1研究的主要內(nèi)容首先，在中國(guó)知網(wǎng)等文獻(xiàn)平臺(tái)上大量尋找與本次論題有相關(guān)聯(lián)的文獻(xiàn)，要求對(duì)汽車座椅有一定的了解；其次，通過(guò)各種國(guó)標(biāo)文件研究汽車座椅的各方面的性能與規(guī)定要求；接著，對(duì)汽車的座椅骨架總成進(jìn)行cad三維模型設(shè)計(jì)與建模；再然后繪制汽車座椅的三維實(shí)體模型；最后，參考各類文件，對(duì)座椅骨架的強(qiáng)度進(jìn)行靜強(qiáng)度和自由模態(tài)分析與優(yōu)化[4]。1.3.2研究的主要意義本課題研究的重要性在于：隨著汽車走進(jìn)家庭，人們對(duì)汽車的情感和需求不斷變化，座椅作為人與汽車的接觸界面，是消費(fèi)者選擇汽車時(shí)首要考慮的因素，因此座椅設(shè)計(jì)必須緊跟時(shí)代需求[5]。在當(dāng)代社會(huì)，隨著出行頻率的提升，汽車已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?。因此，汽車座椅的設(shè)計(jì)不僅需關(guān)注安全性，更應(yīng)考慮其對(duì)乘客特別是脊椎健康的影響。長(zhǎng)時(shí)間駕駛或乘坐可能導(dǎo)致脊椎疲勞甚至損傷，這從人體工程學(xué)角度看迫切需要通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)改善座椅的人體適應(yīng)性和安全防護(hù)能力。從經(jīng)濟(jì)與技術(shù)發(fā)展的視角審視，汽車產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的革新。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）技術(shù)的應(yīng)用，傳統(tǒng)的實(shí)物模型正逐步被高效的數(shù)字模型替代。這種變革不僅加速了汽車的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程，還實(shí)現(xiàn)了跨學(xué)科的集成與優(yōu)化，顯著縮短了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到市場(chǎng)的周期。在這一大背景下，汽車座椅設(shè)計(jì)也應(yīng)順應(yīng)潮流，利用先進(jìn)的數(shù)碼技術(shù)和虛擬實(shí)驗(yàn)方法，推動(dòng)設(shè)計(jì)過(guò)程的精準(zhǔn)化和高效化。通過(guò)這些技術(shù)的整合運(yùn)用，能夠在保證乘車安全的同時(shí)，提升座椅的舒適度與健康標(biāo)準(zhǔn)。這不僅是汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要?jiǎng)?chuàng)新方向，也是對(duì)未來(lái)汽車產(chǎn)業(yè)責(zé)任與擔(dān)當(dāng)?shù)捏w現(xiàn)[6]。本文研究對(duì)提升汽車座椅的安全性和舒適性至關(guān)重要。1.4汽車座椅的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)目前汽車座椅在國(guó)際上的發(fā)展趨勢(shì)：在現(xiàn)代汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展中，座椅作為汽車內(nèi)部配置的關(guān)鍵組成部分，其功能性、舒適性以及安全性的要求不斷提高。本文將針對(duì)目前汽車座椅技術(shù)的幾種重要發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行闡述。首先，電動(dòng)座椅技術(shù)通過(guò)將傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)控制方式，極大地增強(qiáng)了操作的便捷性與精確性。這一技術(shù)使得駕駛員可以通過(guò)簡(jiǎn)單按鍵，實(shí)現(xiàn)座椅在多個(gè)方向的精細(xì)調(diào)整，包括前后移動(dòng)、高低調(diào)節(jié)及傾角改變，從而快速找到最符合個(gè)體需求的座位位置[7]。接著，懸掛座椅的引入有效緩解了行駛過(guò)程中的顛簸感受。通過(guò)在座椅和車體之間加裝懸掛系統(tǒng)，不僅提高了舒適度，還有助于減少長(zhǎng)時(shí)間駕駛所帶來(lái)的疲勞。此種座椅的關(guān)鍵在于其內(nèi)置的緩沖與減震元件，如鋼板彈簧和螺旋彈簧，它們協(xié)同作用，有效吸收行駛中的震動(dòng)[8]。另外，記憶座椅的出現(xiàn)則是智能技術(shù)與汽車座椅結(jié)合的典范。該技術(shù)通過(guò)微機(jī)控制，不僅能夠存儲(chǔ)并回調(diào)乘員的座椅位置設(shè)置，而且在再次駕駛時(shí)能自動(dòng)調(diào)整座椅至最佳狀態(tài)，省去了重復(fù)調(diào)整的麻煩，顯著提升了使用者體驗(yàn)。輕量化座椅技術(shù)則通過(guò)材料革新與設(shè)計(jì)優(yōu)化大幅減輕了座椅的重量，這不僅對(duì)提升燃油效率有積極影響，同時(shí)也增加了車內(nèi)可利用空間。