CN108414234B - 一种鞭打座椅仿真校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鞭打座椅仿真校正方法，依次通过获取座椅发泡材料的力学性能曲线，建立座椅第一仿真模型，将实际座椅中的头枕、靠背、坐垫，分别单独进行刚度测试，根据刚度测试的结果对座椅第一仿真模型进行校正，形成座椅第二仿真模型，对实际座椅进行鞭打试验，获取第一试验数据，对座椅第二仿真模型进行鞭打试验，获取第二试验数据，如果第二试验数据与第一试验数据的差值超过第一预定范围，则根据第一试验数据校正座椅第二仿真模型；本发明能够根据实际试验对座椅仿真模型的准确度进行验证，同时还可根据试验结果对其进行校正，提升仿真分析和试验的吻合度、真实度；而且，本发明使得实际座椅的设计成本大大降低，实际应用优势明显。

Description

一种鞭打座椅仿真校正方法

技术领域

本发明涉及车辆座椅测试领域，尤其涉及一种鞭打座椅仿真校正方法。

背景技术

随着汽车行业的快速发展，人们对汽车被动安全越来越重视。安全、节能和环保也成为了当今汽车工程领域的三大设计主题。对于大多数的正面碰撞、侧面碰撞均有气囊、安全带的保护，减少乘客受到的二次伤害。只有尾碰需要依靠座椅的性能实现对乘客的保护，特别是高速的追尾，更需要座椅有足够强的保护功能。

与此相关，座椅鞭打性能试验程序是国家C-NCAP规定的与座椅强相关的碰撞试验程序之一，其主要目的是模拟碰撞时检测座椅头枕对颈部部位的保护性。根据国家规定的试验可以获得假人一些部件的加速度和受力曲线，通过曲线计算得分来评判座椅鞭打性能的好坏。

当前座椅鞭打性能设计开发大多数靠座椅设计经验积累以及模仿标杆车，也有一些通过仿真分析进行前期设计，但随着C-NCAP对鞭打要求的提高，仿真精度不高和重复的试验验证将会造成开发时间、成本及目标难以达到预期。

目前针对座椅鞭打性能设计主要有两种方法：一是经验设计，即依靠累积的座椅设计经验设计具有鞭打性能的座椅。这种方法的弊端就是座椅设计完成后需要通过试验验证性能，若不满足要求则需要对座椅设变修改，再试验验证。另一种是通过仿真分析验证。这种方法可以在设计之初对座椅进行仿真分析验证并修改。

对于依靠经验设计，通过试验验证结果会导致多轮大量的设变和试验费用、人工和时间的浪费。对于当前通过仿真分析提前介入，目前行业没有统一的分析方法策略，且特别是是试验结果与仿真分析差别较大，起不到应有的补充设计作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种鞭打座椅仿真校正方法，以解决现有技术中的问题，对座椅仿真模型进行校正。

