一种用于汽车座椅静态舒适性仿真布局计算方法
本发明涉及座椅舒适性评价，具体涉及一种汽车座椅静态舒适性仿真布局计算方法。
背景技术：
1、现随着社会生活水平和座椅安全性的提高，舒适性的要求越来越高，汽车座椅静态舒适性是指座椅与人体本身的匹配关系能否为人体提供舒适的坐姿，以及其能提供的舒适度，考虑的是人椅与座舱的舒适性，两者相结合以达到提高工效的目的。舒适度较差的座椅会造成乘员身体上的不适甚至引发疾病，这促使汽车座椅生产厂商基于人机工程学优化设计座椅的结构尺寸、空间布局尺寸和表面形状，设计乘坐更加舒适、外观更加合理的座椅，来提高在市场上的竞争力。
2、目前，座椅静态舒适性的评价方式主要有三种：第一种是主观评价，主要是使用主观问卷调查的方式来直观地分析乘员对座椅静态舒适性的评价。第二种是采用坐姿测量、压力分布、肌电信号测量等作为客观数据构建综合舒适度评价模型。第三种是基于人体测量数据建立人体模型通过仿真进行静态舒适性的评价。其中试验方法的主要难点在于可重复性较差，影响因素众多而且包含主观成分的影响。相比较试验方法，仿真方法具有周期段、成本低、不受主观成分影响的有点，目前国内外学着建立人体模型来获取人-椅界面间的相互作用，但是难以综合各种身材压力分布结果来评价舒适性，而且建模和仿真的工作量较大，难于用于对标分析。
3、目前新开发和引入的座椅主要依赖于经验主义，前期依赖工程师的主观经验进行泡沫厚度、面料匹配、型面设计得到座椅实物模型，随后结合乘员主观评价试验和hpm实物假人体压分布试验云图进行座椅整体舒适性评价，找出各影响因素间的关系以及对舒适性的影响程度，建立有效的舒适性评价指标体系，针对座椅舒适性评价中出现的问题进行修改优化，然后再试验验证。这一传统设计思路存在效率低下、盲目性强、生产成本增加以及开发时间延长等问题。其中，hpm是用于测量汽车座椅h点的装置，对于驾驶室人机工程学设计和参数测量、辅助驾驶室内基准点的定位至关重要。鉴于实物评价和真实人体有限元仿真在座椅舒适性评价中的局限性，探索一种具有良好重复性、可用于座椅设计初期快速计算和评价座椅压力分布的方法具有重要价值。
4、综上所述，现有的汽车座椅舒适性评价方式较难兼顾主客观数据以及模型参数的适应性调整，较难验证座椅的静态舒适性。
技术实现思路
1、针对上述技术问题，提出一种用于汽车座椅静态舒适性仿真布局计算的创新方法，利用hpm-ⅰ装置的有限元模型进行仿真计算，以测量座椅布置参数、计算人-椅压力分布，从而评价座椅的静态舒适性。
2、本发明的技术方案如下：
3、一种用于汽车座椅静态舒适性仿真布局计算方法，该方法以hpm-ⅰ装置的机械结构实物尺寸为基础，构建了hpm-ⅰ装置的几何模型；为确保几何模型的精度和运动可靠性，对hpm-ⅰ装置的几何模型进行了sae主要尺寸验证和零件重量验证。在建立hpm-ⅰ装置的几何模型的基础上，通过构建hpm-ⅰ装置的有限元模型来进行仿真计算。该过程包括选择适当的网格种类、定义材料属性、施加约束、定义载荷和进行网格划分。确保了有限元模型的准确性和可靠性。通过使用hpm-ⅰ装置的有限元模型进行仿真计算，测量座椅布置参数，计算人-椅压力分布，从而有效评价座椅的静态舒适性。该方法可以根据不同需要，开展驾驶舱布局的静态舒适性设计与评价，兼顾人体模型的改变与座椅的调整，实现不同参数下的静态舒适性仿真布局计算与分析。
4、包括如下步骤：
5、步骤1：测绘hpm-ⅰ装置实物尺寸，建立hpm-ⅰ装置的几何模型；
6、步骤2：建立待测汽车座椅的几何模型；
7、步骤3：将hpm-ⅰ装置的几何模型和待测汽车座椅的几何模型分别导入hypermesh中，并对几何模型进行前处理，获得hpm-ⅰ装置有限元模型和待测汽车座椅几何模型；
8、步骤4：将hpm-ⅰ装置有限元模型与hpm-ⅰ装置实物进行质量对比验证，确保模型精度；
9、步骤5：将hpm-ⅰ装置有限元模型与待测座椅有限元模型进行装配，设置边界及约束条件，搭建座椅仿真平台，分析求解计算结果，进行舒适性评价。
10、进一步的，所述步骤3具体如下：
11、3.1)模型简化：将hpm-ⅰ装置的机械结构的几何模型简化为板类零件和配重零件；
12、3.2)网格划分：在网格划分阶段，对板类零件采用壳单元形式划分，对配重零件采用质量点单元简化划分；
13、3.3)定义材料属性：将hpm-ⅰ装置各部件力学特性赋予各向同性线弹性材料，材料密度、弹性模量和泊松比均以配重的材质为标准；
14、3.4)施加约束：采用rigid_body模拟hpm-ⅰ型装置结构之间的焊接及螺栓连接，采用revolute建立铰接模拟机械结构之间的运动关系；
