CN116522581A - 乘员座椅的结构优化设计方法和系统 - Google Patents
乘员座椅的结构优化设计方法和系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116522581A CN116522581A CN202310190588.0A CN202310190588A CN116522581A CN 116522581 A CN116522581 A CN 116522581A CN 202310190588 A CN202310190588 A CN 202310190588A CN 116522581 A CN116522581 A CN 116522581A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- seat
- parameters
- model
- seat cushion
- floor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000013461 design Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000005457 optimization Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 52
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 50
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 36
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 24
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 9
- 210000000115 thoracic cavity Anatomy 0.000 claims description 9
- 210000000038 chest Anatomy 0.000 description 24
- 210000004197 pelvis Anatomy 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 210000004705 lumbosacral region Anatomy 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005483 Hooke's law Effects 0.000 description 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 210000003128 head Anatomy 0.000 description 1
- 238000009863 impact test Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 206010034260 pelvic mass Diseases 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/10—Geometric CAD
- G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/02—Reliability analysis or reliability optimisation; Failure analysis, e.g. worst case scenario performance, failure mode and effects analysis [FMEA]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Seats For Vehicles (AREA)
Abstract
本发明提供了乘员座椅的结构优化设计方法和系统，包括：建立集中参数模型；将CAE软件的数值假人模型作为集中参数模型的人体识别对象；将人体识别对象进行参数反演，确定代理模型对应的假人部分的参数；根据假人部分的参数和滑台实验的实验组的乘员响应，确定代理模型的座椅和座椅垫参数；将验证组的地板参数输入到代理模型中，得到乘员响应；根据乘员响应对代理模型进行验证，得到验证的代理模型；根据验证的代理模型调节座椅和座椅垫参数，并计算乘员载荷响应；可以降低测试中假人的腰椎载荷，降低座椅结构设计的时间和成本。
Description
技术领域
本发明涉及航空技术领域，尤其是涉及乘员座椅的结构优化设计方法和系统。
背景技术
航空座椅的作用不仅体现在保证乘员乘坐的舒适性，也要保证乘员的安全。航空座椅安全性设计时，即需考虑在恶劣情况依然能保证对乘员的安全。民机应急着陆即属于此类情况，此时飞机整体受到垂向冲击，通过飞机地板下部机构传力后，最终通过座椅传至乘员腰椎处。
腰椎作为人体的重要骨骼，一旦受到损伤，对于乘员安全将带来巨大威胁。因此，相关法律规定座椅进行适航取证时的试验假人模型骨盆和腰部脊柱之间测得的最大压缩载荷不得超过6672N。
