基于边缘人体模型仿真的座椅设计方法研究

为有效地指导座椅设计,提高坐姿舒适性,提出一种以边缘人体模型和体压分布仿真为依据的座椅正向设计方法。首先以某乘用车驾驶座椅设计为例,建立H点装置有限元模型,通过仿真H点装置在座椅上的落座来预测座椅H点,以此H点作为靠背设计的基准点;然后提炼出与数字人体建模和驾驶姿势预测相关的人体测量学尺度,通过Monte Carlo仿真建立目标人群的人体测量学尺度数据样本,并通过主成分分析,建立相应的边缘人模型;接着编写仿真程序,运用姿势预测模型来仿真边缘人背部特征点的分布,并将它们统一到以H点为原点的坐标系中;选取统一后的边缘人腰部特征点分布上下、前后方向的4个极限点来确定座椅腰部支撑面的位置和调节量;最后结合边缘人的人-椅压力分布仿真,反求椅背海绵的初始型面。该正向设计方法能保证人体背部与座椅之间合理的压力分布,使人体背部特征点与变形后靠背特征部位有效贴合,增加座椅的贴合感和支撑性,从而有效提高坐姿的舒适性。     

基于H点装置仿真的压力分布与座椅参数测量和舒适性评价的研究

为研究人-椅界面的压力分布座椅不同参数对座椅静态舒适性的影响,基于相关标准构建了H点装置有限元模型,验证了几何模型的主要尺寸、各部分的质量、腰部调节量和躯干运动学姿态;对几何模型进行了网格划分,并定义了接近真实情况的边界条件,对有限元模型的准确性进行了验证。建立了简化的座椅有限元模型,并将H点装置和座椅有限元模型装配在一起;按照实际接触情况施加边界条件,进行了压力分布仿真,并通过试验验证了仿真结果的准确性。最后以某一座椅实例,验证了利用H点装置有限元仿真进行座椅参数和压力分布测量的可行性,并提出了一种基于H点装置仿真压力分布的座椅静态舒适性评价模型。     

座椅体压分布仿真分析与评价

本文中基于H点测量装置(HPM)建立了详细的座椅体压分布仿真模型,而与座椅体压分布仿真分析紧密相关的泡沫和面料的材料参数则通过拉伸和压缩试验获得。通过与试验对比不同区域的最大压力值、平均压力、接触面积和占重比4项评价指标来验证模型的可靠性。结果表明,所建立的模型不仅可以准确反映体压分布的一般规律,并且H点测量装置的肩部、腰部和大腿处的各项体压分布指标,仿真与试验误差在10%以内,座椅仿真模型有效。     

基于不同身材驾驶员体压分布的座椅舒适性研究

为研究不同身材驾驶员体压分布的特点和腰部支撑对乘坐舒适性的影响,首先构建了3个典型身材(5,50和95百分位)的人体有限元模型,模型中包含骨骼、软组织和皮肤3种材料,并采用驾驶姿势的级联预测模型来调整人体的姿势;建立了包含腰部支撑的座椅有限元模型;接着将座椅和人体模型组装一起,并施加边界条件,对体压分布进行了仿真,着重分析驾驶员身材和腰部支撑对界面压强和软组织应力的影响;最后进行体压分布主观评价实验。通过数据对比和主观评价,建立了体压分布与乘坐舒适性的关系,证实了腰部支撑对提高座椅舒适性的作用。     

面向体压分布的人椅系统建模

以Hybrid III假人和某款乘用车座椅为基础,建立不同网格尺寸的人椅系统有限元模型,通过对其体压分布结果进行分析和对比,确定了满足要求的模型网格尺寸。然后对人体模型的体段质量和人椅系统的体压分布结果进行验证。在此基础上,计算了人椅系统模型的体压分布,分别分析和对比了良好坐姿和两种不良坐姿状态下的体压分布,包括最大压力和平均压力等参数。结果表明,所建立的模型可准确反映人体体压分布特征,可为座椅的设计和乘坐舒适性评价提供参考依据。     

客车座椅设计与人体工程学

通过人体工程学分析，探讨了客车座椅的外形曲线、体压分布和几何参数等问题，提出了客车座椅的设计必须和人体工程紧密结合，依据人体的基本尺寸、生理特性和心理反映进行设计。     

