本书基于车辆工程专业的教学改革要求, 重点考虑学生综合性培养目标的需求, 围绕汽车座椅设计、试验评价及CAE分析开展专业的描述与案例分析。内容循序渐进且架构合理, 有助于学生快速掌握汽车座椅相关专业知识及CAE软件的应用。
汽车座椅的设计与研发是一项复杂的系统工程，涉及机械、力学、人机工程学和工业设计等多种学科。随着汽车技术的快速发展及消费者对汽车性能要求的提高，针对座椅本体性能及研发人员素质的要求也在不断提高。目前，国内鲜有专业的书籍专门介绍汽车座椅的设计与CAE分析，导致高校毕业生缺乏与座椅系统研发相关的技能储备。
本书内容是由多位编者结合整车研发经验与教学工作经历组织编写的，在引用实际开发案例的同时参考了相关的技术资料与学术论文，较系统地介绍了汽车座椅的结构、座椅造型设计、CAD软件应用和座椅典型工况的CAE分析。本书内容立足行业需求，术语规范，注重实践操作，有助于在校学生或年轻技术人员较好地掌握座椅设计的基本要求及CAD/CAE软件的初步运用。
此外，本书利用二维码技术弥补了传统纸质图书表达形式上的不足，提供了不同视角、不同载体的内容，以期为读者带来生动、立体的阅读体验。
本书可作为理工科院校相关专业的本科生、研究生选修课教材和参考书，也可作为汽车及相关座椅企业研发工程师的参考书籍。
前言
汽车座椅是乘用车上仅次于发动机和底盘的第三大系统，也是整车上的主要功能件之一。优秀的座椅设计可以为车内驾乘人员提供安全、舒适和便捷的驾乘感受。
汽车座椅的设计与研发是一项复杂的系统工程，涉及机械、力学、人机工程学和工业设计等多种学科。随着汽车技术的快速发展及消费者对汽车性能要求的提高，针对座椅本体性能及研发人员素质的要求也在不断提高。目前，国内鲜有专业的书籍专门介绍汽车座椅的设计与CAE分析，导致高校毕业生缺乏与座椅系统研发相关的技能储备。
本书内容是由多位编者结合整车研发经验与教学工作经历组织编写的，在引用实际开发案例的同时参考了相关的技术资料与学术论文，较系统地介绍了汽车座椅的结构、座椅造型设计、CAD软件应用和座椅典型工况的CAE分析。本书内容立足行业需求，术语规范，注重实践操作，有助于在校学生或年轻技术人员较好地掌握座椅设计的基本要求及CAD/CAE软件的初步运用。
此外，本书利用二维码技术弥补了传统纸质图书表达形式上的不足，提供了不同视角、不同载体的内容，以期为读者带来生动、立体的阅读体验。
本书可作为理工科院校相关专业的本科生、研究生选修课教材和参考书，也可作为汽车及相关座椅企业研发工程师的参考书籍。
本书的第1、3章由蒋成约编写，第4、5章由胡远志编写，第2、6章及相关设计图由李牧阳编写。本书在编辑过程中，得到了廖高健等多位同行的帮助，此外，刘博勋、张伟、胡晓燕和陈坤等硕士生亦参与了部分资料的整理工作，在此编者一并表示衷心的感谢！
由于编者水平有限，书中难免有错误之处，恳请广大读者不吝赐教。
编者
目录
第1章汽车座椅概述1
1.1汽车座椅介绍2
1.1.1现代汽车座椅的构造2
1.1.2汽车座椅的典型零部件4
1.2汽车座椅的性能要求5
1.2.1座椅安全性要求5
1.2.2座椅舒适性要求5
1.2.3操作便利性要求6
1.2.4座椅轻量化要求7
1.3汽车座椅的研发流程7
1.3.1目标定义8
1.3.2造型设计8
1.3.3零部件设计8
1.3.4原型装配8
1.3.5试验验证8
1.4汽车座椅布置与设计要求9
1.4.1整车坐标系9
1.4.2人体尺寸参考9
1.4.3座椅H点与R点11
1.4.4汽车座椅尺寸设计建议13
1.5汽车座椅术语与定义15
第2章汽车座椅造型设计19
2.1近现代汽车座椅造型回顾与概览20
2.2当代座椅造型设计分析26
2.2.1大众Golf座椅造型设计
解析26
2.2.1其他量产乘用车座椅造型
设计33
2.3座椅造型设计案例37