当进行座椅结构优化设计时，通常将有限元建模结合座椅滑台实验进行优化。但是，建立的有限元模型复杂，优化过程需要大量的滑台实验。总的来说存在耗时久、周期长和费用高等缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供乘员座椅的结构优化设计方法和系统，可以降低测试中假人的腰椎载荷，降低座椅结构设计的时间和成本。
第一方面，本发明实施例提供了乘员座椅的结构优化设计方法，所述方法包括：
建立集中参数模型；
将CAE软件的数值假人模型作为所述集中参数模型的人体识别对象；
将所述人体识别对象进行参数反演，确定代理模型对应的假人部分的参数；
根据所述假人部分的参数和滑台实验的实验组的乘员响应，确定所述代理模型的座椅和座椅垫参数；
将验证组的地板参数输入到所述代理模型中，得到乘员响应；其中，所述验证组的地板参数包括所述验证组的地板加速度历程、所述验证组的地板初速度和所述验证组的地板初始位移；
根据所述乘员响应对所述代理模型进行验证，得到验证的代理模型；
根据所述验证的代理模型调节所述座椅和座椅垫参数，并计算乘员载荷响应。
进一步的，建立集中参数模型，包括：
获取目标对象的多个刚性质量块；
根据各个部件的几何构型和质量，确定所述集中参数模型中各个所述刚性质量块的质量和转动惯量；
根据各个所述部件的初始位置的空间关系，建立人体侧向的XOZ坐标系；
确定各个所述刚性质量块的质心位置；
根据各个所述部件、座椅和座椅垫之间的约束限制关系，确定弹簧和阻尼位置的表达形式；
根据各个所述刚性质量块的质量和所述转动惯量、所述人体侧向的XOZ坐标系、各个所述刚性质量块的质心位置，以及所述弹簧和所述阻尼位置的表达形式，得到所述集中参数模型。
进一步的，根据所述假人部分的参数和滑台实验的实验组的乘员响应，确定所述代理模型的座椅和座椅垫参数，包括：
基于所述假人部分的参数，以所述滑台实验的实验组的地板参数为输入，所述假人部分的腰椎载荷、头部加速度、胸腔加速度和骨盆加速度为输出，经过参数反演后确定所述代理模型的所述座椅和座椅垫参数；
其中，所述实验组的地板参数包括所述实验组的地板加速度历程、所述实验组的地板初速度和所述实验组的地板初始位移。
进一步的，根据所述乘员响应对所述代理模型进行验证，得到验证的代理模型，包括：
将所述乘员响应与所述验证组的实验结果进行比较，得到比较结果；
根据所述比较结果对所述代理模型的验证，得到所述验证的代理模型。
进一步的，根据所述验证的代理模型调节所述座椅和座椅垫参数，并计算乘员腰椎载荷响应，包括：
根据所述验证的代理模型调节座椅刚度、座椅垫厚度、座椅垫刚度和座椅垫阻尼系数，得到调节后的座椅刚度、调节后的座椅垫厚度、调节后的座椅垫刚度和调节后的座椅垫阻尼系数；
根据所述调节后的座椅刚度、所述调节后的座椅垫厚度、所述调节后的座椅垫刚度和所述调节后的座椅垫阻尼系数，计算所述乘员载荷响应；
其中，所述乘员载荷响应包括乘员腰椎载荷、头部加速度、骨盆加速度和胸部加速度。
第二方面，本发明实施例提供了乘员座椅的结构优化设计系统，所述系统包括：
建立模块，用于建立集中参数模型；
人体识别对象确定模块，用于将CAE软件的数值假人模型作为所述集中参数模型的人体识别对象；
假人部分参数确定模块，用于将所述人体识别对象进行参数反演，确定代理模型对应的假人部分的参数；
座椅和座椅垫参数确定模块，用于根据所述假人部分的参数和滑台实验的实验组的乘员响应，确定所述代理模型的座椅和座椅垫参数；
乘员响应确定模块，用于将验证组的地板参数输入到所述代理模型中，得到乘员响应；其中，所述验证组的地板参数包括所述验证组的地板加速度历程、所述验证组的地板初速度和所述验证组的地板初始位移；
验证模块，用于根据所述乘员响应对所述代理模型进行验证，得到验证的代理模型；
调节模块，用于根据所述验证的代理模型调节所述座椅和座椅垫参数，并计算乘员载荷响应。
进一步的，所述建立模块具体用于：
获取目标对象的多个刚性质量块；
根据各个部件的几何构型和质量，确定所述集中参数模型中各个所述刚性质量块的质量和转动惯量；
根据各个所述部件的初始位置的空间关系，建立人体侧向的XOZ坐标系；
确定各个所述刚性质量块的质心位置；
根据各个所述部件、座椅和座椅垫之间的约束限制关系，确定弹簧和阻尼位置的表达形式；
根据各个所述刚性质量块的质量和所述转动惯量、所述人体侧向的XOZ坐标系、各个所述刚性质量块的质心位置，以及所述弹簧和所述阻尼位置的表达形式，得到所述集中参数模型。
进一步的，所述座椅和座椅垫参数确定模块具体用于：
基于所述假人部分的参数，以所述滑台实验的实验组的地板参数为输入，所述假人部分的腰椎载荷、头部加速度、胸腔加速度和骨盆加速度为输出，经过参数反演后确定所述代理模型的所述座椅和座椅垫参数；
其中，所述实验组的地板参数包括所述实验组的地板加速度历程、所述实验组的地板初速度和所述实验组的地板初始位移。
第三方面，本发明实施例提供了电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法。
第四方面，本发明实施例提供了具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行如上所述的方法。