采用先進(jìn)的鋁材壓鑄工藝和高強(qiáng)度鋼材，配合新型網(wǎng)狀材料，輕量化座椅在確保安全的前提下，實(shí)現(xiàn)了重量與體積的極致縮減[9]。安全座椅或稱動(dòng)態(tài)座椅更是在主動(dòng)安全技術(shù)上的一大突破。例如，某些高端車型已配備的座椅，在遭遇追尾碰撞時(shí)能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整座椅結(jié)構(gòu)，以保護(hù)乘員頭頸安全。這種座椅的設(shè)計(jì)理念是在極端條件下通過(guò)座椅的移動(dòng)來(lái)分散碰撞力，保障乘員的最大安全[10]。綜合來(lái)看，隨著科技的不斷進(jìn)步，未來(lái)汽車座椅將更多地融入高科技元素，無(wú)論是在材料應(yīng)用，還是在智能化、個(gè)性化服務(wù)方面都將有更大的發(fā)展。環(huán)保材料的運(yùn)用及智能化控制系統(tǒng)的完善，預(yù)示著汽車座椅技術(shù)將向著更加人性化、安全化和環(huán)?；姆较虬l(fā)展。2汽車座椅的設(shè)計(jì)要求2.1汽車座椅的概述（1）汽車座椅作為乘員與車身的紐帶，其主要職責(zé)在于提供支撐，確保乘坐舒適及行駛平穩(wěn)，同時(shí)優(yōu)化駕駛員的坐姿，增強(qiáng)視野及操控效果、創(chuàng)造舒適乘坐環(huán)境、最大限度保護(hù)乘員安全。因此，座椅的安全性和舒適性至關(guān)重要，是設(shè)計(jì)與研發(fā)必須優(yōu)先考慮的關(guān)鍵問(wèn)題[11]。（2）汽車座椅在車輛中扮演著至關(guān)重要的角色，直接影響駕駛體驗(yàn)。優(yōu)質(zhì)座椅能讓駕駛更輕松便利，減輕長(zhǎng)途駕駛疲勞[12]。座椅在傳遞路線中扮演重要角色：路面激勵(lì)傳至人體的路徑是路面→輪胎→懸架→車身→座椅→人體。座椅與懸架共同緩沖激勵(lì)，因此被稱為汽車上的“第二懸架”[13]。這解釋了座椅對(duì)乘駕體驗(yàn)的巨大影響。（3）汽車座椅的安全性對(duì)于預(yù)防事故和減輕乘員傷害至關(guān)重要。在碰撞事故中汽車座椅設(shè)計(jì)兼顧主動(dòng)與被動(dòng)安全性，對(duì)提升行車安全至關(guān)重要。主動(dòng)安全性方面座椅，需保證駕駛員在駕駛過(guò)程中保持最佳的視野和控制位置，此外，良好的座椅系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能改善駕駛員視野、駕駛員定位，從而間接降低事故發(fā)生的可能性[14]。在被動(dòng)安全性層面，現(xiàn)代座椅設(shè)計(jì)要求具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛性，能夠在碰撞時(shí)與安全帶及氣囊等保護(hù)設(shè)備協(xié)同作用，有效緩解沖擊力，極大地降低乘客受傷的風(fēng)險(xiǎn)。因此，一個(gè)合理的座椅設(shè)計(jì)不僅僅是提供舒適感，更是減少事故傷害和提升駕駛安全性的關(guān)鍵因素[15]。一些高檔車型已經(jīng)開(kāi)始采用這種帶有座椅側(cè)面安全氣囊的座椅，進(jìn)一步提高乘員的安全保護(hù)[16]。如圖2-1所示：圖2-1側(cè)面安全氣囊座椅（4）現(xiàn)代汽車工程中，乘坐舒適性的提升被視為關(guān)鍵研究領(lǐng)域。其中，座椅的舒適性尤為重要，它主要涵蓋三個(gè)層面：靜態(tài)舒適性、動(dòng)態(tài)舒適性以及操作舒適性[17]。靜態(tài)舒適性關(guān)注座椅在停車狀態(tài)時(shí)為駕乘者提供的支持和舒適，這與座椅的尺寸、材質(zhì)和調(diào)節(jié)機(jī)制密切相關(guān)。[18]動(dòng)態(tài)舒適性則涉及到汽車行駛過(guò)程中，座椅如何有效地吸收并減緩振動(dòng)，以保護(hù)人體不受沖擊和不適。操作舒適性指的是駕駛員在進(jìn)行日常駕駛操作時(shí)（如轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤），座椅及車內(nèi)其他部件的布局如何提供必要的支持和便利[19]。這三方面的綜合考量，不僅提升了駕乘體驗(yàn)，也是汽車設(shè)計(jì)中不可或缺的一環(huán)。（5）在構(gòu)造上，汽車座椅主要由頭枕、靠背、調(diào)整機(jī)構(gòu)及座盆等幾個(gè)部分組合而成，其中隱藏著多項(xiàng)精密技術(shù)。座椅框架，作為其中的骨干，分為靠背框架與座盆框架，以鋼材為主，采用高強(qiáng)度沖壓焊接工藝精制，并通過(guò)精確的定位與牢固的連接確保其穩(wěn)固性。此外，座椅的可調(diào)節(jié)性也是其功能性的體現(xiàn)，例如行程調(diào)節(jié)裝置能夠精確控制座椅在車內(nèi)的空間位置，而靠背角度的調(diào)節(jié)則進(jìn)一步提升了駕駛和乘坐時(shí)的體驗(yàn)[20]。其中座椅行程調(diào)節(jié)裝置是安裝在座盆骨架和地板之間，調(diào)節(jié)座椅與地板的前后和上下位置的機(jī)械裝置?？勘辰嵌日{(diào)節(jié)裝置安裝在座盆骨架和靠背骨架之間，是用來(lái)調(diào)節(jié)座椅靠背角度的機(jī)械裝置。