15、3.5)定义载荷：设置全局重力场作为边界条件加载，得到完整hpm-ⅰ装置有限元模型；
16、对待测汽车座椅的几何模型进行上述步骤3.1)-3.4)同样处理，得到待测汽车座椅的有限元模型。
17、更进一步的，3.2)中质量点单元简化划分：位置在其质心位置的质量点单元，通过*constrained_nodal_rigid_body连接hpm-ⅰ装置。
18、进一步的，所述步骤4是将hpm-ⅰ装置有限元模型各个部件重量对比hpm-ⅰ装置实物，误差标准为设置±0.04kg。
19、进一步的，所述步骤5具体如下：
20、5.1)将hpm-ⅰ装置的有限元模型与待测汽车座椅的有限元模型之间、以及hpm-ⅰ装置与地面之间的接触方式均采用面-面接触的方法进行设置，hpm-ⅰ装置的有限元模型设置为主面，待测汽车座椅的有限元模型及地面为从面；
21、5.2)加载方式为对整个仿真模型施加重力场，边界条件为座椅地脚及地板的六个自由度约束；
22、5.3)在hypergraph中查看模型计算过程中内能及动能变化趋势，选择动、内能均处于稳定状态下(无变化或无明显变化)的时刻，输出该时刻下hpm-ⅰ装置的背板和座板与座椅靠背和坐垫的接触界面压力；
23、5.4)将所述hpm-ⅰ装置有限元模型和待分析座椅有限元模型装配后的总体通过仿真得到压力分布与理想压力分布对比，臀部平均压强和峰值压强与理想压强的相对误差均小于10％，肩部、背部、腿部三个区域的平均压强与理想压强的相对误差在20％以下，则判定座椅的静态舒适性好。
24、进一步的，所述步骤5中hpm-ⅰ装置有限元模型与待测座椅有限元模型进行装配：hpm-ⅰ装置通过座椅h点实现定位，将hpm-ⅰ装置几何模型的h点置于待测座椅几何模型设计h点的正上方处，距离要求不发生接触。
25、本发明的有益效果如下：
26、与现有技术相比，本发明通过测绘hpm-ⅰ装置的机械结构实际尺寸，建立几何模型，并基于重量验证hpm-ⅰ装置的有限元模型，简化主要负载实体单元为质量点单元，相比于目前出现的hpm-ⅰ装置的有限元模型具有更高计算效率、更高精度及可靠性强。随后，本发明可根据不同需求进行驾驶舱布局的静态舒适性设计与评价，考虑不同百分位人体模型与座舱布局的调整，实现不同参数的静态舒适性仿真布局计算与分析。该方法综合了现有任务分析方法的优势，弥补了相关领域的不足。同时，本发明还能够为座椅设计初期进行仿真评估，减少样件制造成本，缩短开发周期，提高人机工效。
技术特征：
1.一种用于汽车座椅静态舒适性仿真布局计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于汽车座椅静态舒适性仿真布局计算方法，其特征在于，所述步骤3具体如下：
3.根据权利要求2所述的一种用于汽车座椅静态舒适性仿真布局计算方法，其特征在于，所述3.2)中质量点单元简化划分：位置在其质心位置的质量点单元，通过*constrained_nodal_rigid_body连接hpm-ⅰ装置。
4.根据权利要求1所述的一种用于汽车座椅静态舒适性仿真布局计算方法，其特征在于，所述步骤4是将hpm-ⅰ装置有限元模型各个部件重量对比hpm-ⅰ装置实物，误差标准为设置±0.04kg。
5.根据权利要求1所述的一种用于汽车座椅静态舒适性仿真布局计算方法，其特征在于，所述步骤5具体如下：
6.根据权利要求1所述的一种用于汽车座椅静态舒适性仿真布局计算方法，其特征在于，所述步骤5中hpm-ⅰ装置有限元模型与待测座椅有限元模型进行装配：hpm-ⅰ装置通过座椅h点实现定位，将hpm-ⅰ装置几何模型的h点置于待测座椅几何模型设计h点的正上方处，距离要求不发生接触。
技术总结
本发明涉及座椅舒适性评价技术领域，公开了一种用于汽车座椅静态舒适性仿真布局计算方法，步骤1：建立HPM‑Ⅰ装置的几何模型；步骤2：建立待测汽车座椅的几何模型；步骤3：将HPM‑Ⅰ装置的几何模型和待测汽车座椅的几何模型分别导入Hypermesh中，并对几何模型进行前处理，获得HPM‑Ⅰ装置有限元模型和待测汽车座椅几何模型；步骤4：将HPM‑Ⅰ装置有限元模型与HPM‑Ⅰ装置实物进行质量对比验证，确保模型精度；步骤5：将HPM‑Ⅰ装置有限元模型与待测座椅有限元模型进行装配，设置边界及约束条件，搭建座椅仿真平台，分析求解计算结果，进行舒适性评价。
技术研发人员：张征,唐泽栋,潘柏松,孙敏,张广,王涛,李吉泉
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23