本发明实施例提供了乘员座椅的结构优化设计方法和系统，包括：建立集中参数模型；将CAE软件的数值假人模型作为集中参数模型的人体识别对象；将人体识别对象进行参数反演，确定代理模型对应的假人部分的参数；根据假人部分的参数和滑台实验的实验组的乘员响应，确定代理模型的座椅和座椅垫参数；将验证组的地板参数输入到代理模型中，得到乘员响应；根据乘员响应对代理模型进行验证，得到验证的代理模型；根据验证的代理模型调节座椅和座椅垫参数，并计算乘员载荷响应；可以降低测试中假人的腰椎载荷，降低座椅结构设计的时间和成本。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的乘员座椅的结构优化设计方法流程图；
图2为本发明实施例一提供的集中参数模型的结构示意图；
图3为本发明实施例二提供的乘员座椅的结构优化设计系统示意图。
图标：
1-建立模块；2-人体识别对象确定模块；3-假人部分参数确定模块；4-座椅和座椅垫参数确定模块；5-乘员响应确定模块；6-验证模块；7-调节模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为便于对本实施例进行理解，下面对本发明实施例进行详细介绍。
实施例一：
图1为本发明实施例一提供的乘员座椅的结构优化设计方法流程图。
参照图1，该方法包括以下步骤：
步骤S101，建立集中参数模型；
步骤S102，将CAE软件的数值假人模型作为集中参数模型的人体识别对象；
步骤S103，将人体识别对象进行参数反演，确定代理模型对应的假人部分的参数；
这里，基于CAE软件MADYMO中数值假人模型，作为集中参数模型的人体识别对象，选用优化算法，经过参数反演，确定代理模型对应的假人部分的参数。
另外，根据座椅取证需求，设计两组具有不同加速度的滑台实验，一组为实验组，另一组为对照组。开展实验并记录实验结果。
步骤S104，根据假人部分的参数和滑台实验的实验组的乘员响应，确定代理模型的座椅和座椅垫参数；
步骤S105，将验证组的地板参数输入到代理模型中，得到乘员响应；其中，验证组的地板参数包括验证组的地板加速度历程、验证组的地板初速度和验证组的地板初始位移；
步骤S106，根据乘员响应对代理模型进行验证，得到验证的代理模型；
步骤S107，根据验证的代理模型调节座椅和座椅垫参数，并计算乘员载荷响应。
进一步的，步骤S101包括以下步骤：
步骤S201，获取目标对象的多个刚性质量块；
这里，目标对象可以为物理假人，物理假人的上躯干包括头部、胸部和骨盆的刚性质量块。
步骤S202，根据各个部件的几何构型和质量，确定集中参数模型中各个刚性质量块的质量和转动惯量；
具体地，M0代表座椅质量，M1代表骨盆质量，M2代表胸部质量，M3代表头部质量。I2代表胸部的转动惯量，I3代表头部的转动惯量。
步骤S203，根据各个部件的初始位置的空间关系，建立人体侧向的XOZ坐标系；
具体地，此处以地板处为坐标原点，x地板代表地板x向位移，z地板代表地板z向位移。x0，分别代表座椅的x向位移、z向速度和z向加速度；z0，/>分别代表座椅的z向位移、z向速度和z向加速度。
x1，分别代表假人骨盆的x向位移、速度和加速度；z1，/>分别代表假人骨盆的z向位移、速度和加速度。x2，/>分别代表假人胸部的x向位移、速度和加速度；z2，/>分别代表假人胸部的z向位移、速度和加速度。x3，/>和/>分别代表假人头部的x向位移、速度和加速度；z3，/>分别代表假人头部的z向位移、速度和加速度。F腰椎.x和F腰椎.z分别代表腰椎在x向和z向的力。
步骤S204，确定各个刚性质量块的质心位置；
具体地，对于座椅而言，CG0(x00+x0,z00+z0)代表座椅质心坐标，x00为座椅质心初始x坐标，z00为座椅质心初始z坐标。
对假人骨盆而言，CG1(x10+x1,z10+z1)代表假人骨盆质心坐标，x10为假人骨盆质心初始x坐标，z10为假人骨盆质心初始z坐标。
对假人胸部而言，CG2(x20+x2,z20+z2)代表假人胸部质心坐标，x20为假人胸部初始x坐标，z20为假人胸部初始z坐标。
对假人头部而言，CG3(x30+x3,z30+z3)代表假人头部质心坐标，x30为头部初始x坐标，z30为头部初始z坐标。
其中，D12和ΔD12分别代表骨盆质心和胸部质心之间的距离和相对初始距离的变化量，D23和ΔD23分别代表胸部质心和头部质心之间的距离和相对初始距离的变化量。θ10代表骨盆质心与胸部质心的连线与水平面的夹角，θ20代表胸部质心与头部质心的连线与水平面的交角。Δv12代表胸部质心与骨盆质心沿着两质心连线方向的速度差。Δv23代表头部质心与胸部质心沿着两质心连线方向的速度差。
步骤S205，根据各个部件、座椅和座椅垫之间的约束限制关系，确定弹簧和阻尼位置的表达形式(Kr1，Cr1，Kr2，Cr2)；
具体地，乘员身体各个部件，以及座椅之间的约束限制关系，在集中参数模型中使用不同弹簧阻尼连接代表各部分的刚性质量块进行表征。弹簧刚度K0x代表座椅x向的结构刚度，弹簧刚度K0z代表座椅z向的结构刚度。
弹簧刚度K1x代表安全带x向的弹性，阻尼系数C1x代表安全带x向的阻尼性，弹簧刚度K1z代表安全带z向的弹性和座椅垫z向的弹性，阻尼系数C1z代表安全带z向的阻尼性和座椅垫z向的阻尼性。
