CN106156433A - 一种基于cae技术的汽车座椅假人碰撞接触力曲线采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于CAE技术的汽车座椅假人碰撞接触力曲线采集方法，属于到汽车座椅碰撞的仿真试验领域。该方法是在假人的头部、胸部、膝部、小腿以及双脚的外表面建立接触膜单元，通过膜单元与前方座椅靠背接触；在假人手部选取四个指定点，包括食指上表面的两个端点，小指下表面外侧的端点以及手腕部上表面外侧的端点，通过此四个点建立空间球面并与手部进行捆绑，用球面代替手部与前方座椅靠背进行接触。如此便可得到比较准确的接触力曲线。该方法已通过试验验证，易于实现，具有很强的通用性。通过本方法，可以避免在仿真分析过程中，假人身体与前方障碍物的穿透等失真的变形结果，提取出比较准确的接触力曲线，对汽车座椅前期设计有重要意义。

Description

一种基于CAE技术的汽车座椅假人碰撞接触力曲线采集方法
技术领域
本发明涉及一种基于CAE（Computer Aided Engineering）技术的汽车座椅假人碰撞接触力采集方法，属于到汽车座椅碰撞的仿真试验领域。
背景技术
国标中有很多汽车座椅带假人碰撞的试验，例如正碰试验，后碰试验，鞭打试验以及靠背强度试验等。
现在各主流仿真软件提供的Hybrid Ⅲ假人模型，身体各部位的网格尺寸均比较大，棱角分明，在仿真模拟过程中极易与前方障碍物（正副驾驶与仪表板、后方乘客与前方座椅靠背等）发生穿透等失真的仿真结果，提取出的接触力更是与实际相差甚远。
座椅靠背与后方假人的接触力，与座椅靠背的强度设计、乘员的被动保护以及座椅乘坐的舒适性息息相关。因此，准确的接触力曲线，对于汽车座椅前期设计，具有重要的参考意义。
目前，针对座椅靠背与后方假人的接触力采集，通常使用的方法是以假人上半身的质量与实验加速度最大值相乘，此种方法采集的接触力普遍偏大，而且不能很好的反应接触力随时间的变化趋势，以此为参考进行结构设计容易导致强度过剩。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种基于CAE技术的的汽车座椅假人碰撞接触力曲线采集方法，该方法采用新方法针对有限元建立的假人模型进行二次处理，可以避免在碰撞过程中，假人与前方障碍物的穿透，提取出比较准确的座椅靠背与后方假人的接触力曲线。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种基于CAE技术的汽车座椅假人碰撞接触力曲线采集方法，其特征在于，步骤如下：
（1）应用CAE前处理软件Hyperworks，建立前排座椅与后排辅助座椅的有限元模型，以及车身环境模型；
（2）将假人数据导入步骤（1）建立的有限元模型中；移动假人，使其H点与后排辅助座椅的R点重合；调整假人坐姿，使其符合实际乘员乘坐情况；
（3）在假人的头部、胸部、膝部、小腿以及脚部的外表面建立接触膜单元，通过膜单元与前方座椅靠背接触，设置摩擦系数，接触厚度参数；设定接触力名称,头部为Df，膝部为Kf，小腿为Lf，脚部为Ff；
（4）在假人的手部选取四个指定点，包括食指上表面的两个端点，小指下表面外侧的端点以及手腕部上表面外侧的端点，通过此四个点建立左手空间球面Ⅰ及右手空间球面Ⅱ，并分别与左手、右手的手部进行捆绑；
（5）将步骤（4）获取的球面Ⅰ、球面Ⅱ分别与前排座椅靠背建立面接触对，设置摩擦系数，接触厚度参数；设定接触力名称，左手设定为Hlf，右手为Hrf；
（6）设置输出接触力，提交CAE求解器软件LS-DYNA运算；
（7）通过CAE可视化后处理软件Hyperview调取运算结果；
（8）分别提取出各接触对的接触力曲线，并对所有曲线做滤波处理；
（9）将滤波过的曲线进行加权处理，即可得到比较准确的假人与前方座椅靠背的接触力曲线Sf；
加权公式为：Sf=Df×1.1+Kf+Lf×0.8+Ff×0.2+Hlf+Hrf。
所述假人的头部外表面建立接触膜单元的单元尺寸为5mm×5mm，摩擦系数设为0.3，接触厚度设定为5mm。
所述假人的膝部、小腿以及双脚外表面建立接触膜单元的单元尺寸均为3mm×3mm，接触厚度均为5mm。
所述左手空间球面Ⅰ和右手空间球面Ⅱ的建立过程中，摩擦系数设为0.25，接触厚度设为5mm。
本发明的有益效果：本发明的方法是在假人的头部、胸部、膝部、小腿以及双脚的外表面建立接触膜单元，通过膜单元与前方座椅靠背接触；在假人手部选取四个指定点，包括食指上表面的两个端点，小指下表面外侧的端点以及手腕部上表面外侧的端点，通过此四个点建立空间球面并与手部进行捆绑，用球面代替手部与前方座椅靠背进行接触。如此便可得到比较准确的接触力曲线。该方法已通过试验验证，易于实现，具有很强的通用性。通过本方法，可以避免在仿真分析过程中，假人身体与前方障碍物的穿透等失真的变形结果，提取出比较准确的接触力曲线，对汽车座椅前期设计有重要意义。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2为本发明方法的有限元模型图。
图3为左手球面取点示意图。
图4为左手球面捆绑示意图。
图5为本发明方法采集的接触力曲线示意图。
具体实施方式
一种基于CAE技术的汽车座椅假人碰撞接触力曲线采集方法，其步骤如下：
（1）应用CAE前处理软件Hyperworks，建立前排座椅与后排辅助座椅的有限元模型，以及车身环境模型；
（2）将假人数据导入步骤（1）建立的有限元模型中；移动假人，使其H点与后排辅助座椅的R点重合；调整假人坐姿，包括假人的骨盆角，躯干角，颈部角度，以及大臂小臂、大腿小腿的角度，使其符合实际乘员乘坐情况；
（3）在假人头部外表面建立接触膜单元，细化单元尺寸为5mm×5mm，并与前排座椅头枕建立surface-to-surface接触，摩擦系数设为0.3，接触厚度设定为5mm，设定输出接触对名称为Df。在假人膝部、小腿以及双脚外表面建立接触膜单元，细化单元尺寸为3mm×3mm，分别与前方座椅相应部位建立surface-to-surface接触，接触厚度设定为5mm，设定输出接触对名称，其中膝部设定为Kf，小腿为Lf，脚部为Ff。
（4）在假人左手上，取食指上表面的两个端点，编号为点1、点2，小指下表面外侧的端点，编号为点3，以及手腕部上表面外侧的端点，编号为点4，以此四个点为基准点，建立空间球面，将手包裹于球面内。截取球体表面，只保留手指端部部分的球面，赋予其刚性属性，厚度设定为5mm，并与手指捆绑，标记为球面Ⅰ。按照的方法，在右手指端建立球面Ⅱ，与右手手指捆绑；
（5）将步骤（4）获取的球面Ⅰ、球面Ⅱ分别与前排座椅靠背建立面surface-to-surface接触对，摩擦系数设为0.25，接触厚度设为5mm，设定输出接触对名称，其中左手设定为Hlf，右手为Hrf；
（6）设置输出接触力，提交CAE求解器软件LS-DYNA运算；
（7）通过CAE可视化后处理软件Hyperview调取运算结果；
（8）分别提取出各接触对的接触力曲线，并对所有曲线做滤波处理，滤波频率等级设定为600；
（9）将滤波过的曲线进行加权处理，即可得到比较准确的假人与前方座椅靠背的接触力曲线Sf；
加权公式为：Sf=Df×1.1+Kf+Lf×0.8+Ff×0.2+Hlf+Hrf即可得到比较准确的假人与前方座椅靠背的接触力曲线Sf。
通过本方法提取的接触力曲线如图5所示，其中横坐标是时间，单位为s；纵坐标是力值，单位为N。通过本方法提取的接触力曲线波形明显优于改进前的方法，力值的大小也更加合理。

