汽車座椅的設計與研發是一項復雜的係統工程,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,導緻高校畢業生缺乏與座椅係統研發相關的技能儲備。
本書內容是由多位編者結閤整車研發經驗與教學工作經曆組織編寫的,在引用實際開發案例的同時參考瞭相關的技術資料與學術論文,較係統地介紹瞭汽車座椅的結構、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,術語規範,注重實踐操作,有助於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瞭傳統紙質圖書錶達形式上的不足,提供瞭不同視角、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。
本書基於國內汽車行業人纔需求與技術研發背景,圍繞汽車座椅設計與研發這一主綫,結閤座椅研發流程與CAE分析規範,較為係統地介紹瞭汽車座椅造型設計、CAD軟件在座椅設計上的應用及不同工況下的CAE分析。本書基於工程開發案例,引導讀者瞭解座椅設計及其試驗驗證的關鍵事項,並掌握座椅CAD設計與CAE分析的核心技能,以適應行業高素質應用型人纔培養的需求。
本書內容注重理論與實際案例的結閤,具有較強的實用性,可作為理工科院校相關專業本科生及研究生的選修課教材和參考書,也可供汽車及相關零部件企業技術人員與CAE工程師學習參考。
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整車坐標係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迴顧與概覽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其他量産乘用車座椅造型
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基本綫框的建立42
3.2麯麵生成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座椅進齣耐久性測試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汽車後排座椅行李箱衝擊CAE
分析98
5.3.1行李箱衝擊CAE分析說明及模
型搭建98
5.3.2行李箱衝擊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汽車後排兒童座椅安裝點強度
分析106
5.5.1汽車後排兒童座椅安裝點CAE
分析說明及模型搭建106
5.5.2汽車後排兒童座椅安裝點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麵嚮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瞭廣闊的市場空間。2015年,我國汽車産銷量分彆為2450.33萬輛和2459.76萬輛,同比增長3.25%和4.68%。其中乘用車産銷2107.94萬輛和2114.63萬輛,同比增長5.78%和7.30%。作為整車上的重要係統,汽車座椅的銷售量與汽車的産銷量密切相關,按照每颱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於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錶麵形狀,其中座麵和靠背的外形麯綫應與人體放鬆狀態下的背部麯綫相吻閤,乘員入座後的座椅形狀及體壓分布應使乘員的肌肉處於放鬆的狀態,並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。通過對座椅的前後上下、靠背的傾斜角度、頭枕前後上下等位置的有限調節,可以使大部分人處於舒適狀態。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颱、機能件、閤綿和錶皮等。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.鐵颱
汽車座椅鐵颱包括座鐵颱與背鐵颱,當前主要有以下幾種常見的組閤方式:鈑金結構,管材結構,鈑金+管材結構。汽車座椅的座鐵颱如圖1.2所示。
圖1.2汽車座椅的座鐵颱
2.機能件
汽車座椅中的機能件主要是為瞭實現座椅作動功能,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,可實現座椅前後作動。
(4)頂腰機構。
(5)扶手、頭枕、通風、加熱等。
3.閤綿
座椅的舒適性主要取決於閤綿的軟硬度(當然,座椅骨架及座椅造型均會有影響),閤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製定相應要求;另外也可以根據主打車型(運動、傢庭、商務等)來確定設計要求。圖1.3為座椅坐墊閤綿示例。
4.錶皮
錶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。座椅錶皮的材質如圖1.4所示。
圖1.4座椅錶皮的材質
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)及其材質如錶1.1所示。
錶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、化學縴維物質、皮革等
2
靠背
聚氨酯類的發泡物、化學縴維物質、皮革等
3
坐墊
聚氨酯類的發泡物、化學縴維物質、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齣瞭越來越高的要求。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製,並保證良好的視野。
(3)座椅的造型設計美觀,且相關布置符閤人體生理構造,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,並滿足係統輕量化要求。
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。座椅作為整車約束係統的重要組成部分,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並配閤車內其他約束係統(包括安全氣囊、安全帶等)充分發揮相應的保護效能;最後,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碰撞試驗後的座椅狀態
(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。閤理的座椅設計能使乘員保持良好的坐姿,使其脊柱自然彎麯,保證閤理的體壓分布並使其肌肉鬆弛,此外,座椅設計還需考慮腰背部貼閤感及側嚮穩定感。圖1.6是關於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)
……
前言
汽車座椅是乘用車上僅次於發動機和底盤的第三大係統,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係統工程,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,導緻高校畢業生缺乏與座椅係統研發相關的技能儲備。
本書內容是由多位編者結閤整車研發經驗與教學工作經曆組織編寫的,在引用實際開發案例的同時參考瞭相關的技術資料與學術論文,較係統地介紹瞭汽車座椅的結構、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,術語規範,注重實踐操作,有助於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瞭傳統紙質圖書錶達形式上的不足,提供瞭不同視角、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章由鬍遠誌編寫,第2、6章及相關設計圖由李牧陽編寫。本書在編輯過程中,得到瞭廖高健等多位同行的幫助,此外,劉博勛、張偉、鬍曉燕和陳坤等碩士生亦參與瞭部分資料的整理工作,在此編者一並錶示衷心的感謝!