本发明提供了一种鞭打座椅仿真校正方法，所述鞭打座椅仿真校正方法包括：

根据实际座椅，获取座椅发泡材料的力学性能曲线；

根据座椅发泡材料的力学性能曲线，建立座椅第一仿真模型；

将实际座椅中的头枕、靠背、坐垫，分别单独进行刚度测试；

根据刚度测试的结果对座椅第一仿真模型进行校正，形成座椅第二仿真模型；

对实际座椅进行鞭打试验，获取第一试验数据；

对座椅第二仿真模型进行鞭打试验，获取第二试验数据；

如果第二试验数据与第一试验数据的差值超过第一预定范围，则根据第一试验数据校正座椅第二仿真模型，形成座椅第三仿真模型；

如果第二试验数据与第一试验数据的差值未超过预定范围，则无需校正。

作为优选，所述获取座椅发泡材料的力学性能曲线，具体包括：

通过压头以不同的速度压缩座椅发泡材料，使得座椅发泡材料产生形变，获取座椅发泡材料受到的压力值、以及受压产生形变的位移；

通过所述压力值与位移，建立座椅发泡材料应力应变曲线。

作为优选，所述将实际座椅中的头枕、靠背、坐垫，分别单独进行刚度测试，具体包括：

通过直径为165mm、重量为5kg的金属小球以4.35m/s的速度横向撞击头枕第一接触点，测量金属小球加速度的变化，并根据金属小球加速度获取头枕的刚度；

通过重量为50kg的躯干模块以4.35m/s的速度横向撞击靠背第二接触点，测量躯干模块加速度的变化，并根据躯干模块加速度获取靠背的刚度；

通过臀部模块竖直撞击坐垫，测量臀部模块加速度的变化，并根据臀部模块加速度获取坐垫的刚度。

作为优选，进行鞭打试验的座椅第二仿真模型的各个位置点坐标，与进行鞭打试验的实际座椅的关键点坐标一致。

作为优选，所述关键点具体包括：踏板交点、试验用假人的足跟点、滑轨上下轨、右侧坐垫骨架上定位孔、靠背旋转中心、试验用假人的鼻点、试验用假人的下巴点、试验用假人的头部质心、试验用假人的头后点、第一接触点、右头枕杆与靠背接触点中心、右头枕杆与发泡接触点中心、试验用假人的膝部中心点、第二接触点。

作为优选，所述鞭打座椅仿真校正方法还包括：

对座椅第三仿真模型进行鞭打试验，获取第三试验数据；

如果第三试验数据与第一试验数据的差值超过第二预定范围，则调整试验用假人与坐垫的摩擦系数和/或试验用假人与靠背摩擦系数和/或座椅发泡材料的迟滞性能值，直至第三试验数据与第一试验数据的差值处于第二预定范围内；

如果第三试验数据与第一试验数据的差值未超过第二预定范围，则无需调整。

本发明提供的鞭打座椅仿真校正方法，依次通过根据实际座椅，获取座椅发泡材料的力学性能曲线，根据座椅发泡材料的力学性能曲线，建立座椅第一仿真模型，将实际座椅中的头枕、靠背、坐垫，分别单独进行刚度测试，根据刚度测试的结果对座椅第一仿真模型进行校正，形成座椅第二仿真模型，对实际座椅进行鞭打试验，获取第一试验数据，对座椅第二仿真模型进行鞭打试验，获取第二试验数据，如果第二试验数据与第一试验数据的差值超过第一预定范围，则根据第一试验数据校正座椅第二仿真模型；本发明能够根据实际试验对座椅仿真模型的准确度进行验证，同时还可根据试验结果对其进行校正，提升仿真分析和试验的吻合度、真实度；而且，本发明使得实际座椅的设计成本大大降低，实际应用优势明显。

附图说明

图1为本发明实施例提供的鞭打座椅仿真校正方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供了一种鞭打座椅仿真校正方法，所述鞭打座椅仿真校正方法包括：

步骤1，根据实际座椅，获取座椅发泡材料的力学性能曲线；

作为优选，所述获取座椅发泡材料的力学性能曲线，具体包括：

通过压头以不同的速度压缩座椅发泡材料，使得座椅发泡材料产生形变，获取座椅发泡材料受到的压力值、以及受压产生形变的位移；

通过所述压力值与位移，建立座椅发泡材料应力应变曲线。

具体地，座椅发泡材料对鞭打性能影响很关键，各个座椅舒适性要求不一致，发泡刚度也不尽相同，针对某一款座椅需要特定采集其材料性能。方法按以下座椅刚度试验大纲进行。

50％压陷密度测试法(IFD)试验方法：把试验样品(座椅发泡材料)定位放在试验设备的平台上，压头(直径为的圆形压头)以(250±25)mm/min的速度下降到压缩全部样品厚度的75％～80％总偏移量，对待试验的区域进行两次预压缩试验。让压头先接触样品在预加5N的情况下作为测量起点，以(50±5)mm/min的速度压至25％的厚度，然后在(60±3)s后记录压力值；不移动样件，降低压头到50％的压缩量，保持(60±3)s后记录压力值；不移动样件，降低压头到65％的压缩量，保持(60±3)s后记录压力值。50％IFD为50％压力值，压线系数＝65％压陷力/25％压陷力。通过几次测量获得较为准确的曲线后，导入到模型中，即可得到某座椅发泡材料应力应变曲线。

