内置式汽车儿童座椅人机工程设计

摘要

汽车儿童安全座椅是能有效防止交通事故造成儿童意外伤害的主要方法。国家质检总局等机构的调研数据表明，分体式儿童安全座椅因使用繁琐存在较高的误用率。本文针对现有分体式儿童座椅的误用缺陷，选择内置式儿童座椅进行人机工程学研究，将儿童座椅与后排座椅设计为一体，使儿童座椅不需单独安装而有效避免其误用。
　　查阅分析了国内外内置式儿童座椅研究现状，结合人机工程学相关文献，研究了儿童人体变化特征、人体测量数据、人机结构与舒适性、儿童碰撞伤害法规等内容。依据国家标准GB/T26158-2010《中国未成年人人体尺寸》相关数据，参照国际汽车儿童假人的模型结构，建立了符合我国儿童身体特征的4岁～12岁年龄段11个百分位的儿童人体参数化模型，实现了儿童身高、体重、活动范围等身体特征的自适应变换。将儿童人体参数化模型用作内置式儿童座椅高度升降调节和靠背调整的人机工效学设计依据，通过变换儿童人体参数确定座椅结构参数，揭示儿童人体特征与儿童座椅结构特征之间的关系，提出适合中国儿童人体特征的内置式儿童座椅多种设计方案，利用AIP软件建立了可动靠背、靠背调节机构、头部保护机构、多种高度调节机构的三维模型，并依据儿童人体参数化模型确定了内置儿童座椅的高度调节范围、增高座垫宽度和深度、可动靠背调节范围等关键参数的取值。
　　利用Hyper Mesh软件建立了内置式儿童座椅和安全带有限元模型，加载了LSTC HybridⅢ6岁儿童假人模型，依据GB27887-2011《机动车儿童乘员用约束系统》的要求，在LS-DYNA软件中对其进行了碰撞安全性动态仿真。仿真结果表明，所设计的内置式儿童座椅关键结构参数合理，在碰撞后座椅结构未发生失效及崩溃，儿童假人的各项损伤指标均在国家标准要求的范围内，内置式儿童座椅人机工程结构设计合理。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 内置式儿童座椅研究现状

1．3 课题研究内容及方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

2 儿童人机工程学研究

2．1 儿童人体变化特征

2．1．1 儿童人体比例变化

2．1．2 儿童人体长度变化

2．2 儿童人体测量数据

2．2．1 儿童人体测量项目

2．2．2 儿童人体主要尺寸

2．2．3 儿童立姿和坐姿尺寸

2．2．4 儿童人体水平尺寸

2．2．5 儿童人体尺寸草图

2．3 儿童座椅人机结构与舒适性

2．3．1 座高

2．3．2 座深及座宽

2．3．3 座椅靠背

2．3．4 座面曲度

2．4 儿童碰撞伤害法规

2．4．1 儿童碰撞伤害部位

2．4．2 儿童碰撞伤害法规

2．5 本章小结

3 儿童人体三维建模

3．1 儿童人体建模流程

3．2 儿童肢体模型的建立

3．2．1 儿童肢体模型组成规划

3．2．2 儿童头部三维建模

3．2．3 儿童头部iPart参数赋值

3．3 其余肢体模型的建立

3．3．1 儿童肢体参数规划

3．3．2 儿童肢体建模实现

3．3．3 儿童肢体驱动调试

3．4 基于iAssembly的儿童人体装配

3．4．1 儿童人体装配

3．4．2 立姿儿童人体装配调试

3．4．3 坐姿儿童人体装配调试

3．5 本章小结

4 内置式儿童座椅人机工程结构设计

4．1 设计思路

4．2 基于儿童人体模型的各结构参数设计

4．2．1 高度调节范围的确定

4．2．2 增高座垫宽度和深度的确定

4．2．3 可动靠背调节范围的确定

4．3 内置式儿童安全座椅的结构设计

4．3．1 座高调节机构设计

4．3．2 可动靠背机构设计

4．3．3 头部保护机构设计

4．4 本章小结

5 内置式儿童座椅碰撞安全性仿真

5．1 有限元理论基础

5．1．1 HyperMesh简介

5．1．2 模型网格划分

5．2 内置儿童乘员约束系统模型搭建

5．2．1 内置式儿童座椅模型

5．2．2 儿童假人模型

5．2．3 安全带模型

5．2．4 约束系统的加速度场

5．3 材料参数和单元属性设置

5．3．1 座高调节机构材料参数设置

5．3．2 安全带材料参数设置

5．3．3 单元属性设置

5．4 座椅的仿真分析

5．4．1 LS-DYNA后处理

5．4．2 仿真计算结果

5．5 本章小结

6．1 研究结论

6．2 研究展望

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简历

致谢