如下圖2-2所示，在此復(fù)雜的構(gòu)造中，每一細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)都緊扣著人的需求，無(wú)論是材料的選取，還是連接的方式，抑或是機(jī)械裝置的配備，均須嚴(yán)謹(jǐn)考量，以求達(dá)到人車合一的最優(yōu)化狀態(tài)。汽車座椅已經(jīng)不僅僅是汽車的組成部分，而是兼顧科技與人文的結(jié)晶點(diǎn)，其發(fā)展的每一步都折射出科技進(jìn)步與人類文明的相互成就[[21]。圖2-2座椅骨架結(jié)構(gòu)示意圖2.2汽車座椅的設(shè)計(jì)要求針對(duì)汽車座椅的功能和性能，我們需要滿足以下設(shè)計(jì)要求：座椅的尺寸和形狀應(yīng)符合人體工程學(xué)，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并具有可調(diào)節(jié)性以確保乘坐舒適。（2）座椅需要具備良好的動(dòng)態(tài)舒適性，能夠減緩和吸收車身傳來(lái)的沖擊和振動(dòng)使駕駛員在各種道路條件下長(zhǎng)時(shí)間駕駛不感到疲勞，同時(shí)讓乘客感到舒適。（3）座椅必須具備足夠的強(qiáng)度和剛度，保證長(zhǎng)期使用壽命，并在發(fā)生事故時(shí)盡量減少乘員受傷，確保座椅的安全性。（4）制造工藝應(yīng)簡(jiǎn)單，質(zhì)量穩(wěn)定，成本控制在合理范圍內(nèi)。（5）座椅設(shè)計(jì)應(yīng)確保駕駛員視野良好，操作方便，座椅調(diào)節(jié)靈活輕便。（6）座椅的外觀和色彩應(yīng)與車身內(nèi)飾和整車外觀相協(xié)調(diào)，美觀大方。（7）座椅的布置和性能需符合車輛的使用目的和整體設(shè)計(jì)要求，與車輛的功能和風(fēng)格相匹配。2.2.1汽車座椅設(shè)計(jì)的基本原則（1）坐姿與座椅：坐姿是指人在自然狀態(tài)下的自然姿勢(shì)，由于人的生活與座椅的生活有著密切的聯(lián)系，不僅可以用于學(xué)習(xí)，工作，或者是休息。人體的坐姿復(fù)雜有骨盆、脊椎、坐骨等支撐身體，而長(zhǎng)期不良坐姿或受傷可導(dǎo)致脊柱問(wèn)題。坐姿不良時(shí)骨盆易下陷，可能引發(fā)腰疼、駝背等問(wèn)題。長(zhǎng)時(shí)間不良坐姿，例如久坐電腦前的話容易導(dǎo)致腰背疼痛。頭部前傾會(huì)導(dǎo)致頸背肌肉酸痛，因肌肉長(zhǎng)期暴露于拉力[22]。因此合理的坐姿對(duì)維護(hù)身體健康至關(guān)重要。圖2-3為模擬人體的坐姿數(shù)據(jù)：圖23模擬人體的坐姿數(shù)據(jù)（2）體壓分布與坐姿疲勞：坐態(tài)體壓分布乃指人體坐姿對(duì)椅面靠背之力學(xué)作用稱為坐態(tài)體壓分布，身體在坐姿狀態(tài)下對(duì)座面和靠背施加的壓力分布與座椅結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，也是研究座椅的重要參數(shù)。通過(guò)等高線測(cè)量展示體壓分布情況，骨盆負(fù)責(zé)承受身體75%的重量，主要通過(guò)坐骨支撐。座面應(yīng)設(shè)計(jì)成軟墊，支撐大部分重量，減輕坐骨壓力，延長(zhǎng)舒適性。固定坐姿時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致血液循環(huán)減慢、肌肉壓力疲勞，因此設(shè)計(jì)座椅需要考慮不同坐姿的可變性。身體與座椅壓力分布是舒適性關(guān)鍵因素，影響乘坐體驗(yàn)。圖2-4為座椅部位的體壓分布：圖24座椅部位的體壓分布2.2.2汽車座椅設(shè)計(jì)的基本根據(jù)在當(dāng)今汽車工業(yè)迅猛發(fā)展的背景下，座椅設(shè)計(jì)作為連接人與車的重要紐帶，其功能不僅僅局限于舒適性，更拓展到了安全、美觀和環(huán)保等多方面。在這里，我們將系統(tǒng)探討汽車座椅設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵組成部分及其設(shè)計(jì)理念。首先，讓我們從靠背的設(shè)計(jì)談起。一個(gè)優(yōu)秀的靠背設(shè)計(jì)，不僅需要考慮到力學(xué)的合理性，還應(yīng)當(dāng)在形態(tài)上順應(yīng)人體生理曲線。高度和形狀的恰當(dāng)配置可以有效放松背部肌肉，同時(shí)提供必要的支撐，防止乘坐中由于車輛轉(zhuǎn)彎帶來(lái)的身體滑動(dòng)。如此設(shè)計(jì)不但增進(jìn)乘駕體驗(yàn)，同時(shí)也鞏固了乘車的安全性。其次是座墊設(shè)計(jì)，這也是舒適性和支撐性的另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。座墊的深度和傾角應(yīng)該兼顧到臀部的承托與腳下力量的平衡，從而形成穩(wěn)定而放松的坐姿。正確的座墊設(shè)計(jì)不僅影響乘坐舒適度，還間接影響駕駛的疲勞程度和駕駛安全。頭枕設(shè)計(jì)則是安全性的體現(xiàn)。適當(dāng)?shù)念^枕設(shè)置能夠在車輛發(fā)生碰撞時(shí)，有效減少頭部的位移，從而降低頸椎受傷的風(fēng)險(xiǎn)。頭枕的存在，是對(duì)乘客最直接的生命安全保護(hù)之一。接下來(lái)是座椅面套的考量，它直接接觸乘客，不僅要求具有優(yōu)良的阻燃性能還要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB8410-1994的規(guī)定，同時(shí)還應(yīng)反映出設(shè)計(jì)者的審美觀和功能性需求。