步骤2，根据座椅发泡材料的力学性能曲线，建立座椅第一仿真模型；

具体包括：

1、网格划分

座椅内含约几百个零件，各零件建立网格模型不尽相同，但总的可以按照发泡、坐垫靠背骨架、滑轨、调角器和其他附属件等几部分。

1)座椅发泡

座椅发泡(靠背、坐垫和头枕发泡)网格采用四面体单元，实体网格完成后，需在实体外生成一层壳单元。

以靠背发泡为例，分为bolster(侧翼)、shoulder(肩部)和insert(中垫)三部分。建立实体网格模型时，将bolster和shoulder作为一个部分创建，将insert作为另一个部分创建，并且三者共节点；建立壳单元时两个部分只边缘共节点即可。坐垫发泡建模网格模型与靠背发泡类似。需要注意的是，在结构设计时为了避免间隙靠背与坐垫泡沫是咬合干涉的，一般为5mm-10mm；建立网格模型时，需要调整干涉量≤0mm，防止穿透，

2)座椅骨架

座椅骨架基本由一些弯管、钣金冲压件组成，因此可以采用壳单元，如靠背弯管、侧翼钣金件、下部横梁，坐垫坐盆、坐盆支撑梁、两侧连接钣、高度调节机构等。

为了确保部分连接的可靠性和真实反映零件结构强度各零部件网格单元划分时需要注意以下几点：

①所有安装孔、铆接孔、焊接孔、限位孔等至少建一圈垫圈；

②零件边缘的孔洞至少两排单元；

③焊接边至少三排单元；

④零件圆角、凸筋处理体现特征；

⑤消除所有交叉干涉，厚度方向容忍0.1倍厚度干涉。

3)滑轨总成

滑轨总成结构复杂，大致由上轨、下轨、操作杆、钢珠、镶块等组成，有些结构简单的滑轨没有镶块，操作杆调节机构位于滑轨外部。但这些部件建立网格时策略相同，具体如下：

上、下轨采用壳单元，操作杆采用一维梁或六面体单元，梁单元大小6mm，钢珠壳单元，大小0.5mm，镶块采用六面体单元，大小3mm。

4)调角器总成

调角器总成与滑轨总成一样结构复杂，属于供应商核心件，一般可分外上下连接钣、内外壳、内齿盘、滑块、、连杆、拨簧等，若全部对调角器核心进行网格划分非常困难，因此简化调角器结构，仅对上下连接钣、内外壳核连杆进行网格划分。上下连接钣、内外壳、连杆网格单元大小4mm，

5)其他附属件

座椅上附属件较多，如电机，拉簧、消音棉、拉簧卡等，对于鞭打性能没有影响可以选择性保留，参考保留电机、拉簧和拉簧卡等件。电机采用壳单元，大小与滑轨类似；拉簧卡壳单元，设置与滑轨类似；拉簧采用一维梁单元，大小6mm。拉簧卡与拉簧直接可以创建共节点连接。

2、连接

1)螺栓采用梁连接；转动部件(在冲击过程中存在转动趋势的)采用刚性单元连接，连杆机构如高度调节机构因通过齿轮锁止不存在转动故可以采用刚性；

2)壳单元与实体单元及实体单元与实体单元连接可采用梁+刚性方式，如左右滑轨操作杆及连接杆。

3)拉簧与座椅骨架之间采用刚性连接；

4)具有焊接关系的骨架之间采用梁单元模拟焊缝；发泡与座椅骨架之间可以采用梁连接；

5)调角器总成连接根据其结构上下连接钣与内外壳采用刚性或梁单元连接，内外壳与连杆分别是刚性单元连接。

3、接触

座椅总成接触可按四种方式建立，分别是面接触、自接触、焊接接触、通用接触；

座椅泡沫与座椅骨架之间采用面接触；座椅骨架直接采用自接触；焊接单元与座椅骨架之间采用焊接接触；座椅发泡与拉簧之间采用通用接触；经过严格的网格划分规则、连接和接触的设定，座椅总成基本模型搭建基本完成。总成各件有材料参数的需要导入材料，没有材料的需要通过一定的试验获得材料变形曲线导入到模型中。