弹簧K2代表限制假人的骨盆和胸部之间位移的弹簧的刚度，C2代表限制假人的骨盆和胸部之间位移的阻尼的阻尼系数。K3代表限制假人的胸部和头部之间移动的弹簧的刚度，C3代表限制假人胸部和头部之间移动的阻尼的阻尼系数。Kr1代表限制假人胸部和骨盆之间转动的弹簧的刚度，Cr1代表限制假人胸部和骨盆之间转动的阻尼的阻尼系数。Kr2代表限制假人头部和胸部之间转动的弹簧的刚度，Cr2代表限制假人头部和胸部之间转动的阻尼的阻尼系数。
步骤S206，根据各个刚性质量块的质量和转动惯量、人体侧向的XOZ坐标系、各个刚性质量块的质心位置，以及弹簧和阻尼位置的表达形式，得到集中参数模型，具体参照如图2所示的集中参数模型的结构示意图。
根据牛顿第二定律和动量矩定理，集中模型的运动控制方程参照如下公式：
其中，/>
其中，/>
由胡克定律和阻尼力公式，得到腰椎受力：
F腰椎.x＝cos(θ10+θ1)(k2ΔD12+c2Δv12) (19)
F腰椎.z＝sin(θ10+θ1)(k2ΔD12+c2Δv12) (20)
进一步的，步骤S104包括：
基于假人部分的参数，以滑台实验的实验组的地板参数为输入，假人部分的腰椎载荷、头部加速度、胸腔加速度和骨盆加速度为输出，经过参数反演后确定代理模型的座椅和座椅垫参数；
其中，实验组的地板参数包括实验组的地板加速度历程、实验组的地板初速度和实验组的地板初始位移。
这里，基于假人部分的参数的集中参数模型，以滑台实验的实验组的地板参数为输入，假人部分腰椎载荷、头部加速度、胸腔加速度和骨盆加速度为输出，经过参数反演后确定代理模型中表征座椅和座椅垫参数、安全带参数等部分的相关参数。
进一步的，步骤S106包括以下步骤：
步骤S301，将乘员响应与验证组的实验结果进行比较，得到比较结果；
步骤S302，根据比较结果对代理模型的验证，得到验证的代理模型。
进一步的，步骤S107包括以下步骤：
步骤S401，根据验证的代理模型调节座椅刚度、座椅垫厚度、座椅垫刚度和座椅垫阻尼系数，得到调节后的座椅刚度、调节后的座椅垫厚度、调节后的座椅垫刚度和调节后的座椅垫阻尼系数；
步骤S402，根据调节后的座椅刚度、调节后的座椅垫厚度、调节后的座椅垫刚度和调节后的座椅垫阻尼系数，计算乘员载荷响应；
其中，乘员载荷响应包括乘员腰椎载荷、头部加速度、骨盆加速度和胸部加速度。
这里，基于此代理模型，可减少实验次数，达到仿真支持座椅结构优化设计的目的。
本申请中，建立适用于座椅试验工况的代理模型；对应座椅金属机构、座椅垫和安全带抽象为非线性弹簧和非线性阻尼，选择合适的参数表达形式；调节代理模型中表征座椅结构的参数，快速计算得到乘员响应，可减少滑台实验次数，快速找到最优座椅结构设计形式。
实施例二：
图3为本发明实施例二提供的乘员座椅的结构优化设计系统示意图。
参照图3，该系统包括：
建立模块1，用于建立集中参数模型；
人体识别对象确定模块2，用于将CAE软件的数值假人模型作为集中参数模型的人体识别对象；
假人部分参数确定模块3，用于将人体识别对象进行参数反演，确定代理模型对应的假人部分的参数；
座椅和座椅垫参数确定模块4，用于根据假人部分的参数和滑台实验的实验组的乘员响应，确定代理模型的座椅和座椅垫参数；
乘员响应确定模块5，用于将验证组的地板参数输入到代理模型中，得到乘员响应；其中，验证组的地板参数包括验证组的地板加速度历程、验证组的地板初速度和验证组的地板初始位移；
验证模块6，用于根据乘员响应对代理模型进行验证，得到验证的代理模型；
调节模块7，用于根据验证的代理模型调节座椅和座椅垫参数，并计算乘员载荷响应。
进一步的，建立模块1具体用于：
获取目标对象的多个刚性质量块；
根据各个部件的几何构型和质量，确定集中参数模型中各个刚性质量块的质量和转动惯量；
根据各个部件的初始位置的空间关系，建立人体侧向的XOZ坐标系；
确定各个刚性质量块的质心位置；
根据各个部件、座椅和座椅垫之间的约束限制关系，确定弹簧和阻尼位置的表达形式；
根据各个刚性质量块的质量和转动惯量、人体侧向的XOZ坐标系、各个刚性质量块的质心位置，以及弹簧和阻尼位置的表达形式，得到集中参数模型。
进一步的，座椅和座椅垫参数确定模块4具体用于：
基于假人部分的参数，以滑台实验的实验组的地板参数为输入，假人部分的腰椎载荷、头部加速度、胸腔加速度和骨盆加速度为输出，经过参数反演后确定代理模型的座椅和座椅垫参数；
其中，实验组的地板参数包括实验组的地板加速度历程、实验组的地板初速度和实验组的地板初始位移。
本申请基于CAE软件MADYMO中假人库，完成集中参数模型中假人参数识别；基于座椅动态冲击试验，完成集中参数模型的座椅和座椅垫部分参数识别；模型可反映民机乘员耦合座椅的集中参数模型包含座椅刚度、座椅垫的厚度、刚度和阻尼系数等具有实际工程意义的物理量与乘员腰椎载荷的关系，从乘员保护的角度出发，对座椅的结构优化设计具有积极意义。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的乘员座椅的结构优化设计方法的步骤。
本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，计算机可读介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述实施例的乘员座椅的结构优化设计方法的步骤。