Claims (4)

1.一种基于CAE技术的汽车座椅假人碰撞接触力曲线采集方法，其特征在于，步骤如下：
（1）应用CAE前处理软件Hyperworks，建立前排座椅与后排辅助座椅的有限元模型，以及车身环境模型；
（2）将假人数据导入步骤（1）建立的有限元模型中；移动假人，使其H点与后排辅助座椅的R点重合；调整假人坐姿，使其符合实际乘员乘坐情况；
（3）在假人的头部、胸部、膝部、小腿以及脚部的外表面建立接触膜单元，通过膜单元与前方座椅靠背接触，设置摩擦系数，接触厚度参数；设定接触力名称,头部为Df，膝部为Kf，小腿为Lf，脚部为Ff；
（4）在假人的手部选取四个指定点，包括食指上表面的两个端点，小指下表面外侧的端点以及手腕部上表面外侧的端点，通过此四个点建立左手空间球面Ⅰ及右手空间球面Ⅱ，并分别与左手、右手的手部进行捆绑；
（5）将步骤（4）获取的球面Ⅰ、球面Ⅱ分别与前排座椅靠背建立面接触对，设置摩擦系数，接触厚度参数；设定接触力名称，左手设定为Hlf，右手为Hrf；
（6）设置输出接触力，提交CAE求解器软件LS-DYNA运算；
（7）通过CAE可视化后处理软件Hyperview调取运算结果；
（8）分别提取出各接触对的接触力曲线，并对所有曲线做滤波处理；
（9）将滤波过的曲线进行加权处理，即可得到比较准确的假人与前方座椅靠背的接触力曲线Sf；
加权公式为：Sf=Df×1.1+Kf+Lf×0.8+Ff×0.2+Hlf+Hrf。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAE技术的汽车座椅假人碰撞接触力曲线采集方法，其特征在于，所述假人的头部外表面建立接触膜单元的单元尺寸为5mm×5mm，摩擦系数设为0.3，接触厚度设定为5mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于CAE技术的汽车座椅假人碰撞接触力曲线采集方法，其特征在于，所述假人的膝部、小腿以及双脚外表面建立接触膜单元的单元尺寸均为3mm×3mm，接触厚度均为5mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于CAE技术的汽车座椅假人碰撞接触力曲线采集方法，其特征在于，所述左手空间球面Ⅰ和右手空间球面Ⅱ的建立过程中，摩擦系数设为0.25，接触厚度设为5mm。
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