面套的材質(zhì)和設(shè)計(jì)直接影響用戶的第一感受和持續(xù)體驗(yàn)。至于泡沫軟墊，它則是舒適性與支撐性的基礎(chǔ)。通過(guò)使用不同密度的聚氨酯泡沫塑料，可以實(shí)現(xiàn)坐墊的“軟硬兼施”，這樣既保證了支撐力，又提供了足夠的舒適度。泡沫的選材和處理是提升整體乘坐體驗(yàn)的關(guān)鍵。最后是座椅骨架的構(gòu)建，它直接關(guān)系到整個(gè)座椅的耐用性和安全性。骨架設(shè)計(jì)需符合GB15083-1994的嚴(yán)格要求，以確保座椅在承受各種壓力時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性。通過(guò)上述綜合分析，我們不難看出，現(xiàn)代汽車座椅設(shè)計(jì)正趨向于多功能化和人性化，不僅僅是為了滿足基本的乘坐需求，更是從安全、美觀和環(huán)保等多維度進(jìn)行深入思考和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變，標(biāo)志著汽車工業(yè)設(shè)計(jì)向更高層次的躍升，也預(yù)示著未來(lái)汽車座椅在智能化和個(gè)性化道路上的無(wú)限可能。2.2.3汽車座椅相關(guān)的法律法規(guī)GB10583汽車座椅、座椅固定裝置及頭枕強(qiáng)度要求和試驗(yàn)方法：對(duì)于M1類所有座椅的一般要求，每個(gè)調(diào)節(jié)裝置和移位裝置都應(yīng)具有的能自鎖的裝置。若座椅扶手或其他舒適性裝置在車輛發(fā)生碰撞事故時(shí)不會(huì)給車內(nèi)乘員帶來(lái)額外傷害,則不需要采用鎖止裝置。折疊座椅應(yīng)能夠自鎖在使用的位置上。對(duì)移位裝置,其解鎖裝置應(yīng)位于座椅外側(cè)接近車門處。即使對(duì)位于該座椅背后的乘員，確定的區(qū)域內(nèi)的座椅背面部件,按要求進(jìn)行吸能性試驗(yàn)時(shí),頭型減速度大于80g的持續(xù)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)3ms。同時(shí),試驗(yàn)過(guò)程中或試驗(yàn)后不得有危險(xiǎn)邊棱角出現(xiàn)。本要求不適用于最后排座椅、背對(duì)背安裝的座椅或滿足GB11552的座椅。座椅背面部件的表面不允許有任何可能會(huì)增加乘員傷害的凸起或尖梭。若按5.1規(guī)定的條件進(jìn)行試驗(yàn),座椅背面部件的表面的曲率半徑應(yīng)不小于下列規(guī)定:（1）--區(qū)域1:2.5mm；（2）--區(qū)域2:5.0mm；（3）--區(qū)域3:3.2mm。試驗(yàn)后，允許或有助于乘員通過(guò)的移位裝置應(yīng)處于工作狀態(tài)，對(duì)于帶有頭枕的座椅在進(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程中或試驗(yàn)后，如果座椅或座椅靠背不出現(xiàn)斷裂，則認(rèn)為座椅靠背及其鎖止裝置的強(qiáng)度滿足規(guī)定；否則，應(yīng)進(jìn)行固定裝置試驗(yàn)，以檢查座椅靠背及其鎖止裝置的強(qiáng)度是否滿足該規(guī)定的要求。、試驗(yàn)步驟，包括基準(zhǔn)線投影在內(nèi)的所有線，均應(yīng)畫在該座椅或乘坐位置的垂直中心平面上。移位后的基準(zhǔn)線是將相對(duì)R點(diǎn)產(chǎn)生向后373Nm力矩的初始作用力施加于GB11551-20中附錄A所述模擬人體模型靠背的部件上來(lái)確定。距離頭枕頂部向下65mm處，通過(guò)直徑為165mm的頭型，施加一個(gè)垂直于移位后的基準(zhǔn)線的初始作用力，使其產(chǎn)生相對(duì)于R點(diǎn)373Nm的力矩。基準(zhǔn)線應(yīng)處在規(guī)定的移位后的位置上。距離頭枕頂部下方65mm處，若有間隙存在而阻礙本條前述規(guī)定的作用力的施加，則可以減小該距離，以保證力的作用線通過(guò)最接近該間隙骨架的中心線對(duì)于所述情況，應(yīng)該使用直徑為165mm的頭型，對(duì)每個(gè)間隙重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)。作用力應(yīng)通過(guò)該間隙最小截面的重心，在平行于基準(zhǔn)線的橫向平面上，產(chǎn)生相對(duì)于R點(diǎn)373Nm的力矩。確定與頭型相切并與移位后基準(zhǔn)線平行的切線Y。測(cè)定用于規(guī)定的最大向后位移量X。X為切線Y與移位后基準(zhǔn)線之間的距離。如果座椅或座椅靠背未出現(xiàn)斷裂則將規(guī)定的初始負(fù)荷增加到890N,以檢驗(yàn)頭枕的有效性。3汽車座椅CATIA建模3.1CATIA的基本介紹CATIA作為領(lǐng)先的CAD/CAM/CAE/IPDM集成軟件平臺(tái)，其獨(dú)樹(shù)一幟的裝配草圖生成工具，支持欠約束草圖和連接定義，極大地便利了快速概念設(shè)計(jì)的實(shí)施。該軟件提供參數(shù)化建模、布爾操作以及圖形與數(shù)控加工間的數(shù)據(jù)雙向關(guān)聯(lián)，有效提升設(shè)計(jì)精確度與工作效率。