基于中国人体尺寸的驾驶员驾姿舒适性分析

为了建立基于中国人体尺寸的驾驶员舒适坐姿模型,提升驾驶员的驾乘舒适性,文章选取不同的驾驶座椅高度,通过采集驾驶员的舒适驾车姿态,拟合出驾驶员的驾驶H点与方向盘及踏板点的位置关系,得出男性、女性和男女性的舒适驾驶坐姿模型,并给出了各种座椅高度对应的座椅位置和方向盘位置的设计值,对于驾驶员的驾驶舒适性设计有一定的指导意义。     

基于正碰台车试验的座椅子系统安全性能研究

为了探究座椅子系统正面碰撞台车试验的影响因素,在建立某商用车双人副驾驶座椅有限元模型的基础上,应用HybridⅢ第50百分位假人,搭建了座椅子系统正面碰撞台车试验的分析模型,用台车试验对仿真模型进行了验证。通过正交试验法,系统地研究了安全带初始拉出量,假人与安全带、假人与坐垫、假人与地板、安全带与肩部滑环、安全带与腰部滑环的摩擦因数对假人H点前移量、下潜量的影响。结果表明,安全带初始拉出量、假人与坐垫的摩擦因数对试验结果影响显著。     

汽车座椅H点测试中躯干角变化对H点坐标的影响

为研究汽车座椅H点测试结果中H点坐标合格但躯干角不合格问题的解决方法,建立H点装置(H-point Machine,HPM)与座椅之间的力学分析模型,计算附带配重的假背质心位置,通过力学分析计算得到躯干角在一定范围内增大3°时沿座垫表面方向力的变化和垂直座垫表面方向力的变化。结合H点测试用棉布摩擦作用与座垫刚度曲线,分析躯干角增大3°引起座垫表面力的变化对H点坐标的影响。通过实际样件座椅H点测试验证力学分析结果的正确性,为汽车座椅设计开发提供了理论依据。     

汽车座椅靠背对驾乘者腰部支撑强度的压力特征及演变

在座椅其他设计均不变的情况下,被试者通过调节腰托前后位置实现腰部支撑强度变化,模拟背部特别是腰部不同支撑设计的座椅,进行了座椅靠背主客观评价相结合的舒适性研究,并讨论了随着驾驶时间的推移,驾乘者不舒适部位和坐姿变化规律。研究显示,得到被试者腰部支撑强度适中、不足和过大3种形式的压力分布特征之一。腰部支撑强度适中时,腰部区域内压力变化平缓成“面”支撑;腰部支撑不足时,一般特征是腰部区域内压力小于肩部,随着驾乘时间增加,骨盆会前移使腰椎脱离脊柱“S”形的健康弯曲状态;腰部支撑过大时,有“点”支撑的变化趋势,随着驾乘时间增加,胸廓后仰头部调整驾驶所需的眼睛位置,颈部和肩部肌肉处于活跃做功状态易产生疲劳。     

汽车座椅头枕结构的参数化设计

利用有限元软件MSC．PATRAN／NASTRAN构建了国产某轿车驾驶员座椅骨架总成有限元模型，并对座椅头枕后移量进行了仿真分析。利用参数化设计语言PCL编写了座椅头枕结构参数化设计程序，分析了座椅头枕结构参数对头枕后移量的影响。     

主动式座椅参数对其正面碰撞乘员保护性能影响的研究

本文旨在研究正面碰撞中座椅参数对乘员保护效果的影响。首先依据某一轿车副驾驶员座椅相关尺寸设计了简化的台车约束系统试验装置,建立了带Hybrid III 50th假人的约束系统有限元仿真模型,并通过台车试验验证了其有效性。接着采用最优拉丁方试验设计和Kriging模型,对座椅前后位置、坐垫高度、坐垫倾角和靠背倾角等4个参数进行了优化。确定了正面碰撞时座椅的最佳参数:座椅从中间位置向后移动111.5mm、坐垫高度56.99mm、坐垫倾角22.76°、靠背倾角29.33°。最后,基于座椅最佳参数再次进行仿真的结果,加权损伤指标降低了15.77%。     

基于Kriging模型的座椅子系统安全性能优化研究

本文旨在研究在正面碰撞中起乘员保护作用的座椅子系统的参数优化。首先搭建某商用车主驾驶员座椅子系统正撞台车试验的仿真模型,并经台车试验验证。然后结合最优拉丁超立方试验设计,对11个设计参数进行灵敏度分析并挑选出6个相对最敏感的参数,构造了基于敏感参数的Kriging模型,分析了正面碰撞时座椅参数对乘员保护效果的影响。最后以假人H点的前移量和下潜量最小为目标,采用NSGA-Ⅱ遗传算法进行多目标优化。结果表明:优化后假人H点的前移量下降了2.98%,下潜量性能降低了10.47%,优化效果明显。     

