汽车驾驶室安全防护装置设计报告.docx

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汽车驾驶室安全防护装置设计报告

汽车驾驶室安全防护装置设计报告

设计者：

肖康李光义

2011年12月

一、前言

随着人们生活水平的提高，汽车的应用越来越广，人们对汽车的要求也越来越高。

除了价格的原因而外，轿车的安全性、舒适性、科技含量等各方面的因素也越来越受到人们的关注和重视，并逐渐成为现代汽车设计的最优目标和消费者衡量汽车性能的重要标准。

作为汽车与车主接触最直接最密切的一部分，汽车驾驶室的设计直接影响到汽车的整体安全性，尤其是对于汽车驾驶室的安全防护设计。

它应该在安全、舒适、方便等各方面都能很好的适合不同个人的特殊需求。

早在20世纪70年代，国外的许多汽车生产厂家就已经注意到驾驶室设计的舒适性对汽车车辆作业效率的影响，人们开始将人机工程学理论应用于汽车座椅的设计上。

但当时的研究水平仅限于对座椅的尺寸、形状等与人体尺寸相适应的静态问题。

近年来，国外开发研究了舒适性较高的汽车驾驶室。

驾驶室内部趋于多功能化，并尽显豪华风格：

仪表板上的中央部位安排了更大的易于辨认的、动感十足的数字显示，很容易看得清楚；电视摄像机和显示器可以作为可选的一种装置，随时监视汽车行驶的路面状况；易于进出的驾驶室车门有特殊的安全锁定装置；其高品质的电动升降门窗十分宜人；视野十分广阔等等的这一切都应该汽车驾驶室内各种设备的位置布置，座椅上下、左右和角度可调，头枕高度可调和可拆卸的座椅，使每个座椅都能活动自如等，都体现了人机工程学上最佳的宜人性设计的原则。

随着中国汽车工业的蓬勃发展，国内也注意到了汽车驾驶室的安全问题，国内多家汽车生产厂家开始测绘和仿制国外先进的安全防护设计，驾驶员操作手柄形状以和驾驶室内设施的布置等，并且开始人机工程学在汽车座椅设计上的应用的研究，并取得了系列成果，同时驾驶室舒适性问题引起了更多的关注。

这极大的推动了国产汽车舒适性方面的设计和制造水平。

但是应用人机工程学来研究汽车驾驶室舒适性问题，国内还处于初级阶段。

根据我们小组的前期调查，目前市场上的轿车驾驶室虽然各具特色，但仍在不同程度上存在一定的欠缺和不足。

在老师的耐心细致的讲解和我们的努力学习下，我们对该课题进行了力所能和的相关研究的探索。

在此过程中，我们小组各成员通过查询收集相关文献资料，借鉴前人的研究成果并加上小组成员的分析讨论、筛选、归纳和总结，最后把所得到的结论运用到我们的设计作品中，以求设计出更加舒适更加安全的轿车驾驶室，提高消费者对轿车的满意度。

二、前期准备

在开始正式设计前，我们首先根据各部分的工作量，预先计划了各个环节所要的时间的相关内容，这让我们能过紧凑地按时完成各阶段的任务。

了解目前汽车驾驶室安全设计的主要优缺点，通过了解汽车驾驶室安全防护设计的重要流程、整体结构、工作原理并咨询自己身边有过驾驶经验的人的意见，结合自己的切身感受和体验，初步得到了一些目前汽车驾驶室安全防护设计的弊端和有待我们进一步调查了解的部分，并结合相关资料，对相关问题取得一定的了解。

我们将驾驶室的安全防护设计内容大致分为四类：

座椅的安全防护设计、仪表盘的安全防护设计、驾驶室的应急安全防护设计以和其他安全防护设计。

座椅。

主架座椅是汽车驾驶室的重要组成部分，它的主要功能是支撑驾驶员的身体，减缓路面不平传给驾驶员的冲击并衰减由此而引起的振动，给驾乘者提供舒适、安全的乘坐环境，便于驾驶者操作的良好工作条件。