更值得一提的是，CATIA不僅支持復(fù)雜的曲面設(shè)計(jì)與工具集成，還擁有強(qiáng)大的有限元分析功能，可以進(jìn)行四維空間的全面觀察，甚至允許用戶模擬真人進(jìn)行虛擬裝配，通過(guò)輸入人的特征來(lái)優(yōu)化裝配過(guò)程。這些先進(jìn)的功能使得CATIA在眾多工業(yè)設(shè)計(jì)軟件中獨(dú)占鰲頭，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天和其他高端制造行業(yè)。3.2座椅骨架CAD三維模型建模（1）草圖設(shè)計(jì):草圖設(shè)計(jì)模塊提供一種便捷方式，用戶能夠輕松創(chuàng)建工程圖樣整合文本、尺寸標(biāo)注及客戶需求，方便地生成剖視圖與局部視圖等。如圖3-1所示：圖3SEQ圖\*ARABIC\s11草圖設(shè)計(jì)（2）自由外形設(shè)計(jì):該模塊提供給設(shè)計(jì)師一系功能來(lái)實(shí)施產(chǎn)品外形定義及復(fù)雜的曲線和曲面定義。如圖3-2所示：圖3-2自由外形設(shè)計(jì)（3）裝配設(shè)計(jì):裝配設(shè)計(jì)可以使設(shè)計(jì)師建立并管理機(jī)械零件的裝配。裝配件可以由多個(gè)主動(dòng)或被動(dòng)模型中的零件組成。零件觸自動(dòng)地對(duì)連接進(jìn)行定義，方便了CATIA運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)品進(jìn)行早期分析。如圖3-3所示：圖33裝配設(shè)計(jì)（4）構(gòu)建座椅骨架幾何模型：維實(shí)體模型對(duì)于仿真分析非常重要，一定要充分了解這形狀的這各種各樣的部分和這相對(duì)的位置，嚴(yán)格按照實(shí)際尺寸，根據(jù)以上操作先進(jìn)行草圖繪制，再進(jìn)入零件設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行基礎(chǔ)特征設(shè)計(jì)凸臺(tái)和凹槽以及肋再通過(guò)曲面設(shè)計(jì)和優(yōu)化裝配，最終可以得到繪制出的座椅骨架三維模型。如圖3-4：圖34座椅骨架三維模型（5）附加模型材料：對(duì)完成的座椅骨架模型附加鋼鐵材料，使其具有合格的質(zhì)量和特征。如圖3-5，3-6所示：圖35模型附加鋼鐵材料圖36模型的特征數(shù)據(jù)3.3座椅骨架的有限元建模有限元分析是用簡(jiǎn)單問(wèn)題替代復(fù)雜問(wèn)題，通過(guò)逼近正確結(jié)果來(lái)解決復(fù)雜問(wèn)題。盡管有些偏差，但結(jié)果仍接近正確解。有限元法可適用于各種復(fù)雜情形。在工程設(shè)計(jì)和科學(xué)研究中，有限元分析是一種重要且準(zhǔn)確的工具。它給汽車工程師提供了一個(gè)現(xiàn)代的研制方法，使車輛工程師們足不出戶，就可以進(jìn)行汽車制造研究的分析仿真，并且有著極高的準(zhǔn)確度。該方法比傳統(tǒng)的方法具有高質(zhì)量、高數(shù)量的結(jié)果，具有計(jì)算速度快、精度高和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。有效條件包括：有序管理，部門間協(xié)作，高效有限元程序系統(tǒng)利用，合理力學(xué)數(shù)學(xué)模型，并驗(yàn)證與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性[23]。ANSYS簡(jiǎn)介：ANSYS作為ANSYS公司推出的力學(xué)分析巨擘，其在CAE行業(yè)的發(fā)展一日千里。該軟件兼容各主流CAD平臺(tái)，覆蓋結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體動(dòng)力、電磁場(chǎng)及聲學(xué)等多方面，已在核能、航空和汽車等關(guān)鍵行業(yè)中占據(jù)不可替代的地位。ANSYS是全球最流行的FEA軟件,其性能強(qiáng)勁,使用方便,被評(píng)為FEA年度最佳軟件。因其整體性能強(qiáng)勁、使用簡(jiǎn)便,并在FEA年度評(píng)選中位居第五位。中國(guó)近百所科技大學(xué)使用ANSYS應(yīng)用程序進(jìn)行有限元專業(yè)分析,或?qū)⑵溆米餍聵?biāo)準(zhǔn)的教學(xué)軟件，軟件主頁(yè)圖。如圖ANSYSworkbench工作界面3-7：圖3-7ANSYSworkbench工作界面（1）建立靜力學(xué)分析模塊：首先雙擊Toolbox下的Modal模塊，然后彈出對(duì)話框，在對(duì)話框中右鍵點(diǎn)擊Geometry，選擇ImportGeometry，然后在點(diǎn)擊Browse選擇之前轉(zhuǎn)換的文件。當(dāng)該模塊變?yōu)閷?duì)勾時(shí)，證明已經(jīng)導(dǎo)入成功。如下圖3-8所示：圖3-8靜力學(xué)分析界面（2）設(shè)置材料屬性：進(jìn)行材料屬性的設(shè)定，在骨架材料選擇上，材料的屬性影響著骨架的整體質(zhì)量，代表不同的泊松比，屈服強(qiáng)度，拉抗強(qiáng)度等，特別是材料屈服強(qiáng)度，要盡量多余骨架零部件的應(yīng)力值，避免零部件發(fā)生形變或直接裂開(kāi)。對(duì)于所選材料的彈性模量是2E1011，所選材料的泊松比是0.3，材質(zhì)為45號(hào)鋼，通過(guò)所查的數(shù)據(jù)可得45號(hào)鋼的屈服強(qiáng)度為355MPa。