步骤3，将实际座椅中的头枕、靠背、坐垫，分别单独进行刚度测试；

具体包括：

通过直径为165mm、重量为5kg的金属小球以4.35m/s的速度横向撞击头枕第一接触点(该点可通过静态测量程序获得)，测量金属小球加速度的变化，并根据金属小球加速度获取头枕的刚度；

通过重量为50kg的躯干模块以4.35m/s的速度横向撞击靠背第二接触点(H点重合)，测量躯干模块加速度的变化，并根据躯干模块加速度获取靠背的刚度；也可根据按标准《GB 11550汽车座椅头枕强度要求和试验方法》进行测试；

通过臀部模块竖直撞击坐垫，测量臀部模块加速度的变化，并根据臀部模块加速度获取坐垫的刚度。

步骤4，根据刚度测试的结果对座椅第一仿真模型进行校正，形成座椅第二仿真模型；

步骤5，对实际座椅进行鞭打试验，获取第一试验数据；

步骤6，对座椅第二仿真模型进行鞭打试验，获取第二试验数据；

其中，为了确保试验工况的一致性，试验前需要确定一些关键点坐标，即进行鞭打试验的座椅第二仿真模型的各个位置点坐标，与进行鞭打试验的实际座椅的关键点坐标一致，在实际座椅进行鞭打试验时采集关键点坐标，并将关键点坐标输入座椅第二仿真模型，二者保持一致，所述关键点具体包括：踏板交点、试验用假人的足跟点、滑轨上下轨、右侧坐垫骨架上定位孔、靠背旋转中心、试验用假人的鼻点、试验用假人的下巴点、试验用假人的头部质心、试验用假人的头后点、第一接触点、右头枕杆与靠背接触点中心、右头枕杆与发泡接触点中心、试验用假人的膝部中心点、第二接触点。仿真分析时注意使得座椅、假人各关键点按试验位置摆放，这样在同一环境下对标头部接触时间、头部接触力、头部加速度、胸部加速度和上下颈部载荷曲线能准确反映仿真和试验的差异。

步骤7，如果第二试验数据与第一试验数据的差值超过第一预定范围，则根据第一试验数据校正座椅第二仿真模型，形成座椅第三仿真模型；

如果第二试验数据与第一试验数据的差值未超过预定范围，则无需校正。

步骤8，作为优选，所述鞭打座椅仿真校正方法还包括：

对座椅第三仿真模型进行鞭打试验，获取第三试验数据；

如果第三试验数据与第一试验数据的差值超过第二预定范围，则调整试验用假人与坐垫的摩擦系数和/或试验用假人与靠背摩擦系数和/或座椅发泡材料的迟滞性能值，直至第三试验数据与第一试验数据的差值处于第二预定范围内；

如果第三试验数据与第一试验数据的差值未超过第二预定范围，则无需调整。

其中，座椅鞭打模型灵敏度分析主要从假人与座椅坐垫摩擦系数、假人与座椅靠背摩擦系数及发泡材料迟滞性能值等方面考虑，分析各参数的设定对鞭打各加速度载荷曲线的影响大小和规律，从而在对标时达到更高的吻合度。

由分析结果可知，假人与座椅坐垫摩擦系数主要影响假人的运动姿态，但其影响具有不确定性。对比分析结果可以看出，摩擦系数越大，颈部伤害指数(NIC)越大，上颈部扭矩(My)越大，影响明显。发泡的迟滞性能值越大，NIC越大，My越大，影响明显。