本发明实施例所提供的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种乘员座椅的结构优化设计方法，其特征在于，所述方法包括：
建立集中参数模型；
将CAE软件的数值假人模型作为所述集中参数模型的人体识别对象；
将所述人体识别对象进行参数反演，确定代理模型对应的假人部分的参数；
根据所述假人部分的参数和滑台实验的实验组的乘员响应，确定所述代理模型的座椅和座椅垫参数；
将验证组的地板参数输入到所述代理模型中，得到乘员响应；其中，所述验证组的地板参数包括所述验证组的地板加速度历程、所述验证组的地板初速度和所述验证组的地板初始位移；
根据所述乘员响应对所述代理模型进行验证，得到验证的代理模型；
根据所述验证的代理模型调节所述座椅和座椅垫参数，并计算乘员载荷响应。
2.根据权利要求1所述的乘员座椅的结构优化设计方法，其特征在于，建立集中参数模型，包括：
获取目标对象的多个刚性质量块；
根据各个部件的几何构型和质量，确定所述集中参数模型中各个所述刚性质量块的质量和转动惯量；
根据各个所述部件的初始位置的空间关系，建立人体侧向的XOZ坐标系；
确定各个所述刚性质量块的质心位置；
根据各个所述部件、座椅和座椅垫之间的约束限制关系，确定弹簧和阻尼位置的表达形式；
根据各个所述刚性质量块的质量和所述转动惯量、所述人体侧向的XOZ坐标系、各个所述刚性质量块的质心位置，以及所述弹簧和所述阻尼位置的表达形式，得到所述集中参数模型。
3.根据权利要求1所述的乘员座椅的结构优化设计方法，其特征在于，根据所述假人部分的参数和滑台实验的实验组的乘员响应，确定所述代理模型的座椅和座椅垫参数，包括：
基于所述假人部分的参数，以所述滑台实验的实验组的地板参数为输入，所述假人部分的腰椎载荷、头部加速度、胸腔加速度和骨盆加速度为输出，经过参数反演后确定所述代理模型的所述座椅和座椅垫参数；
其中，所述实验组的地板参数包括所述实验组的地板加速度历程、所述实验组的地板初速度和所述实验组的地板初始位移。
4.根据权利要求1所述的乘员座椅的结构优化设计方法，其特征在于，根据所述乘员响应对所述代理模型进行验证，得到验证的代理模型，包括：
将所述乘员响应与所述验证组的实验结果进行比较，得到比较结果；
根据所述比较结果对所述代理模型的验证，得到所述验证的代理模型。
5.根据权利要求1所述的乘员座椅的结构优化设计方法，其特征在于，根据所述验证的代理模型调节所述座椅和座椅垫参数，并计算乘员载荷响应，包括：
根据所述验证的代理模型调节座椅刚度、座椅垫厚度、座椅垫刚度和座椅垫阻尼系数，得到调节后的座椅刚度、调节后的座椅垫厚度、调节后的座椅垫刚度和调节后的座椅垫阻尼系数；
根据所述调节后的座椅刚度、所述调节后的座椅垫厚度、所述调节后的座椅垫刚度和所述调节后的座椅垫阻尼系数，计算所述乘员载荷响应；
其中，所述乘员载荷响应包括乘员腰椎载荷、头部加速度、骨盆加速度和胸部加速度。
6.一种乘员座椅的结构优化设计系统，其特征在于，所述系统包括：
建立模块，用于建立集中参数模型；
人体识别对象确定模块，用于将CAE软件的数值假人模型作为所述集中参数模型的人体识别对象；
假人部分参数确定模块，用于将所述人体识别对象进行参数反演，确定代理模型对应的假人部分的参数；
座椅和座椅垫参数确定模块，用于根据所述假人部分的参数和滑台实验的实验组的乘员响应，确定所述代理模型的座椅和座椅垫参数；
乘员响应确定模块，用于将验证组的地板参数输入到所述代理模型中，得到乘员响应；其中，所述验证组的地板参数包括所述验证组的地板加速度历程、所述验证组的地板初速度和所述验证组的地板初始位移；
验证模块，用于根据所述乘员响应对所述代理模型进行验证，得到验证的代理模型；
调节模块，用于根据所述验证的代理模型调节所述座椅和座椅垫参数，并计算乘员载荷响应。
7.根据权利要求6所述的乘员座椅的结构优化设计系统，其特征在于，所述建立模块具体用于：
获取目标对象的多个刚性质量块；
根据各个部件的几何构型和质量，确定所述集中参数模型中各个所述刚性质量块的质量和转动惯量；
根据各个所述部件的初始位置的空间关系，建立人体侧向的XOZ坐标系；
确定各个所述刚性质量块的质心位置；
根据各个所述部件、座椅和座椅垫之间的约束限制关系，确定弹簧和阻尼位置的表达形式；
根据各个所述刚性质量块的质量和所述转动惯量、所述人体侧向的XOZ坐标系、各个所述刚性质量块的质心位置，以及所述弹簧和所述阻尼位置的表达形式，得到所述集中参数模型。
8.根据权利要求6所述的乘员座椅的结构优化设计系统，其特征在于，所述座椅和座椅垫参数确定模块具体用于：
基于所述假人部分的参数，以所述滑台实验的实验组的地板参数为输入，所述假人部分的腰椎载荷、头部加速度、胸腔加速度和骨盆加速度为输出，经过参数反演后确定所述代理模型的所述座椅和座椅垫参数；
其中，所述实验组的地板参数包括所述实验组的地板加速度历程、所述实验组的地板初速度和所述实验组的地板初始位移。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至5任一项所述的方法。