使用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊StaticStructural命令,等到出現(xiàn)靜力學(xué)分析模塊時(shí)，在點(diǎn)擊EngineeringData，在彈性模量一欄中輸入2E11,泊松比一欄中輸入0.3。如圖3-9所示：圖3-9設(shè)置材料屬性（3）進(jìn)入前處理模塊：選取所需材料后，進(jìn)入Mechanical模塊，調(diào)整“幾何結(jié)構(gòu)”下模型材質(zhì)。接著，訪問(wèn)Model模塊進(jìn)行前處理。如下圖的3-10所示：圖3-10進(jìn)入前處理模塊（4）對(duì)模型進(jìn)行劃分網(wǎng)格，這一步同樣是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，網(wǎng)格劃分的均勻精度等，對(duì)骨架分析的精度計(jì)算有著很大關(guān)聯(lián)的影響。另外網(wǎng)格可以手動(dòng)和自動(dòng)劃分，而對(duì)于網(wǎng)格劃分由以下幾點(diǎn)問(wèn)題：對(duì)于模型的網(wǎng)格劃分是非常重要的環(huán)節(jié)，網(wǎng)格的均勻性和精度直接影響骨架分析的計(jì)算精度。網(wǎng)格劃分可以手動(dòng)或自動(dòng)完成但是，劃分需考慮均勻性與精度的平衡確保準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。在進(jìn)行網(wǎng)格分割時(shí)，必須兼顧網(wǎng)格的數(shù)目和計(jì)算網(wǎng)格中的數(shù)目大小，使二者都能得到最優(yōu)解。網(wǎng)格疏密程度指各網(wǎng)孔大小及整體密度，在應(yīng)力分析中尤為關(guān)鍵。局部應(yīng)力集中區(qū)域可增加網(wǎng)格密度提高計(jì)算精度，同時(shí)減小計(jì)算費(fèi)用。另外，還可大大有效的降低計(jì)算時(shí)間和費(fèi)用，減小小部件和安全部件的網(wǎng)格密度。根據(jù)零件應(yīng)力需綜合考慮網(wǎng)格尺寸，以取得最佳平衡。在網(wǎng)格劃分時(shí)，應(yīng)根據(jù)元素應(yīng)力和復(fù)雜性選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格類型。根據(jù)維度數(shù)量可分為不同類型，如二維平面通常使用三角形和四邊形。每種類型有相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，如單元長(zhǎng)度、捻度、翹曲系數(shù)、雅比等，以保證計(jì)算準(zhǔn)確性。在三維中，除了二維網(wǎng)格外，還需考慮坍塌數(shù)值等因素。（5）施加約束載荷：最后一步，也是最重要的一步，就是在前面的章節(jié)中，計(jì)算出每一種情況下的受力，然后再根據(jù)不同的情況，對(duì)不同的情況下，限制的增大也會(huì)不同，在進(jìn)行分析時(shí)，根據(jù)情況而定，并需要增加足夠的簡(jiǎn)化分析和計(jì)算。設(shè)定Elementsize值為20mm，通過(guò)GenerateMesh進(jìn)行模型網(wǎng)格劃分，獲得149997個(gè)節(jié)點(diǎn)和76854個(gè)單元。這一步至關(guān)重要，對(duì)模型的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性具有關(guān)鍵意義。點(diǎn)擊Mesh和GenerateMesh。如下圖3-11所示：圖3-11劃分網(wǎng)格

4汽車座椅骨架結(jié)構(gòu)有限元分析在交通工具安全防護(hù)體系中，汽車座椅強(qiáng)度擔(dān)當(dāng)著守護(hù)者的角色。它必須堅(jiān)固以適應(yīng)行進(jìn)間的各種載荷，從而極大降低旅途中乘客受傷的可能。座椅的設(shè)計(jì)壽命需長(zhǎng)遠(yuǎn)，以免因早期損毀對(duì)安全造成隱患。在承受沖擊時(shí)，座椅框架的完整性不容妥協(xié)，其不得發(fā)生斷裂或顯著變形。座椅的壽命應(yīng)長(zhǎng)，避免過(guò)早損壞。在面對(duì)沖擊載荷時(shí)，座椅不應(yīng)斷裂或嚴(yán)重變形。汽車座椅強(qiáng)度可分為靜強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度[24]。其中靜態(tài)強(qiáng)度顯得尤為重要，它依賴于座椅的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)保證。在恒定載荷作用下，座椅的軟墊元素影響較小，而座椅骨架的設(shè)計(jì)則是保障其靜態(tài)強(qiáng)度的核心，這直接關(guān)系到乘坐的安全及舒適度。4.1座椅骨架的靜強(qiáng)度座椅的靜強(qiáng)度汽車座椅承受的載荷在實(shí)際工況中非常復(fù)雜，很難在試驗(yàn)室中再現(xiàn)，令汽車座椅強(qiáng)度研究頗為棘手[25]。為了捋順這層迷霧，工程師們傾向于靜態(tài)加載，將各種復(fù)雜工況抽象成極限載荷，以探究座椅的最大承載能力。