本发明提供的鞭打座椅仿真校正方法，依次通过根据实际座椅，获取座椅发泡材料的力学性能曲线，根据座椅发泡材料的力学性能曲线，建立座椅第一仿真模型，将实际座椅中的头枕、靠背、坐垫，分别单独进行刚度测试，根据刚度测试的结果对座椅第一仿真模型进行校正，形成座椅第二仿真模型，对实际座椅进行鞭打试验，获取第一试验数据，对座椅第二仿真模型进行鞭打试验，获取第二试验数据，如果第二试验数据与第一试验数据的差值超过第一预定范围，则根据第一试验数据校正座椅第二仿真模型；本发明能够根据实际试验对座椅仿真模型的准确度进行验证，同时还可根据试验结果对其进行校正，提升仿真分析和试验的吻合度、真实度；而且，本发明使得实际座椅的设计成本大大降低，实际应用优势明显。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种鞭打座椅仿真校正方法，其特征在于，所述鞭打座椅仿真校正方法包括：

根据实际座椅，获取座椅发泡材料的力学性能曲线；

根据座椅发泡材料的力学性能曲线，建立座椅第一仿真模型；

将实际座椅中的头枕、靠背、坐垫，分别单独进行刚度测试；

根据刚度测试的结果对座椅第一仿真模型进行校正，形成座椅第二仿真模型；

对实际座椅进行鞭打试验，获取第一试验数据；

对座椅第二仿真模型进行鞭打试验，获取第二试验数据；

如果第二试验数据与第一试验数据的差值超过第一预定范围，则根据第一试验数据校正座椅第二仿真模型，形成座椅第三仿真模型；

如果第二试验数据与第一试验数据的差值未超过预定范围，则无需校正；

对座椅第三仿真模型进行鞭打试验，获取第三试验数据；

如果第三试验数据与第一试验数据的差值超过第二预定范围，则调整试验用假人与坐垫的摩擦系数和/或试验用假人与靠背摩擦系数和/或座椅发泡材料的迟滞性能值，直至第三试验数据与第一试验数据的差值处于第二预定范围内；

如果第三试验数据与第一试验数据的差值未超过第二预定范围，则无需调整。

2.根据权利要求1所述的鞭打座椅仿真校正方法，其特征在于，所述获取座椅发泡材料的力学性能曲线，具体包括：

通过压头以不同的速度压缩座椅发泡材料，使得座椅发泡材料产生形变，获取座椅发泡材料受到的压力值、以及受压产生形变的位移；

通过所述压力值与位移，建立座椅发泡材料应力应变曲线。

3.根据权利要求1所述的鞭打座椅仿真校正方法，其特征在于，所述将实际座椅中的头枕、靠背、坐垫，分别单独进行刚度测试，具体包括：

通过直径为165mm、重量为5kg的金属小球以4.35m/s的速度横向撞击头枕第一接触点，测量金属小球加速度的变化，并根据金属小球加速度获取头枕的刚度；

通过重量为50kg的躯干模块以4.35m/s的速度横向撞击靠背第二接触点，测量躯干模块加速度的变化，并根据躯干模块加速度获取靠背的刚度；

通过臀部模块竖直撞击坐垫，测量臀部模块加速度的变化，并根据臀部模块加速度获取坐垫的刚度。

4.根据权利要求1所述的鞭打座椅仿真校正方法，其特征在于，进行鞭打试验的座椅第二仿真模型的各个位置点坐标，与进行鞭打试验的实际座椅的关键点坐标一致。

5.根据权利要求4所述的鞭打座椅仿真校正方法，其特征在于，所述关键点具体包括：踏板交点、试验用假人的足跟点、滑轨上下轨、右侧坐垫骨架上定位孔、靠背旋转中心、试验用假人的鼻点、试验用假人的下巴点、试验用假人的头部质心、试验用假人的头后点、第一接触点、右头枕杆与靠背接触点中心、右头枕杆与发泡接触点中心、试验用假人的膝部中心点和第二接触点。

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