10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求1至5任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310190588.0A CN116522581B (zh) | 2023-03-01 | 2023-03-01 | 乘员座椅的结构优化设计方法和系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310190588.0A CN116522581B (zh) | 2023-03-01 | 2023-03-01 | 乘员座椅的结构优化设计方法和系统 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116522581A true CN116522581A (zh) | 2023-08-01 |
| CN116522581B CN116522581B (zh) | 2024-04-26 |
Family
ID=87394732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310190588.0A Active CN116522581B (zh) | 2023-03-01 | 2023-03-01 | 乘员座椅的结构优化设计方法和系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116522581B (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060095235A1 (en) * | 2003-02-03 | 2006-05-04 | Roland Furtado | Method of designing automotive seat assemblies for rear impact performance |
| CN104156549A (zh) * | 2014-09-03 | 2014-11-19 | 山东理工大学 | 车辆座椅振动模型的座垫等效刚度和等效阻尼的辨识方法 |
| CN104408224A (zh) * | 2014-10-14 | 2015-03-11 | 山东理工大学 | 车辆座椅人体振动模型的人体等效刚度和阻尼的辨识方法 |
| CN106777579A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-31 | 中国直升机设计研究所 | 一种直升机适坠座椅的动态设计方法 |
| CN109900429A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-18 | 湖南赛孚汽车科技股份有限公司 | 一种安全带试验用假人重心测量装置及测量方法 |
| CN114510781A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-05-17 | 江苏大学 | 一种电动客车骨架的高维多目标优化设计方法 |
| CN114692452A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-07-01 | 麦格纳座椅研发(重庆)有限公司 | 基于强制位移法的座椅体压分布cae分析方法 |
| CN114861484A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-08-05 | 湖北文理学院 | 基于假人-座椅动力学模型的车辆平顺性仿真分析方法 |
| CN115114727A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-09-27 | 西北工业大学 | 椅载设备响应载荷谱的获取方法及装置 |
| CN115270291A (zh) * | 2022-07-14 | 2022-11-01 | 岚图汽车科技有限公司 | 车辆后排座椅的头部限制面的获取方法、装置及设备 |
| CN115358124A (zh) * | 2022-08-20 | 2022-11-18 | 中国民航大学 | 民机典型机身框段坠撞响应及乘员伤害的分析评估方法 |
| CN218113000U (zh) * | 2022-10-17 | 2022-12-23 | 中国民航大学 | 约束装置及座椅 |
-
2023
- 2023-03-01 CN CN202310190588.0A patent/CN116522581B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060095235A1 (en) * | 2003-02-03 | 2006-05-04 | Roland Furtado | Method of designing automotive seat assemblies for rear impact performance |
| CN104156549A (zh) * | 2014-09-03 | 2014-11-19 | 山东理工大学 | 车辆座椅振动模型的座垫等效刚度和等效阻尼的辨识方法 |