眾多國(guó)家制定了座椅強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)化要求，從而在座椅靜強(qiáng)度的研究中，重點(diǎn)放在了骨架結(jié)構(gòu)與材料的選擇上。科技的創(chuàng)新永無(wú)止境，就如同分離式結(jié)構(gòu)在簡(jiǎn)化載荷傳遞，增強(qiáng)靜態(tài)耐久性上的巧妙應(yīng)用，為整體約束式座椅的設(shè)計(jì)提供了新思路。設(shè)計(jì)師們運(yùn)用精湛的技藝，在座椅骨架應(yīng)力分布的指導(dǎo)下，挑選最適宜的截面形態(tài)。輕巧而穩(wěn)固的異型截面薄壁桿件，或是強(qiáng)度與柔韌并存的復(fù)合材料，成為降低汽車座椅質(zhì)量的佳選。此外，鎂合金這一材料的巧妙運(yùn)用，不僅保障了座椅的堅(jiān)固度，更實(shí)現(xiàn)了重量減輕約40%的突破，無(wú)疑是輕量化道路上的重要一躍。4.1.1座椅骨架靜力學(xué)分析（1）先對(duì)模型進(jìn)行邊界條件的設(shè)置，在實(shí)際工作中汽車座椅骨架的下面的固定住的，所以該位置的約束為固定約束，結(jié)果如下圖4-1所示：圖4-1施加固定約束（2）在實(shí)際的工作狀態(tài)下，理論一個(gè)成人重量為60Kg，模擬汽車座椅骨架受到3倍人體重量，則我們?cè)谄囎紊鲜┘拥闹亓康臑?800N，分到座椅和后背的載荷結(jié)果如下圖4-2和圖4-3所示：圖4-2座椅施加載荷圖4-3靠背施加載荷（3）設(shè)置求解參數(shù)，選擇求解參數(shù)，并且將需要計(jì)算的物理量輸入進(jìn)去，然后引入待分析物理指標(biāo)：總位移、應(yīng)變及應(yīng)力；啟動(dòng)求解，以繪制結(jié)果云圖以揭示材料響應(yīng)。圖4-4至4-7所示：圖4-4設(shè)置求解參數(shù)圖4-5位移云圖圖4-6應(yīng)變?cè)茍D圖4-7應(yīng)力云圖4.1.2靜力分析結(jié)果靜力分析不考慮結(jié)構(gòu)的慣性、阻尼等因素，研究在不同荷載下結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力狀況。本章針對(duì)座椅在不同工作狀態(tài)下的載荷受力情況進(jìn)行靜力學(xué)分析，計(jì)算得出形變和應(yīng)力分布圖。這些圖可直觀展示座椅骨架不同部位受力情況，形變圖則展示不同部位的等效位移分布，通過(guò)顏色和圖像變化展現(xiàn)出座椅骨架各處的形變程度。基于圖4-5至4-6的數(shù)據(jù)，座椅骨架的最大應(yīng)力為111.61MPa，而該座椅骨架的材質(zhì)是碳素結(jié)構(gòu)鋼，其屈服強(qiáng)度為355MPa，座椅骨架的最大應(yīng)力應(yīng)小于其屈服強(qiáng)度。最大位移為0.73785mm，形變較小，符合要求。座椅骨架變形主要集中在連接位置上，連接部位的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。強(qiáng)調(diào)連接點(diǎn)的強(qiáng)度是確保座椅骨架在工作中承受外力影響，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定安全性的關(guān)鍵。同時(shí)從計(jì)算云圖中可看出連接位置的變形最為明顯，離連接點(diǎn)越遠(yuǎn)的地方變形較小，故連接部位置的設(shè)計(jì)具有特別重要性，要保證座椅骨架連接位置的強(qiáng)度，才能在實(shí)際工作中抵御外力對(duì)它的作用，使得座椅骨架更加安全、穩(wěn)定的工作[26]。4.2座椅骨架的模態(tài)分析模塊化分析是一種新的動(dòng)態(tài)特征研究方法，可作為工程振動(dòng)識(shí)別的新階段。模態(tài)指機(jī)械系統(tǒng)固有的頻率、阻尼比和振蕩類型，利用有限單元法獲取的解析程序?yàn)閿?shù)值模型，通過(guò)振型參數(shù)識(shí)別生成的輸入輸出信號(hào)為試驗(yàn)?zāi)B(tài)解析。組件模態(tài)分析可減少共振現(xiàn)象，使構(gòu)件以相應(yīng)頻率振蕩。深入研究可以了解結(jié)構(gòu)在不同動(dòng)態(tài)載荷下的響應(yīng)，為其他動(dòng)態(tài)分析提供依據(jù)。座椅骨架自振頻率若接近危險(xiǎn)頻率，將產(chǎn)生共振破壞，導(dǎo)致應(yīng)力增大和斷裂，重要性不言而喻。模態(tài)分析對(duì)振動(dòng)、噪聲、故障診斷等動(dòng)力研究至關(guān)重要。在此研究中，選用ANSYS中的分塊法（Lanczos法）進(jìn)行模態(tài)分析。這種方法在操作前期類似于靜力分析，需創(chuàng)建所需材料參數(shù)、密度等，設(shè)置網(wǎng)格尺寸為1mm。隨后進(jìn)行自由模態(tài)分析，ANSYS還提供其他六種模態(tài)分析方法，包括子空間法、阻尼法等等。4.2.1座椅骨架的自由模態(tài)分析座椅骨架的自由模態(tài)分析是指在無(wú)約束條件下進(jìn)行的模態(tài)分析，通過(guò)ANSYS插件Workbench對(duì)頻率和振型進(jìn)行分析。對(duì)比結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，前6階頻率可以忽略，關(guān)注第7至第15階的頻率和振型。詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4-8至4-16。圖4-8自由模態(tài)7階振型圖4-9自由模態(tài)8階振型圖4-10自由模態(tài)9階振型圖4-11自由模態(tài)10階振型圖4-12自由模態(tài)11階振型圖4-13自由模態(tài)12階振型圖4-14自由模態(tài)13階振型圖4-15自由模態(tài)14階振型圖4-16自由模態(tài)15階振型4.2.2模態(tài)分析結(jié)果從以上圖中可以看出骨架的固有頻率，從七階到十五階逐步遞增，各階段固有頻率總結(jié)匯總為下表4-1骨架7-15階的自由模態(tài)頻率。表4-1骨架7-15階的自由模態(tài)頻率階次七階八階九階十階十一階十二階十三階十四階十五階固有頻率（HZ）35.8646.78106.73107.59125.36131.39133.43139.11198.55汽車行駛時(shí)，路面和車輛的振動(dòng)頻率范圍在0.5~25Hz。座椅骨架和車輛間的垂直振動(dòng)頻率在0~35Hz。根據(jù)結(jié)果，座椅骨架的自振頻率高于實(shí)際振動(dòng)頻率，不存在諧振失效，符合設(shè)計(jì)要求。這意味著座椅骨架設(shè)計(jì)足夠穩(wěn)定，能夠有效應(yīng)對(duì)汽車在道路行駛過(guò)程中的振動(dòng)影響。

5對(duì)座椅骨架進(jìn)行分析及優(yōu)化5.1優(yōu)化前的分析結(jié)果根據(jù)圖5-1至圖5-3的結(jié)果顯示，座椅骨架的最大應(yīng)力為111.61MPa，材質(zhì)為碳素結(jié)構(gòu)鋼，其屈服強(qiáng)度為355MPa，最大應(yīng)力小于屈服強(qiáng)度。最大位移為0.73785mm，形變較小。這表明座椅骨架在受力下表現(xiàn)穩(wěn)定，符合強(qiáng)度要求。圖5-1位移云圖圖5-2應(yīng)變?cè)茍D圖5-3應(yīng)力云圖5.2優(yōu)化方案的確定根據(jù)分析結(jié)果可知，在座椅骨架連接處的應(yīng)力最大，所以需對(duì)連接處進(jìn)行加強(qiáng)，將模型的座椅連接處增加兩根加強(qiáng)筋，以分解連接處的應(yīng)力，使得該處應(yīng)力不會(huì)過(guò)大。如下圖5-4所示：圖5-4模型優(yōu)化5.3優(yōu)化前后的對(duì)比結(jié)果對(duì)優(yōu)化后的模型施加相同的邊界條件，同時(shí)模型施加相同的力，對(duì)優(yōu)化后的模型進(jìn)行分析結(jié)果。如下圖5-5至圖5-7：圖5-5位移云圖圖5-6應(yīng)變?cè)茍D圖5-7應(yīng)力云圖根據(jù)圖5-5至5-7的數(shù)據(jù)，優(yōu)化后座椅骨架的最大應(yīng)力為83.926MPa，小于屈服強(qiáng)度355MPa；最大位移為0.38112mm，形變較小，強(qiáng)度滿足要求。與未優(yōu)化前的結(jié)果相比，優(yōu)化后的應(yīng)力和位移均有所降低。詳情參見(jiàn)如下表5-1中的優(yōu)化前后對(duì)比數(shù)據(jù)。表5-1優(yōu)化前后數(shù)據(jù)對(duì)比最大應(yīng)力（Mpa）最大位移（mm）應(yīng)變（mm/mm）優(yōu)化前111.610.737855.6845×10-4優(yōu)化后83.9260.381124.4471×10-45.4本章小結(jié)結(jié)論如下：根據(jù)表2的計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果可知，座椅骨架在模型優(yōu)化后，對(duì)連接部位進(jìn)行加強(qiáng)，連接部位最大應(yīng)力為83.926MPa，相對(duì)于優(yōu)化前應(yīng)力減小了24.8%，座椅骨架的的最大位移是0.38112mm，相對(duì)于優(yōu)化前應(yīng)力減小了48.3%，模型的優(yōu)化是安全有效的，大大提高了座椅骨架的強(qiáng)度。同時(shí)，連接位置形變明顯，遠(yuǎn)離連接處形變減小，連接部位設(shè)計(jì)至關(guān)重要。有效的優(yōu)化提升了座椅骨架的安全穩(wěn)定性，抵御外部力量，確保座椅骨架在工作中表現(xiàn)出色。

6總結(jié)隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，車輛已深入普通家庭，而汽車座椅的設(shè)計(jì)對(duì)車輛安全至關(guān)重要。本文通過(guò)人機(jī)工程學(xué)的分析，對(duì)座椅結(jié)構(gòu)做出了大膽設(shè)計(jì)，注重座椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，優(yōu)化舒適性和安全性，考慮人體健康及坐姿特點(diǎn)。設(shè)計(jì)著重于匹配人體尺寸和生理特征，經(jīng)人機(jī)工程評(píng)價(jià)驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理，具一定實(shí)用價(jià)值。由于本人自身水平和時(shí)間的限制，文章中還存在著不盡人意的地方，在以后的工作和學(xué)習(xí)中還應(yīng)當(dāng)對(duì)座椅進(jìn)行更加深入的研究。參考文獻(xiàn)[1]畢重丹.中國(guó)乘用車輛座椅演變的分析與研究[D].南昌大學(xué),2