座椅的设计尺寸与人体测量数据密切相关，结合驾驶员的疲劳特性，安全性要求，进行座椅的设计可以在很大程度上提高行车的安全性。

从安全性能考虑，座椅主要由安全带、靠背、头枕、坐垫、座椅与车身相连接的固定部件等组成，如图：

仪表盘。

对于驾驶员来说，拥有一个整洁直观的仪表盘和显示屏是很重要的，仪表盘设计应该根据人的人机学参数结合人眼的视觉特性等对仪表盘的平面设计、刻度设计、空间位置的设计以和仪表盘内警告灯和提示灯的设计。

一个好的仪表盘设计既能和时提醒驾驶员在行车过程

中的各种状况，也能在一定程度上减轻驾驶员的视觉疲劳，提高行车安全。

驾驶室应急安全防护装置。

汽车驾驶室内应设有应急安全防护装置，以保证在紧急情况下，驾驶员能做出正确的反应，保障驾驶员和其他人员的生命财产安全。

驾驶室的应急安全防护设计包括应急手刹，灭火器，安全防盗系统等等

其他安全防护装置。

方向盘的设计，方向盘是和人手直接接触的部位，其设计应该要尽可能减轻人手的疲劳，方向盘的用料和形状应防止手心出汗而打滑，方向盘上的按键设计应该符合人手的运动特性，为适应不同尺寸人的驾车需要，方向盘上下前后应该可调等。

安全气囊的设计，安全气囊设置在车内前方，侧方和车顶三个方向。

旨在减轻乘员的伤害程度，当发生碰撞事故时，避免乘员发生二次碰撞，或车辆发生翻滚等危险情况下被抛离座位。

安全气囊是汽车被动安全中一项技术含量很高的产品。

通常是作为安全带的辅助安全装置出现。

安全带与安全气囊是配套使用，可以大大保证驾驶员在事故中的人身安全。

安全玻璃的设计。

安全玻璃是一类经剧烈振动或撞击不破碎，即使破碎也不易伤人的玻璃。

常见的安全玻璃种类有贴膜玻璃、钢化玻璃、夹层玻璃等。

汽车安全玻璃主要是挡风玻璃、仪表盘的玻璃盖以和玻璃车窗，其设计首先要使得驾驶员有足够的视野，其次玻璃破碎的时候，不能有锋利的边缘以免伤人。

除了上述所说的安全防护装置，驾驶室的安全防护设计还有包括脚刹和离合器的安全设计，安全锤，车门的安全防护设计等。

三、详细设计

（1）驾驶室座椅设计

座椅是驾驶员与汽车直接接触的部位，座椅的舒适性直接影响到驾驶员的心理和生理是否能得到满足，这在驾驶员的安全行车中发挥着巨大的作用。

座椅的设计主要是根据人体的安全人机学参数，对座椅的尺寸进行合理的分配和设计，已达到减轻长途驾驶过程中驾驶员的身体疲劳，保证驾驶员的人身安全。

座椅设计的基本原则：

（1）座椅的形式和尺度与其功用有关；

（2）座椅的尺度必须参照人体测量学数据确定；

（3）座椅可适当调节，以满足坐姿变换；

（4）座椅所使用的材料应适应人体的舒适性；

（5）座椅的位置要与其作业空间相协调，便于人员作业。

体压分布

人体与座椅之间的压力分布称为坐姿的体压分布，坐姿的体压分布是影响驾驶员舒适性的重要因素，人就坐时，身体重量

的大部分（约8o％）经过臀部、背部隆起部分和其附着的肌肉压在坐椅面上。

设计座椅时，充分考虑座椅的受力，可以保证驾驶员的行车的安全性和舒适性，缓解驾驶员在长时间驾驶中出现的身体疲劳，下图为座椅各部位的受力情况。

最舒适的坐姿

由坐姿生物力学分析，最舒适的坐姿是臀部稍离靠背向前移，使肩部向后倾斜，保持在腰椎以上的肩部与大腿平面之间达到115°，同时小腿向前伸，保持大腿与小腿、小腿与脚之间达到110°—115°，习惯上吧上体在腰椎以上的肩部与大腿下平面之间的夹角称为体腿夹角，这个夹角的大小表达了乘坐的姿势，同时也是对腰曲拉伸和舒适感的直观标志。