| CN104408224A (zh) * | 2014-10-14 | 2015-03-11 | 山东理工大学 | 车辆座椅人体振动模型的人体等效刚度和阻尼的辨识方法 |
| CN106777579A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-31 | 中国直升机设计研究所 | 一种直升机适坠座椅的动态设计方法 |
| CN109900429A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-18 | 湖南赛孚汽车科技股份有限公司 | 一种安全带试验用假人重心测量装置及测量方法 |
| CN114510781A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-05-17 | 江苏大学 | 一种电动客车骨架的高维多目标优化设计方法 |
| CN114692452A (zh) * | 2022-03-24 | 2022-07-01 | 麦格纳座椅研发(重庆)有限公司 | 基于强制位移法的座椅体压分布cae分析方法 |
| CN114861484A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-08-05 | 湖北文理学院 | 基于假人-座椅动力学模型的车辆平顺性仿真分析方法 |
| CN115114727A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-09-27 | 西北工业大学 | 椅载设备响应载荷谱的获取方法及装置 |
| CN115270291A (zh) * | 2022-07-14 | 2022-11-01 | 岚图汽车科技有限公司 | 车辆后排座椅的头部限制面的获取方法、装置及设备 |
| CN115358124A (zh) * | 2022-08-20 | 2022-11-18 | 中国民航大学 | 民机典型机身框段坠撞响应及乘员伤害的分析评估方法 |
| CN218113000U (zh) * | 2022-10-17 | 2022-12-23 | 中国民航大学 | 约束装置及座椅 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| THOMAS DETER: "Validation Of A Seat-Dummy Simulation Model For Rear-Impact", RESEARCHGATE, 31 January 2016 (2016-01-31), pages 1 - 16 * |
| 冯振宇: "FAA 混 III 与混 II 型假人动态冲击响应特性分析", 应 用 力 学 学 报, 30 June 2020 (2020-06-30), pages 1013 - 1022 * |
| 冯振宇;杨永攀;贺永龙;马士成;解江;王亚锋;杨欢;: "座椅约束下航空假人垂直冲击动态响应特性研究", 工程力学, no. 08, 25 August 2020 (2020-08-25), pages 255 - 265 * |
| 程正午: "工程车辆人体-座椅振动特性及座椅悬置系统参数优化匹配的研究", 中国优秀硕士论文电子期刊网, 15 May 2020 (2020-05-15), pages 038 - 621 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116522581B (zh) | 2024-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xu et al. | Development and validation of dummies and human models used in crash test | |
| Prasad et al. | An experimentally validated dynamic model of the spine | |
| Guida et al. | Development of a multibody system for crashworthiness certification of aircraft seat | |
| Arslan | Experimental assessment of lumped-parameter human body models exposed to whole body vibration | |
| Linder et al. | Average male and female virtual dummy model (BioRID and EvaRID) simulations with two seat concepts in the Euro NCAP low severity rear impact test configuration | |
| Park et al. | Collision analysis and safety evaluation using a collision model for the frontal robot–human impact | |