由於編者水平有限,書中難免有錯誤之處,懇請廣大讀者不吝賜教。
編者
我特彆關注書中對各種仿真軟件的介紹和使用技巧。如今CAE分析離不開各種專業的軟件工具,而掌握這些工具的操作和原理是關鍵。我期望書中能詳細介紹目前主流的汽車座椅CAE分析軟件,例如HyperWorks、Abaqus、LS-DYNA等,並提供一些實用的操作技巧和注意事項。例如,在進行前處理時,模型簡化、材料屬性的定義、邊界條件的施加等都是非常重要的環節,書中能否提供一些快速有效的方法?在後處理分析結果時,如何準確地解讀應力、應變、位移等數據,如何識彆潛在的設計缺陷,這些都需要有經驗的指導。我甚至期待書中能提供一些案例研究,展示如何利用這些軟件來解決實際的座椅設計問題,比如碰撞安全性的提升、舒適性的優化、以及輕量化設計等。如果書中能夠包含一些軟件的宏命令或者腳本示例,那就更好瞭,這對於提高工作效率非常有幫助。
評分在技術書籍的閱讀過程中,我非常看重圖錶和公式的質量。這本書在這方麵做得非常齣色。圖錶清晰,標注準確,比例協調,甚至在一些關鍵的截麵示意圖上,還標注瞭尺寸和材質信息,這對於理解結構細節非常有幫助。公式的推導過程雖然有時會比較復雜,但作者的推導步驟非常完整,每一步都解釋得很清楚,並且使用瞭規範的數學符號,沒有含糊不清的地方。更重要的是,書中在引入公式後,都會解釋該公式的物理意義和適用範圍,而不是簡單地羅列齣來。例如,在講解應力集中效應的公式時,作者還會舉例說明在哪些結構形狀下會齣現明顯的應力集中,以及如何通過改變結構來減小應力集中的程度。這種對公式和圖錶的嚴謹態度,讓我對書中內容的準確性和可靠性非常有信心。
評分書中的案例分析部分,是我最期待的閱讀內容之一。我希望這些案例能夠覆蓋汽車座椅設計的各個方麵,從概念設計到最終的性能驗證。例如,能否提供一些關於如何針對不同車型(轎車、SUV、MPV等)和不同使用場景(日常通勤、長途旅行、越野等)設計齣差異化的座椅的案例?我更希望看到一些針對具體設計痛點的解決方案,比如如何通過CAE分析來解決座椅在顛簸路段産生的異響問題,或者如何優化座椅的側翼支撐來提高車輛轉彎時的乘坐穩定性。如果案例中能夠包含不同材料(如高強度鋼、鋁閤金、碳縴維復閤材料)在座椅結構中的應用分析,以及它們對座椅性能的影響,那就更加理想瞭。我很想知道,設計師是如何結閤人體工程學、結構力學以及CAE分析的,來創造齣既安全又舒適,同時還能滿足成本和輕量化要求的座椅。
評分這本書的裝幀設計就讓我眼前一亮,硬殼封麵的質感非常棒,摸起來有種高級感,而且封麵圖案的印刷也相當精美,色彩搭配協調,視覺衝擊力很強。拿到手裏沉甸甸的,感覺內容肯定很厚實。我通常會把新買的書放在床頭櫃上,這本書擺在那裏,每次看到心情都會很好。書脊的燙金字體清晰可見,即使在光綫不好的地方也容易辨認。側麵的裁切也十分整齊,沒有毛邊,細節處理到位。而且,印刷紙張的選用也明顯經過考量,紙張厚實但不至於太重,觸感溫潤,翻閱起來順滑,不會輕易褶皺,更不會有刺鼻的油墨味,這對長時間閱讀來說非常重要,能有效減輕眼部疲勞。書的整體尺寸也設計得恰到好處,既能容納足夠的信息量,又方便單手持握,或者放在背包裏攜帶。即使是作為一本專業類的技術書籍,它也散發齣一種低調的奢華感,讓人願意去翻閱、去探索其中的知識。我非常欣賞這種在細節上追求極緻的態度,這往往是一個優秀作品的起點,也預示著內容本身可能同樣令人滿意。
評分在閱讀過程中,我發現書中在講解過程中,經常會插入一些“思考題”或者“延伸閱讀”的建議。這些小小的設計,極大地提升瞭我的閱讀體驗。例如,在講到某個力學模型時,作者會提齣一個問題:“如果將這個模型中的某個參數增加一倍,你會預期結果發生怎樣的變化?”或者在介紹某項新技術時,會建議我們去查閱某篇相關的學術論文。這種互動式的教學方式,讓我不僅僅是 passively 接受信息,而是主動地去思考、去探索。這不僅加深瞭我對書本內容的理解,還激發瞭我對相關領域進一步學習的興趣。我曾經因為一本技術書籍中的“思考題”而花費瞭好幾個小時去查找資料和進行計算,最終收獲頗豐。這種引導式學習,對於想要深入掌握某個領域知識的人來說,是極其寶貴的。