汽车座椅舒适性的主观和客观评价研究

在对座椅机械结构及人体脊骨生理结构分析的基础上,从主观和客观两方面针对腰托对汽车座椅舒适性影响进行了理论和试验研究。研究表明腰托装置的设计及安装对人体的体压分布有显著影响,设计合理的腰托装置可明显改善汽车座椅的舒适性。     

基于LS-DYNA正面台车试验的有限元仿真

在LS-DYNA环境下,建立了含有车体结构、仪表板、转向管柱、转向盘、座椅、假人、气囊、安全带、卷收器和预紧器的台车有限元模型并进行了相关性分析。对比分析了有限元仿真与台车试验中C-NCAP假人评分部位的曲线和运动姿态,结果表明,仿真结果与试验结果基本吻合,证明了所建立的台车有限元模型的可靠性。     

使用人体颈部有限元模型研究汽车后碰撞中的颈部损伤

在50百分位HYBRIDⅢ模型的基础上引入了HBM-neck人体颈部有限元模型,建立了后碰撞的有限元仿真模型,研究了后碰撞中人体颈部的动力学响应过程和座椅特性对颈部损伤的影响。结果表明,HBM-neck人体颈部模型可以很好地预测后碰撞中颈部的损伤风险。座椅结构对颈部损伤有很大影响,装配位置良好的头枕和通过可变形调角器提高座椅吸能性能可有效地减小颈部软组织的损伤。     

车辆人椅系统主要参数对舒适度敏感性分析

建立了一个二维人椅系统动力学模型,以研究其主要参数对乘坐舒适性的影响。利用软件Matlab SimMechanics建立了相应的非线性仿真模型,将实验测定的路面激励数据分别输入非线性仿真模型和线性模型,比较输出的加速度功率谱密度以验证线性模型的有效性,在此基础上进行敏感性分析。结果表明,除了座椅的刚度和阻尼以外,人体身高、体质量和乘坐姿态也对舒适性有重要影响。     

考虑车身柔性的发动机悬置参数分析与优化

为揭示悬置参数对整车NVH性能的影响,采用Admas软件建立了考虑车身柔性的动力总成悬置系统模型,仿真计算了液压悬置动刚度、损失角以及整车悬置点振动加速度值,并与实验数据进行了对比,验证了仿真模型的正确性;进而采用正交试验设计方法,以驾驶员座椅处地板垂向振动加速度均方根值作为试验指标,先后通过单因素和多因素分析,从悬置的33个参数中,快速找到对该指标影响最大的6个参数,最后对它们进行优化.结果表明:考虑车身柔性的发动机悬置多体动力学模型的仿真结果更接近试验值;而利用正交试验,可快速地对关键的悬置参数进行优化,效果良好.     

基于逆向设计的整车人体布置技术研究

鉴于目前国内车型设计开发现状,通常全新开发项目会选择一款优秀的技术标杆车型进行逆向开发,可理解为在成熟的现有平台上进行二次开发,需测量标杆车驾驶员座椅H点位置,再根据座椅的调节范围对相关参数进行初步校核,最后确定出标杆车H点.通常拟合出的人体H点不在座椅舒适线上,那么如何在满足SAE标准的前提下,使人体坐姿无限接近座椅舒适线,成为研究方向,就此给出详细的操作方法.     

汽油机正时罩盖密封性能研究

在对某汽油机进行耐久性试验时,正时罩盖腰部与缸体结合面处出现渗油现象。建立了汽油机装配体三维有限元模型,采用数值仿真分析结合面压试验的方法,对发动机预紧力工况及热机工况下,密封面处的接触间隙、接触压力以及渗油点附近正时罩盖、缸体的变形量进行分析。预紧力工况仿真结果与面压试验结果对比,验证了仿真模型可靠,热机工况仿真分析结果表明,渗油现象是由于渗油点附近正时罩盖法兰局部刚度不足,以及螺栓基座位置布置不合理造成。对渗油点附近正时罩盖结构局部刚度进行加强,同时调整部分螺栓布置位置后,渗油问题得到解决。