车辆座椅不同腰部支撑量对人体振动特性影响的研究

摘要

由于长时间的疲劳驾驶与乘坐汽车，随之而来的是各类疾病频发，特别是腰部、颈部、臂部和肩部疾病，甚至可导致慢性肌肉骨骼损伤。疲劳驾驶极其容易发生安全事故，提高驾驶员乘坐舒适性刻不容缓。汽车座椅对舒适度有着重要影响，而在众多座椅设计变量中，靠背变量对舒适度的影响最大，腰部支撑量是靠背变量的重要参数。为了减轻在汽车振动过程中驾驶员肌肉的疲劳，研究腰部支撑量对人疲劳的影响具有重要意义。通过分析找出腰部支撑量与肌肉疲劳时间之间的关系，从而便于获得驾驶员下背痛预防方法，也可为汽车座椅产品的开发提供有力参考，并为汽车舒适性设计提供依据。本文主要包括以下几个方面:
　　首先，概述了肌电信号的产生原理与采集过程，设计了一款腰部支撑厚度可调节的机构，其调节范围为0、10、20、30、40mm，分析其受力条件，进行有限元分析，证明了所设计的腰部支撑机构满足实验需求，为后续的振动疲劳实验与加速度传递实验提供了理论依据。
　　其次，将腰部支撑机构安装在汽车座椅上，座椅固定在振动台上，进行振动疲劳实验。采用YS系列电磁吸合式振动台进行激振，在腰部支撑厚度为0、20、40mm时，分别采集竖脊肌、颈项肌、斜方肌、肱二头肌和股二头肌的表面肌电信号。对信号进行时频域分析，得到表面肌电信号的均方根值，积分肌电值与功率谱密度函数的中值频率。用均方根值的增加，积分肌电值的上升，中值频率的左移现象，评价局部肌肉的疲劳时间和疲劳程度。当腰部支撑量为20mm时，相比0mm或者40mm时，各个肌肉的疲劳程度都较低，20mm的腰部支撑量有利于减轻驾驶员长时间开车的疲劳感，提升座椅的舒适度。
　　最后，通过振动加速度实验，在不同腰部支撑厚度情况下，分析了振动加速度在X轴与Z轴方向，颈部、肩部、胸部与腰部传递的特点，给出了合理的腰部支撑量，以减少振动能量的传递。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 研究方法

1．3 本文主要工作

第2章 座椅腰部支撑装置设计与有限元分析

2．1 概述

2．2 腰部支撑机构设计要求

2．2．1 基本功能要求

2．2．2 舒适性要求

2．3 腰部支撑机构的设计

2．3．2 结构参数的确定

2．4 腰部支撑机构的建模

2．5 汽车座椅有限元分析

2．5．1 有限元建模流程与原则

2．5．2 汽车座椅骨架有限元模型建立

2．5．3 座椅结构的静态分析

2．6 腰部支撑机构的制造

2．7 本章小结

第3章 振动肌肉疲劳实验设计

3．1 振动肌肉疲劳与表面肌电信号

3．1．1 振动肌肉疲劳

3．1．2 表面肌电信号产生机理

3．1．3 表面肌电信号的采集

3．2 肌肉疲劳实验对象

3．3 振动实验设备

3．4 振动实验方案

3．4．1 基于不同腰部支撑量的振动肌肉疲劳实验

3．4．2 基于不同腰部支撑量的振动加速度传递实验

3．5 表面肌电信号的预处理过程

3．6 本章小结

第4章 表面肌电信号的时域处理与分析

4．1 肌肉疲劳的时域评价指标

4．1．1 均方根值

4．1．2 积分值

4．2 时域分析结果

4．3 时域分析结论

4．4 本章小结

第5章 表面肌电信号的频域处理与分析

5．1 肌肉疲劳的频域评价指标

5．1．1 平均频率

5．1．2 中值频率

5．2 频域分析结果

5．3 频域分析结果

5．4 本章小结

第6章 振动加速度的传递

6．2 振动加速度实验结果的处理与分析

6．2．1 Z轴方向

6．2．2 X轴方向

6．3 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 主要内容与研究结论

7．2 展望

参考文献

致谢