如上图3所示：

头枕的设计

依据国家汽车头枕设计标准，头枕的位置和尺寸应满足：

1.沿平行于躯干基准线测量头枕的顶端到坐垫的长度，驾驶员座椅为700mm以上；

2.由头枕顶端沿平行于躯干基准线方向向下65mm处或者由坐垫沿平行于躯干基准线向上635mm处，头枕的外形宽度以座椅中心面为对称面，左右各应宽85mm以上；

3.位置可以调节的头枕的外形高度沿平行于躯干基准线方向测量为100mm以上。

对照头枕尺寸的国家标准，我们的设计中头枕的基本尺寸如下所示：

1.沿平行于躯干基准线方向头枕顶端到坐垫的的距离为770mm左右；

2.头枕的高度约为150mm左右，头枕的宽度则为250mm；

3.头枕的可调节高度设计约为150mm；

4.头枕的曲面设计为：

头枕两侧有圆弧状突起，中间有大弧度的凹陷。

这样汽车在发生撞击时，可以对驾驶员的头部侧向进行保护

靠背的设计

靠背的基本尺寸和形状应该能适应不同人群的需要，其强度应能保证在发生事故时能给与驾驶员提供足够的保护，靠背的倾角应该是可调的以满足驾驶员在不同情况下的需要。

靠背的舒适性设计与坐垫和腰脱的设计相联系，其安全性设计可以考虑靠背的强度，倾角，基本尺寸和其形状。

上图是安装腰脱和没安装腰脱座椅在腰部所受的承压力大小对比，显然安装腰脱时，座椅在腰部受到的承压力较大，能够更好的分配驾驶员对座椅的压力，以满足人的生理和心理需要，缓解驾驶员的作业疲劳。

医学统计中，驾驶员椎间盘的病变90%以上是发生于第四和第五腰椎的椎间盘，所以设计中腰脱的最高点应放在其附近。

我们的设计中靠背的主要设计尺寸如下：

1.靠背的高度约为620mm；

2.靠背的宽度约为320mm；

3.靠背两边各留有10mm厚的侧撑，侧撑以弧状突出，在发生碰撞时能在一定程度上防止驾驶员横向偏移；

4.腰脱最大突出部位设在距离靠背最下面180mm处；

5.靠背倾斜角度可调75°—160°。

坐垫的设计

坐垫主要影响驾驶员在行车过程中下半身的移动状态，在充分利用靠背的情况下，使臀部对座椅的压力得到合理的分配。

坐垫深度不应该超过人的大腿长度。

其压力分布应遵循左右对称，不同部位承受不同压力的原则来设计。

坐骨附近压力最高，向四周递减；与坐垫前缘接触的大腿下表面压力最低；臀大肌中部位置压力不能过大；无明显的异常峰值。

坐垫设计主要解决行车过程中由于受力不均而引起的臀部疲劳问题以和坐垫的不变行性问题，所受人体压力大小的等压力分布曲线如下图：

我们的设计和主要参数如下：

1.坐垫深度。

坐垫深度一般在400mm—450mm，本次设计坐垫深度为430mm，符合设计要求；

2.坐垫宽度。

坐垫稍宽些有助于驾驶员在行车过程中和时调整姿势，一般取坐垫宽度450mm—500mm，本次设计中去坐垫宽度455mm，符合设计要求;

3.坐垫角度。

坐垫表面不能是水平的，否则人会有向前滑动的趋势，本次设计中，取坐垫的角度为6°—10°；

4.坐垫的曲面的设计以上面提到的体压分布曲线为依据，按照人的腿部曲线对曲线进行凹凸设计，使得坐垫的承压得到合理的分配，使驾驶员行车过程中更加舒适，缓解疲劳。

色彩选择

汽车座椅颜色我们选择米黄色，首先，米黄色是暖色调，第一印象给人以温馨的感觉；其次，米黄色属于比较中性的色调，可以和很多颜色搭配而不显突兀。

我们设计的汽车座椅的总体印象：