評分這本書的內容深度和廣度,在我看來,似乎是為不同層次的讀者量身定製的。對於初學者來說,書中基礎理論的講解清晰易懂,為他們打下瞭堅實的基礎。而對於有一定經驗的工程師而言,書中對復雜CAE方法和高級應用技術的深入探討,無疑能為他們提供新的思路和解決方案。我尤其欣賞的是,書中並沒有迴避一些在實際工程中遇到的難題,而是直麵它們,並嘗試給齣理論上的解釋和實踐中的建議。例如,在討論材料疲勞壽命預測時,作者可能還會提及實際測試中可能遇到的各種乾擾因素,以及如何通過仿真來盡量減小這些因素的影響。這種真實性和實用性,是我在很多技術書籍中都難以找到的。它讓我覺得,這本書不僅僅是理論的堆砌,更是對現實工程挑戰的深刻迴應。
評分當我翻開第一頁,就被扉頁上那句引用詩吸引瞭,雖然我不太確定是誰的詩,但它的意境和這本書的題目竟然産生瞭奇妙的共鳴,仿佛在訴說著一個關於創新與傳承的故事。然後是目錄,它的結構清晰,邏輯嚴謹,每一個章節的標題都精準地概括瞭其核心內容,讓人一眼就能對全書的知識體係有一個大緻的瞭解。在初步瀏覽目錄時,我注意到一些章節的標題非常吸引人,比如“人體工程學在座椅設計中的前沿應用”和“虛擬碰撞仿真技術在座椅安全性評估中的突破性進展”,這些標題暗示瞭書中可能包含很多我從未接觸過的、極具價值的信息。我特彆期待看到書中關於人體工程學的內容,因為我知道座椅的舒適度和安全性很大程度上取決於對人體結構的深入理解和應用。同時,對CAE分析部分的興趣也讓我好奇書中會如何將復雜的物理原理與實際設計相結閤,通過仿真來預測和優化産品性能。我傾嚮於一本好的技術書籍,不僅要傳授理論知識,更要展示如何將其應用於實際工程問題,並提供可行的解決方案。
評分這本書的語言風格也給我留下瞭深刻的印象。作者在保持專業性和嚴謹性的同時,並沒有讓文字顯得過於生硬和枯燥。相反,我能感受到作者在遣詞造句上花費瞭心思,力求讓每一個概念都清晰明瞭,每一個論證都邏輯嚴密。在某些技術性很強的部分,作者會用一些生動形象的描述來幫助讀者理解,比如在形容材料在受力下的形變時,使用瞭“如同橡皮泥一樣被拉伸和擠壓”的比喻,雖然簡單,但卻非常貼切,立刻就勾起瞭我的畫麵感。而且,書中在引用學術文獻或專利時,並沒有直接照搬,而是將其中的精華提煉齣來,用自己的語言進行闡述,並給齣明確的引用來源,這既體現瞭作者的學術誠信,也方便瞭讀者進一步查閱。我非常贊賞這種能夠將復雜的科學語言轉化為易於理解的文字的能力,這纔是真正有價值的知識傳播。
評分在初步翻閱這本書後,我發現它在內容編排上,尤其是在章節過渡和知識點的呈現方式上,做得相當齣色。從基礎理論的引入,到復雜CAE方法的講解,再到實際案例的分析,整個過程顯得非常流暢和自然。比如,在講解某個復雜的有限元分析模型時,作者並沒有直接拋齣晦澀難懂的公式,而是先用通俗易懂的比喻來解釋背後的物理現象,再逐步引入數學模型。這種由淺入深、循序漸進的教學方式,極大地降低瞭閱讀的門檻,讓我這個非專業齣身的讀者也能逐漸理解那些看似高深的技術。此外,書中很多概念的解釋都配有精美的插圖和示意圖,這些圖錶不僅清晰地展示瞭結構細節和力學過程,還幫助我形象地理解那些抽象的概念。有時,一張圖就能勝過韆言萬語,有效地避免瞭文字描述的枯燥和模糊。我尤其喜歡書中對某些關鍵步驟的圖解,例如在進行網格劃分時,不同網格類型的優缺點以及適用場景都被清晰地展示齣來。
評分總的來說,這本書給我留下瞭一種“匠心獨運”的印象。從封麵設計到內容編排,從語言錶達的藝術性到圖錶公式的嚴謹性,再到案例分析的實用性和深度,每一個環節都透露齣作者的用心和專業。它不僅僅是一本傳授汽車座椅設計和CAE分析知識的書籍,更像是一位經驗豐富的工程師,在與讀者進行一次深入的交流。我可以通過它來係統地學習汽車座椅設計中的各個環節,瞭解最新的CAE技術在座椅研發中的應用,並且通過大量的案例來開闊視野,獲得解決實際工程問題的靈感。即使我不是汽車工程領域的專業人士,我相信閱讀這本書也能極大地提升我對汽車安全和舒適性的認知,並能更好地理解汽車製造商在這些方麵所做的努力。這本書絕對是我近期閱讀中最具價值和最值得推薦的一本。
評分涉及麵廣,但介紹內容一般,沒什麼乾貨。
評分質量不錯
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