第3章CAD软件在汽车座椅设计上的
应用41
3.1基本线框的建立42
3.2曲面生成45
3.3造型修改47
3.4装配设计50
第4章汽车座椅测试试验53
4.1汽车座椅强度试验54
4.1.1汽车安全带安装固定点试验55
4.1.2汽车座椅靠背及其调节装置的强度试验57
4.1.3汽车座椅头枕强度试验58
4.1.4座椅滑轨锁止性能试验60
4.1.5座椅调角器试验60
4.2汽车座椅舒适性试验61
4.2.1QC/T55—1993座椅舒适性的试验方法61
4.2.2座椅NVH试验63
4.2.3座椅压力分布试验63
4.3汽车座椅功能耐久性试验64
4.3.1座椅进出耐久性测试65
4.3.2座椅颠簸蠕动耐久测试66
4.3.3座椅滑轨耐久性测试67
4.3.4座椅调角器耐久测试68
4.3.5座椅头枕耐久测试69
4.4C-NCAP座椅鞭打试验70
第5章汽车座椅CAE分析73
5.1CAE建模与前处理74
5.1.1CAD模型导入清理及关键参数设定74
5.1.2座椅有限元模型搭建78
5.2汽车座椅安全带固定点强度分析87
5.2.1安全带固定点强度分析说明及模型搭建87
5.2.2仿真分析结果96
5.3汽车后排座椅行李箱冲击CAE
分析98
5.3.1行李箱冲击CAE分析说明及模
型搭建98
5.3.2行李箱冲击CAE分析结果101
5.4汽车驾驶员座椅靠背强度分析103
5.4.1驾驶员座椅靠背强度CAE分析
说明及模型搭建103
5.4.2驾驶员座椅靠背强度CAE分析
结果105
5.5汽车后排儿童座椅安装点强度
分析106
5.5.1汽车后排儿童座椅安装点CAE
分析说明及模型搭建106
5.5.2汽车后排儿童座椅安装点CAE
分析结果110
5.6汽车前排副驾座椅下潜CAE分析113
5.6.1汽车前排副驾座椅下潜CAE分
析说明及模型搭建113
5.6.2汽车前排副驾座椅下潜CAE分析结果116
5.7C-NCAP座椅鞭打试验CAE分析119
5.7.1C-NCAP座椅鞭打试验CAE分析说明及模型搭建119
5.7.2C-NCAP座椅鞭打试验CAE分析结果121
第6章汽车座椅新技术与发展123
6.1汽车座椅新技术124
6.1.1汽车座椅安全性新技术124
6.1.2汽车座椅舒适性新技术124
6.1.3汽车座椅智能化新技术125
6.2面向未来的汽车座椅设计125
参考文献128
第1章汽车座椅概述
1.1汽车座椅介绍
我国高速增长的汽车工业为汽车座椅行业提供了广阔的市场空间。2015年，我国汽车产销量分别为2450.33万辆和2459.76万辆，同比增长3.25%和4.68%。其中乘用车产销2107.94万辆和2114.63万辆，同比增长5.78%和7.30%。作为整车上的重要系统，汽车座椅的销售量与汽车的产销量密切相关，按照每台车的座椅总成价格为3000～5000元估算，2015年我国乘用车座椅的市场销售规模预计为600亿～1000亿元。目前，汽车座椅已成为乘用车上仅次于发动机和底盘的第三大总成。
汽车座椅作为汽车内饰件的重要组成部分，是与车内乘员接触最为密切的部件。汽车座椅主要由坐垫(也可用座垫)、靠背、侧背支撑和头枕等组成。乘用车座椅一般具有一定的表面形状，其中座面和靠背的外形曲线应与人体放松状态下的背部曲线相吻合，乘员入座后的座椅形状及体压分布应使乘员的肌肉处于放松的状态，并能支撑起乘员的腰椎部位，使得乘员长时间乘坐也不会感到疲劳。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。随着汽车消费的日益普及，人们对汽车座椅的舒适性、安全性、设计感等的要求也逐步提高。
1.1.1现代汽车座椅的构造
现代汽车座椅一般包括铁台、机能件、合绵和表皮等。普通乘用车的前排座椅构造及相关零部件如图1.1所示。
图1.1前排座椅构造及相关零部件
1.铁台
汽车座椅铁台包括座铁台与背铁台，当前主要有以下几种常见的组合方式：钣金结构，管材结构，钣金+管材结构。汽车座椅的座铁台如图1.2所示。
图1.2汽车座椅的座铁台
2.机能件
汽车座椅中的机能件主要是为了实现座椅作动功能，常见的机能件包括以下零部件及机构。
(1)调角器，又称仰卧器，是实现座椅靠背角度调节的装置。
(2)调高器，可实现座椅上下作动(又可分为单独座升降和座背共同升降)。
(3)滑轨，可实现座椅前后作动。
(4)顶腰机构。
(5)扶手、头枕、通风、加热等。
3.合绵
座椅的舒适性主要取决于合绵的软硬度(当然，座椅骨架及座椅造型均会有影响)，合绵的软硬度一般根据主机厂要求的标准进行调试。通常主机厂可参考以往车型座椅的舒适性来制定相应要求；另外也可以根据主打车型(运动、家庭、商务等)来确定设计要求。图1.3为座椅坐垫合绵示例。
4.表皮
表皮是座椅与乘员直接接触的部件，一般有三种材质：织物、人造革和真皮。其中，织物成本最低，真皮价格最高。座椅表皮的材质如图1.4所示。
图1.4座椅表皮的材质
1.1.2汽车座椅的典型零部件
乘用车的座椅由众多零部件组成，其中主要的零部件包括头枕、靠背、坐垫、座椅骨架、调角器和滑轨等。汽车座椅的典型零部件(机构)及其材质如表1.1所示。
表1.1汽车座椅的典型零部件及其材质
序号
零部件
材质
示意图
1
头枕
聚氨酯类的发泡物、化学纤维物质、皮革等
2
靠背
聚氨酯类的发泡物、化学纤维物质、皮革等
3
坐垫
聚氨酯类的发泡物、化学纤维物质、皮革等
4
座椅骨架
SAPH、SPCC等
5
调角器
SPFH
6
滑轨
SPFH
1.2汽车座椅的性能要求
随着汽车消费的日益普及，消费者对汽车安全、环保、节能及舒适性等性能指标也提出了越来越高的要求。座椅作为整车内饰部件的重要组成部分，其性能也越来越多地受到研发人员与消费者的重视。目前，对汽车座椅的基本要求如下。
(1)安全可靠，能在不同碰撞工况中保护车内乘员。
(2)满足驾乘人员对各种调节机构的控制，并保证良好的视野。
(3)座椅的造型设计美观，且相关布置符合人体生理构造，保证驾乘人员的舒适性。
(4)座椅应有足够的强度、刚度及耐久性，并满足系统轻量化要求。
1.2.1座椅安全性要求
座椅安全性主要指汽车座椅能有效地避免汽车事故的发生或在汽车碰撞过程中能最大限度地减轻碰撞对驾驶员及乘员造成伤害的能力。座椅作为整车约束系统的重要组成部分，对整车碰撞过程中的乘员保护起着决定性作用。首先，碰撞过程中座椅要保证乘员在车体内受到较好的支撑与约束；其次，座椅要保证碰撞过程中乘员保持一定的姿态并配合车内其他约束系统(包括安全气囊、安全带等)充分发挥相应的保护效能；最后，要求乘员与整车内饰发生二次碰撞过程中，座椅能够充分吸收乘员的能量以使乘员伤害尽量降低。因此，座椅骨架、调角器等关键零部件的设计与选型都要在满足安全性的前提下进行相应研发。国内的C-NCAP碰撞试验对座椅性能的要求较高，如图1.5所示。
图1.5某C-NCAP碰撞试验后的座椅状态
(图片来源：C-NCAP官网)
1.2.2座椅舒适性要求
汽车座椅是影响驾乘人员舒适性的主要因素，座椅的布置、造型尺寸及发泡的软硬度等都会影响座椅的舒适性。因此，座椅的设计应充分考虑人体尺寸、人体重量和乘员的乘坐姿态等因素。合理的座椅设计能使乘员保持良好的坐姿，使其脊柱自然弯曲，保证合理的体压分布并使其肌肉松弛，此外，座椅设计还需考虑腰背部贴合感及侧向稳定感。图1.6是关于座椅发泡硬度及体压分布的测试，对乘坐舒适性有较大影响。
图1.6座椅发泡硬度测试(左)及体压分布测试(右)
……
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