| CN116522581B (zh) | 乘员座椅的结构优化设计方法和系统 | |
| Singh et al. | Biodynamic model of a seated occupant exposed to intense impacts | |
| Putnam et al. | Finite element model of the THOR-NT dummy under vertical impact loading for aerospace injury prediction: Model evaluation and sensitivity analysis | |
| Reed et al. | Assessing the validity of kinematically generated reach envelopes for simulations of vehicle operators | |
| Rahmatalla et al. | An active head–neck model in whole-body vibration: Vibration magnitude and softening | |
| Erlinger et al. | Effects of boundary conditions and posture on simulations with human body models of braking events | |
| KR101913499B1 (ko) | 개인 맞춤형 시트제어 장치 및 방법 | |
| Sun et al. | An analytical model of seated human body exposed to combined fore-aft, lateral, and vertical vibration verified with experimental modal analysis | |
| US20170249406A1 (en) | Customized lumbar spine response finite element model for crash test dummy and method | |
| Xiao et al. | Nonlinear dynamic modeling and body injuries analysis of human/seat system under vertical impact | |
| Hassan et al. | Nonlinear multibody dynamics and finite element modeling of occupant response: part I—rear vehicle collision | |
| Cox et al. | The influence of muscle modeling methods and paths on head and neck response | |
| Dhole | Development and validation of a finite element model of a transport aircraft seat under part 25.562 dynamic test conditions | |
| Putnam et al. | Validation and sensitivity analysis of a finite element model of THOR-NT ATD for injury prediction under vertical impact loading | |
| Rahmatalla | Prehospital Transport and Whole-Body Vibration | |
| Untaroiu et al. | A Simulation-Based Calibration and Sensitivity Analysis of a Finite Element Model of THOR Head-Neck Complex | |
| Takehara et al. | Development of a simplified human body dynamics model for motion control on a vehicle | |
| Kim et al. | Modeling motion sickness using a four-wheel vehicle model augmented with a passenger model | |
| Eliasson et al. | Industrialisation of a finite element active human body model for vehicle crash simulations |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |