CN117094186A - 一种汽车座椅舒适性仿真优化方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种汽车座椅舒适性仿真优化方法和系统，方法包括获取汽车座椅总成的三维数据并利用计算机辅助工程技术建立座椅总成有限元模型；设置座椅总成有限元模型的材料属性，将假人模型与座椅总成有限元模型建立接触关系并设置约束条件，获取汽车座椅舒适性仿真模型；利用求解器进行求解计算，最后判断计算结果是否满足预设条件，若不满足，则重新设置材料属性和约束条件，再次求解计算；否则获取最优的汽车座椅模型，完成汽车座椅的舒适性仿真优化；本发明中的汽车座椅舒适性仿真模型能够对不同类型的汽车座椅H点进行仿真分析，具有较强的稳定性；另外，本发明中的方法能够有效提高汽车座椅的设计效率和舒适性优化效果。
Description
技术领域
本发明涉及汽车座椅的舒适性设计技术领域，更具体地，涉及一种汽车座椅舒适性仿真优化方法和系统。
背景技术
汽车座椅是重要的驾乘界面，是乘员与汽车之间接触面积最大的界面。座椅的座垫和靠背对人体形成支撑，连同其他的驾乘界面元素一起，使人体保持一定的驾驶或者乘坐姿势，影响乘客座椅舒适性能的主要是H点位置和人体体压分布特性。
H点是汽车设计的参考点，也是车身内部尺寸标注中的一个基准参考点，R点是座椅设计的参考点，理论上R点和H点是重合的，但实际上大部分的汽车很难做到完全重合。H点是指二维人体模型或三维人体样板中人体大腿和躯干的连接点，也称跨点(Hip Point)，对应人体的髋关节。H点三维人体模型通常用于确定汽车车身中真实H点的位置，被许多汽车设计公司广泛采用。汽车的实际H点在汽车的整体设计中有着很重要的意义，汽车驾驶员或者乘员以正常姿势入座后，体重的大部分将通过臀部由座垫来承受，汽车驾驶员操作时身躯往往是绕着实际H点的横向水平轴线活动的，因此，H点在汽车车身内的实际位置决定着驾驶员操作时的舒适性和方便性。
人体体压分布特性是驾乘过程中乘员对座椅最直观的感受，座椅的体压特性对于汽车座椅的舒适性十分重要。体压特性是汽车座椅重要的静态属性之一，它指的是在驾乘人员以一定姿势落座于座椅后，当座椅与乘员保持稳定时两者间由于接触载荷与材料变形所产生的压强特征，具体包括数值特性和分布特性两方面。汽车座椅的体压数值应该在合理的范围内：一方面过大的局部体压会使人体组织内应力增大导致异物感，且长时间的过大体压会使人体组织缺氧受累导致压力损伤；另一方面不足的体压会导致座椅的支撑性不强，从而导致驾乘姿势的恶化从而引起疲劳等。汽车座椅的体压分布也应合理，例如：一般峰值体压应位于坐骨结节下方，此处承受了来自大部分体重的载荷；体压从峰值中心向外逐层递减，等压强线光顺圆滑，体压变化梯度较缓；腿部有一定支撑但不能过大而影响下肢血液回流等。
在传统的汽车设计流程中，在座椅开发阶段需要进行多个原型座椅的开发并在此基础上进行改进，这个过程基本都是手工打造，而且打造过程与理论座椅原型有一定差距，这个过程也造成了大量时间和研发资源的浪费。汽车厂商在新车型开发过程中如果能够在较早阶段确定汽车车身的H点的精确位置以及体压分布特性，将会提高设计的合理性和缩短新车型项目的上市日期，因此亟需在虚拟座椅模型的基础上获得准确的H点数据和体压分布数据。
现有技术公开了一种汽车座椅舒适性优化系统及方法，该方法将H点三维人体模型置于待优化处理的汽车座椅上，实时测量汽车座椅的H点坐标及实际靠背角值；接着将测量得到的汽车座椅的实际H点坐标及实际靠背角值与汽车座椅的乘坐基准点和设计靠背角进行对比计算；根据对比计算的结果计算形成对汽车座椅的型面进行调整优化数据；现有技术中的方法仅仅通过对H点进行测量并与设计标准进行对比计算来优化汽车座椅的型面结构，对于不同型号和规格的座椅需要重复测量，费时费力，效率较低；同时，该方法仅仅调整了汽车座椅的靠背角，并未对汽车座椅的材料以及体压特性进行调整优化，对于舒适性的设计效果较差。
发明内容
本发明为克服上述现有技术在座椅设计过程中效率较低和舒适性设计的效果不佳的缺陷，提供一种汽车座椅舒适性仿真优化方法和系统，通过对H点位置和体压分布特性进行全面优化，具有较强的稳定性，测量结果不受其他因素影响，能够有效提高设计效率和舒适性优化效果。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种汽车座椅舒适性仿真优化方法，包括以下步骤：
S1：获取汽车座椅总成的三维数据，根据汽车座椅总成的三维数据，利用计算机辅助工程技术建立座椅总成有限元模型；
S2：设置座椅总成有限元模型的材料属性，将预设的假人模型与座椅总成有限元模型建立接触关系并设置约束条件，获取汽车座椅舒适性仿真模型；
S3：利用求解器对汽车座椅舒适性仿真模型进行求解计算，获取计算结果；
所述计算结果包括：假人模型的运动结果、H点坐标和汽车座椅的压力分布结果；
S4：判断计算结果是否满足预设条件，若不满足，则重复步骤S2～S3，重新设置座椅总成有限元模型的材料属性及其与假人模型之间的约束条件，再次求解计算；否则将该计算结果对应的汽车座椅舒适性仿真模型保存为最优的汽车座椅模型，完成汽车座椅的舒适性仿真优化。
优选地，所述步骤S1中，所述汽车座椅总成包括：靠背、坐垫、弹簧、塑料片和骨架；
所述靠背和坐垫均包括面料和面料内部的泡沫，所述泡沫包括软泡沫和硬泡沫。
优选地，所述步骤S1中，根据汽车座椅总成的三维数据，利用计算机辅助工程技术建立座椅总成有限元模型的具体方法为：
根据汽车座椅总成的三维数据，利用HyperMesh软件分别对座椅总成中的各个零件进行建模，获取座椅总成有限元模型。
优选地，所述座椅总成有限元模型的类型为Pamcrash2G2010模型。
优选地，所述座椅总成有限元模型中，靠背和坐垫的面料均为四边形的壳单元，靠背和坐垫的泡沫均为四面体单元；弹簧为梁单元；塑料片为壳单元；骨架为四边形的壳单元；
所述座椅总成有限元模型满足以下条件：
座椅总成有限元模型中的靠背和坐垫均包括若干个方形网格，各网格的尺寸不小于4mm；
弹簧与靠背和坐垫的泡沫均无干涉；
泡沫与面料之间保留初始穿透。
优选地，所述步骤S2中设置座椅总成有限元模型的材料属性具体为：
分别设置靠背和坐垫的面料材料类型和泡沫材料类型；设置靠背和坐垫的泡沫在压缩和拉伸两个方向的应力应变曲线；设置靠背和坐垫的面料的拉伸和剪切性能参数、厚度以及纤维取向；
设置骨架和塑料片的材料类型和壁厚；设置弹簧的材料类型、密度、泊松比、弹性模量和弹簧直径。
优选地，所述座椅总成有限元模型中的各个零件的连接关系具体为：
骨架与地板刚性连接；弹簧与塑料板固定连接或铰接，弹簧与骨架可转动连接；靠背和坐垫中的泡沫与骨架之间为Tie连接，面料与骨架之间为J型夹连接；面料与泡沫之间为环形圈或拉带连接。
优选地，所述步骤S2中预设的假人模型具体为95％或50％假人H点三维人体模型；
将预设的假人模型与座椅总成有限元模型建立接触关系并设置约束条件具体为：
所述设置的约束条件具体为：调整假人模型坐姿，包括调整靠背角度、臀部角度、脚跟角度和脚跟点位置；固定假人模型的坐姿，调整假人模型的位置，使假人模型在水平和垂直方向上均与靠背和坐垫的面料无干涉；
设置接触厚度和摩擦系数，将固定好坐姿和位置的假人模型与座椅总成有限元模型建立面面接触关系。
优选地，所述步骤S4中的预设条件具体为：预设的假人模型运动轨迹、预设的H点精确坐标和预设的汽车座椅压力分布标准；
所述预设的汽车座椅压力分布标准具体为：
汽车座椅对假人模型的臀部、大腿中部、大腿前部和大腿侧翼各区域施加的最大应力、平均应力、应力变化率和质量占比。
本发明还提供一种汽车座椅舒适性仿真优化系统，应用上述的一种汽车座椅舒适性仿真优化方法，包括：
座椅总成建模单元：用于获取汽车座椅总成的三维数据，根据汽车座椅总成的三维数据，利用计算机辅助工程技术建立座椅总成有限元模型；
仿真模型构建单元：用于设置座椅总成有限元模型的材料属性，将预设的假人模型与座椅总成有限元模型建立接触关系并设置约束条件，获取汽车座椅舒适性仿真模型；
求解单元：用于利用求解器对汽车座椅舒适性仿真模型进行求解计算，获取计算结果；
所述计算结果包括：假人模型的运动结果、H点坐标和汽车座椅的压力分布结果；
仿真优化单元：用于判断计算结果是否满足预设条件，若不满足，则重复仿真模型构建单元和求解单元，重新设置座椅总成有限元模型的材料属性及其与假人模型之间的约束条件，再次求解计算；否则将该计算结果对应的汽车座椅舒适性仿真模型保存为最优的汽车座椅模型，完成汽车座椅的舒适性仿真优化。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明提供一种汽车座椅舒适性仿真优化方法和系统，本方法通过获取汽车座椅总成的三维数据，根据汽车座椅总成的三维数据，利用计算机辅助工程技术建立座椅总成有限元模型；设置座椅总成有限元模型的材料属性，将预设的假人模型与座椅总成有限元模型建立接触关系并设置约束条件，获取汽车座椅舒适性仿真模型；利用求解器对汽车座椅舒适性仿真模型进行求解计算，获取计算结果；最后判断计算结果是否满足预设条件，若不满足，则重新设置座椅总成有限元模型的材料属性及其与假人模型之间的约束条件，再次求解计算；否则将该计算结果对应的汽车座椅舒适性仿真模型保存为最优的汽车座椅模型，完成汽车座椅的舒适性仿真优化；
本发明在建立座椅的有限元模型时，不仅考虑了座椅各个零件之间的连接关系，还加入了材料的拉伸和压缩特性曲线以及随应变率变化的特性曲线，能够较为真实的模拟实际过程，有效提升体压分布分析的精确度；同时，本发明基于计算机辅助工程技术进行建模，所提出的汽车座椅舒适性仿真模型能够对不同类型的汽车座椅舒适性进行仿真分析，能够同时对H点位置和体压分布特性进行全面优化，具有较强的稳定性，舒适性设计效果较好；另外，本发明简单便捷、高效准确，能够有效提高汽车座椅的设计效率和舒适性优化效果，同时还能够为多个汽车厂商提供不同的原型座椅，具有很强的实用价值。
附图说明
图1为实施例1所提供的一种汽车座椅舒适性仿真优化方法流程图。
图2为实施例2所提供的一种汽车座椅舒适性仿真优化方法流程图。
图3为实施例2所提供的获取3组泡沫样本的示意图。
图4为实施例2所提供的获取2组面料样本的示意图。
图5为实施例2所提供的汽车座椅舒适性仿真模型示意图。
图6为实施例2所提供的座椅总成的H点坐标示意图。
图7为实施例2所提供的95％假人模型的H点分析结果示意图。
图8为实施例2所提供的95％假人模型的体压分布结果示意图。
图9为实施例2所提供的坐垫压缩分析结果示意图。
图10为实施例2所提供的弹簧压缩分析结果示意图。
图11为实施例3所提供的一种汽车座椅舒适性仿真优化系统结构图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种汽车座椅舒适性仿真优化方法，包括以下步骤：
S1：获取汽车座椅总成的三维数据，根据汽车座椅总成的三维数据，利用计算机辅助工程技术建立座椅总成有限元模型；
S2：设置座椅总成有限元模型的材料属性，将预设的假人模型与座椅总成有限元模型建立接触关系并设置约束条件，获取汽车座椅舒适性仿真模型；
S3：利用求解器对汽车座椅舒适性仿真模型进行求解计算，获取计算结果；
所述计算结果包括：假人模型的运动结果、H点坐标和汽车座椅的压力分布结果；
S4：判断计算结果是否满足预设条件，若不满足，则重复步骤S2～S3，重新设置座椅总成有限元模型的材料属性及其与假人模型之间的约束条件，再次求解计算；否则将该计算结果对应的汽车座椅舒适性仿真模型保存为最优的汽车座椅模型，完成汽车座椅的舒适性仿真优化。
在具体实施过程中，首先获取汽车座椅总成的三维数据，根据汽车座椅总成的三维数据，利用计算机辅助工程技术建立座椅总成有限元模型；设置座椅总成有限元模型的材料属性，将预设的假人模型与座椅总成有限元模型建立接触关系并设置约束条件，获取汽车座椅舒适性仿真模型；之后利用求解器对汽车座椅舒适性仿真模型进行求解计算，获取计算结果；最后判断计算结果是否满足预设条件，若不满足，则重新设置座椅总成有限元模型的材料属性及其与假人模型之间的约束条件，再次求解计算；否则将计算结果中的H点坐标保存为最优的H点坐标，同时将该计算结果对应的汽车座椅舒适性仿真模型保存为最优的汽车座椅模型，完成汽车座椅的舒适性仿真优化；
本方法在建立座椅的有限元模型时，不仅考虑了座椅各个零件之间的连接关系，还加入了材料的拉伸和压缩特性曲线以及随应变率变化的特性曲线，能够较为真实的模拟实际过程，有效提升体压分布分析的精确度；同时，本方法基于计算机辅助工程技术进行建模，所提出的汽车座椅舒适性仿真模型能够对不同类型的汽车座椅舒适性进行仿真分析，能够同时对H点位置和体压分布特性进行全面优化，具有较强的稳定性，舒适性设计效果较好；另外，本方法简单便捷、高效准确，能够有效提高汽车座椅的设计效率和舒适性优化效果，同时还能够为多个汽车厂商提供不同的原型座椅，具有很强的实用价值。
实施例2
如图2所示，本发明提供一种汽车座椅舒适性仿真优化方法，包括以下步骤：
S1：获取汽车座椅总成的三维数据，根据汽车座椅总成的三维数据，利用计算机辅助工程技术建立座椅总成有限元模型；
S2：通过实际材料取样和测定获取座椅总成的材料属性，并输入至座椅总成有限元模型中，将预设的假人模型与座椅总成有限元模型建立接触关系并设置约束条件，获取汽车座椅舒适性仿真模型；
S3：利用求解器对汽车座椅舒适性仿真模型进行求解计算，获取计算结果；
所述计算结果包括：假人模型的运动结果、H点坐标和汽车座椅的压力分布结果；
S4：判断计算结果是否满足预设条件，若不满足，则重复步骤S2～S3，重新设置座椅总成有限元模型的材料属性及其与假人模型之间的约束条件，再次求解计算；否则将该计算结果对应的汽车座椅舒适性仿真模型保存为最优的汽车座椅模型，完成汽车座椅的舒适性仿真优化；
所述步骤S1中，所述汽车座椅总成包括：靠背、坐垫、弹簧、塑料片和骨架；
所述靠背和坐垫均包括面料和面料内部的泡沫，所述泡沫包括软泡沫和硬泡沫；
所述步骤S1中，根据汽车座椅总成的三维数据，利用计算机辅助工程技术建立座椅总成有限元模型的具体方法为：
根据汽车座椅总成的三维数据，利用HyperMesh软件分别对座椅总成中的各个零件进行建模，获取座椅总成有限元模型；
所述座椅总成有限元模型的类型为Pamcrash2G2010模型；
所述座椅总成有限元模型中，靠背和坐垫的面料均为四边形的壳单元，靠背和坐垫的泡沫均为四面体单元；弹簧为梁单元；塑料片为壳单元；骨架为四边形的壳单元；
所述座椅总成有限元模型满足以下条件：
座椅总成有限元模型中的靠背和坐垫均包括若干个方形网格，各网格的尺寸不小于4mm；
弹簧与靠背和坐垫的泡沫均无干涉；
泡沫与面料之间保留初始穿透；
所述步骤S2中设置座椅总成有限元模型的材料属性具体为：
分别设置靠背和坐垫的面料材料类型和泡沫材料类型；设置靠背和坐垫的泡沫在压缩和拉伸两个方向的应力应变曲线；设置靠背和坐垫的面料的拉伸和剪切性能参数、厚度以及纤维取向；
设置骨架和塑料片的材料类型和壁厚；设置弹簧的材料类型、密度、泊松比、弹性模量和弹簧直径；
所述座椅总成有限元模型中的各个零件的连接关系具体为：
骨架与地板刚性连接；弹簧与塑料板固定连接或铰接，弹簧与骨架可转动连接；靠背和坐垫中的泡沫与骨架之间为Tie连接，面料与骨架之间为J型夹连接；面料与泡沫之间为环形圈或拉带连接；
所述步骤S2中预设的假人模型具体为95％或50％假人H点三维人体模型；
将预设的假人模型与座椅总成有限元模型建立接触关系并设置约束条件具体为：
所述设置的约束条件具体为：调整假人模型坐姿，包括调整靠背角度、臀部角度、脚跟角度和脚跟点位置；固定假人模型的坐姿，调整假人模型的位置，使假人模型在水平和垂直方向上均与靠背和坐垫的面料无干涉；
设置接触厚度和摩擦系数，将固定好坐姿和位置的假人模型与座椅总成有限元模型建立面面接触关系；
所述步骤S4中的预设条件具体为：预设的假人模型运动轨迹、预设的H点精确坐标和预设的汽车座椅压力分布标准；
所述预设的汽车座椅压力分布标准具体为：
汽车座椅对假人模型的臀部、大腿中部、大腿前部和大腿侧翼各区域施加的最大应力、平均应力、应力变化率和质量占比。
在具体实施过程中，首先获取汽车座椅总成的三维数据，汽车座椅总成包括：靠背、坐垫、弹簧、塑料片和骨架；靠背和坐垫均包括面料和面料内部的泡沫，所述泡沫包括软泡沫和硬泡沫，一般景中区域为软泡沫，两翼区域为硬泡沫，并提取泡沫的内外表面，用于后续的接触及连接设置；
三维数据包括汽车座椅总成各个零件的尺寸和位置、预设的H点位置和人体脚跟位置；
根据汽车座椅总成的三维数据，利用计算机辅助工程技术建立座椅总成有限元模型；
在本实施例中，利用HyperMesh V19.0软件中的Pamcrash2G2010模型分别对座椅总成中的各个零件进行建模，获取座椅总成有限元模型；
在座椅总成有限元模型中，靠背和坐垫的面料均为四边形的壳单元，靠背和坐垫的泡沫均为四面体单元；弹簧为梁单元；塑料片为壳单元；骨架为四边形的壳单元；
所建立的座椅总成有限元模型满足以下条件：
座椅总成有限元模型中的靠背和坐垫均包括若干个方形网格，各网格的尺寸不小于4mm；弹簧与靠背和坐垫的泡沫均无干涉；泡沫与面料之间保留初始穿透；
之后设置座椅总成有限元模型的材料属性，分别设置靠背和坐垫的面料材料类型和泡沫材料类型；设置靠背和坐垫的泡沫在压缩和拉伸两个方向的应力应变曲线；设置靠背和坐垫的面料的拉伸和剪切性能参数，并赋予面料1.5mm厚度，由于面料的各向异性，定义坐垫和靠背的面料纤维取向，根据面料生成相应的衬套，并设置衬套的厚度和材料；
在本实施例中，获取泡沫在压缩和拉伸两个方向的应力应变曲线的具体方法为：
如图3所示，获取一定大小的3组泡沫样品：
对第一份泡沫进行固定，以一定的线性速度对泡沫进行并压缩，泡沫压缩至5％L0后需要保持几分钟等到应力稳定，此后继续按照该方式进行，直到压缩至80％L0卸载；卸载时以同样的速度卸载，记录过程中压缩加载和卸载应力应变曲线；
对第二份泡沫进行固定，以一定的线性速度对泡沫进行拉伸，拉伸至50％L0卸载，卸载时以同样的速度卸载，记录过程中拉伸过程中加载和卸载应力应变曲线；
对第三份泡沫进行固定，以一定的线性速度对泡沫进行沿着一定角度拉伸并记录应力应变曲线；
将获取到的压缩加载和卸载应力应变曲线保存为泡沫在压缩方向的应力应变曲线，将获取到的线性拉伸和以一定角度拉伸过程中的加载和卸载应力应变曲线共同保存为泡沫在拉伸方向的应力应变曲线；
获取面料的拉伸和剪切性能参数的具体方法为：
如图4所示，分别沿着面料成型方向和45°方向进行取样，获取2组面料样品；分别固定两组面料样品的两端，拉伸方向朝着样品的纤维铺层方向，以一定的速度进行拉伸，以一定的速度进行加载，直到应变达到10％，记录面料样品不同方向的拉伸和剪切性能参数；
设置骨架和塑料片的材料类型和壁厚；设置弹簧的材料类型、密度、泊松比、弹性模量和弹簧直径；
在本实施例中，座椅总成有限元模型中的各个零件的连接关系具体为：
骨架与地板刚性连接；弹簧与塑料板固定连接或铰接，弹簧与骨架的安装孔转动连接；靠背和坐垫中的泡沫与骨架之间为Tie连接，面料与骨架之间为J型夹连接，即将面料的周圈节点与骨架进行相连；面料与泡沫根据设计要求使用环形圈或拉带连接；将泡沫外表面与弹簧、面料与假人设置接触约束；
使用Trim adviser模块通过设置初始应力进行泡沫预压，对坐垫和泡沫的面料施加0.01mpa压力，使用Trim模块将泡沫进行压缩，最终使得泡沫在面料衬垫之下，没有干涉；
将95％或50％假人H点三维人体模型与座椅总成有限元模型建立接触关系并设置约束条件，调整假人模型坐姿，包括靠背角度25°，臀部角度10°，脚跟角度45°并根据输入脚跟点调整位置并固定约束，再在X和Z向方向调整直到与座椅面料无干涉；将假人模型与座椅建立接触关系，假人人体与靠背、坐垫分别建立接触，接触类型为33号面面接触，厚度1mm，摩擦系数0.1，获取汽车座椅舒适性仿真模型，如图5所示；
之后利用求解器对汽车座椅舒适性仿真模型进行求解计算，获取计算结果；
所述计算结果包括：假人模型的运动结果、H点坐标和汽车座椅的压力分布结果；
分析汽车座椅的压力分布结果具体为：查看假人运动结果，显示坐垫的应力云图，并设置Z向投影面，将投影面分为N×N个格子，格子分为臀部、大腿中部、大腿前部、大腿侧翼共8个区域，设置每个区域所响应的最大应力、平均应力、应力变化率、质量占比等评价标准；将应力投影在Z向投影面，根据投影的实际压力值与评价标准的对比，对投影结果值按照区域进行颜色区分显示；
最后判断计算结果是否满足预设条件，若不满足，则重新设置座椅总成有限元模型的材料属性及其与假人模型之间的约束条件，再次求解计算；否则将计算结果中的H点坐标保存为最优的H点坐标，同时将该计算结果对应的汽车座椅舒适性仿真模型保存为最优的汽车座椅模型，完成汽车座椅的舒适性仿真优化；
结合H点分析结果和95％假人体压分布结果，判定座椅舒适性是否满足要求，如果不满足要求调整座椅泡沫厚度、硬度、型面、长度和宽度、面料松紧度、衬垫厚度和硬度、弹簧直径、弹簧形式、骨架形式以达到满足舒适性要求的结果；
如图6、图7和图8所示，分别为座椅总成的H点坐标示意图、95％假人模型H点分析结果示意图和95％假人模型体压分布结果分析示意图；
由图6和图7可以看出，座椅总成和假人模型的H点坐标相接近，说明本实施例中所设计的汽车座椅模型准确性和舒适性较高；
如图8所示，从数据可以看出来95％分位体压分布中臀部承重重量超标，且重量分布比率较大，需要对泡沫材料的曲线进行更改或型面局部微调；大腿中部压力过大，即存在大腿顶腿的现象，需要对局部型面进行削弱调整，将模型进行更改重新进行分析确定应力分布是否满足要求；
如图9和图10所示，分别为坐垫压缩分析结果示意图和弹簧压缩分析结果示意图，由图中可以看出，坐垫和弹簧的压缩量均符合预设标准；
另外，本实施例中的方法还具有一定的通用性，对于不同的汽车座椅，只需输入对应汽车座椅的三维数据和材料属性便能方便快捷地得出最优的H点坐标；
本方法在建立座椅的有限元模型时，不仅考虑了座椅各个零件之间的连接关系，还加入了材料的拉伸和压缩特性曲线以及随应变率变化的特性曲线，能够较为真实的模拟实际过程，有效提升体压分布分析的精确度；同时，本方法基于计算机辅助工程技术进行建模，所提出的汽车座椅舒适性仿真模型能够对不同类型的汽车座椅舒适性进行仿真分析，能够同时对H点位置和体压分布特性进行全面优化，具有较强的稳定性，舒适性设计效果较好；另外，本方法简单便捷、高效准确，能够有效提高汽车座椅的设计效率和舒适性优化效果，同时还能够为多个汽车厂商提供不同的原型座椅，具有很强的实用价值。
实施例3
如图11所示，本实施例提供一种汽车座椅舒适性仿真优化系统，应用实施例1或2所述的一种汽车座椅舒适性仿真优化方法，包括：
座椅总成建模单元301：用于获取汽车座椅总成的三维数据，根据汽车座椅总成的三维数据，利用计算机辅助工程技术建立座椅总成有限元模型；
仿真模型构建单元302：用于设置座椅总成有限元模型的材料属性，将预设的假人模型与座椅总成有限元模型建立接触关系并设置约束条件，获取汽车座椅舒适性仿真模型；
求解单元303：用于利用求解器对汽车座椅舒适性仿真模型进行求解计算，获取计算结果；
所述计算结果包括：假人模型的运动结果、H点坐标和汽车座椅的压力分布结果；
仿真优化单元304：用于判断计算结果是否满足预设条件，若不满足，则重复仿真模型构建单元和求解单元，重新设置座椅总成有限元模型的材料属性及其与假人模型之间的约束条件，再次求解计算；否则将该计算结果对应的汽车座椅舒适性仿真模型保存为最优的汽车座椅模型，完成汽车座椅的舒适性仿真优化。
在具体实施过程中，首先座椅总成建模单元301获取汽车座椅总成的三维数据，根据汽车座椅总成的三维数据，利用计算机辅助工程技术建立座椅总成有限元模型；仿真模型构建单元302设置座椅总成有限元模型的材料属性，将预设的假人模型与座椅总成有限元模型建立接触关系并设置约束条件，获取汽车座椅舒适性仿真模型；之后求解单元303利用求解器对汽车座椅舒适性仿真模型进行求解计算，获取计算结果；最后仿真优化单元304判断计算结果是否满足预设条件，若不满足，则重新设置座椅总成有限元模型的材料属性及其与假人模型之间的约束条件，再次求解计算；否则将该计算结果对应的汽车座椅舒适性仿真模型保存为最优的汽车座椅模型，完成汽车座椅的舒适性仿真优化；
本系统在建立座椅的有限元模型时，不仅考虑了座椅各个零件之间的连接关系，还加入了材料的拉伸和压缩特性曲线以及随应变率变化的特性曲线，能够较为真实的模拟实际过程，有效提升体压分布分析的精确度；同时，本系统基于计算机辅助工程技术进行建模，所提出的汽车座椅舒适性仿真模型能够对不同类型的汽车座椅舒适性进行仿真分析，能够同时对H点位置和体压分布特性进行全面优化，具有较强的稳定性，舒适性设计效果较好；另外，本系统简单便捷、高效准确，能够有效提高汽车座椅的设计效率和舒适性优化效果，同时还能够为多个汽车厂商提供不同的原型座椅，具有很强的实用价值。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种汽车座椅舒适性仿真优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取汽车座椅总成的三维数据，根据汽车座椅总成的三维数据，利用计算机辅助工程技术建立座椅总成有限元模型；
S2：设置座椅总成有限元模型的材料属性，将预设的假人模型与座椅总成有限元模型建立接触关系并设置约束条件，获取汽车座椅舒适性仿真模型；
S3：利用求解器对汽车座椅舒适性仿真模型进行求解计算，获取计算结果；
所述计算结果包括：假人模型的运动结果、H点坐标和汽车座椅的压力分布结果；
S4：判断计算结果是否满足预设条件，若不满足，则重复步骤S2～S3，重新设置座椅总成有限元模型的材料属性及其与假人模型之间的约束条件，再次求解计算；否则将该计算结果对应的汽车座椅舒适性仿真模型保存为最优的汽车座椅模型，完成汽车座椅的舒适性仿真优化。
2.根据权利要求1所述的一种汽车座椅舒适性仿真优化方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述汽车座椅总成包括：靠背、坐垫、弹簧、塑料片和骨架；
所述靠背和坐垫均包括面料和面料内部的泡沫，所述泡沫包括软泡沫和硬泡沫。
3.根据权利要求2所述的一种汽车座椅舒适性仿真优化方法，其特征在于，所述步骤S1中，根据汽车座椅总成的三维数据，利用计算机辅助工程技术建立座椅总成有限元模型的具体方法为：
根据汽车座椅总成的三维数据，利用HyperMesh软件分别对座椅总成中的各个零件进行建模，获取座椅总成有限元模型。
4.根据权利要求3所述的一种汽车座椅舒适性仿真优化方法，其特征在于，所述座椅总成有限元模型的类型为Pamcrash2G2010模型。
5.根据权利要求3或4所述的一种汽车座椅舒适性仿真优化方法，其特征在于，所述座椅总成有限元模型中，靠背和坐垫的面料均为四边形的壳单元，靠背和坐垫的泡沫均为四面体单元；弹簧为梁单元；塑料片为壳单元；骨架为四边形的壳单元；
所述座椅总成有限元模型满足以下条件：
座椅总成有限元模型中的靠背和坐垫均包括若干个方形网格，各网格的尺寸不小于4mm；
弹簧与靠背和坐垫的泡沫均无干涉；
泡沫与面料之间保留初始穿透。
6.根据权利要求5所述的一种汽车座椅舒适性仿真优化方法，其特征在于，所述步骤S2中设置座椅总成有限元模型的材料属性具体为：
分别设置靠背和坐垫的面料材料类型和泡沫材料类型；设置靠背和坐垫的泡沫在压缩和拉伸两个方向的应力应变曲线；设置靠背和坐垫的面料的拉伸和剪切性能参数、厚度以及纤维取向；
设置骨架和塑料片的材料类型和壁厚；设置弹簧的材料类型、密度、泊松比、弹性模量和弹簧直径。
7.根据权利要求6所述的一种汽车座椅舒适性仿真优化方法，其特征在于，所述座椅总成有限元模型中的各个零件的连接关系具体为：
骨架与地板刚性连接；弹簧与塑料板固定连接或铰接，弹簧与骨架可转动连接；靠背和坐垫中的泡沫与骨架之间为Tie连接，面料与骨架之间为J型夹连接；面料与泡沫之间为环形圈或拉带连接。
8.根据权利要求7所述的一种汽车座椅舒适性仿真优化方法，其特征在于，所述步骤S2中预设的假人模型具体为95％或50％假人H点三维人体模型；
将预设的假人模型与座椅总成有限元模型建立接触关系并设置约束条件具体为：
所述设置的约束条件具体为：调整假人模型坐姿，包括调整靠背角度、臀部角度、脚跟角度和脚跟点位置；固定假人模型的坐姿，调整假人模型的位置，使假人模型在水平和垂直方向上均与靠背和坐垫的面料无干涉；
设置接触厚度和摩擦系数，将固定好坐姿和位置的假人模型与座椅总成有限元模型建立面面接触关系。
9.根据权利要求7所述的一种汽车座椅舒适性仿真优化方法，其特征在于，所述步骤S4中的预设条件具体为：预设的假人模型运动轨迹、预设的H点精确坐标和预设的汽车座椅压力分布标准；
所述预设的汽车座椅压力分布标准具体为：
汽车座椅对假人模型的臀部、大腿中部、大腿前部和大腿侧翼各区域施加的最大应力、平均应力、应力变化率和质量占比。
10.一种汽车座椅舒适性仿真优化系统，应用权利要求1～9任意一条中所述的一种汽车座椅舒适性仿真优化方法，其特征在于，包括：
座椅总成建模单元：用于获取汽车座椅总成的三维数据，根据汽车座椅总成的三维数据，利用计算机辅助工程技术建立座椅总成有限元模型；
仿真模型构建单元：用于设置座椅总成有限元模型的材料属性，将预设的假人模型与座椅总成有限元模型建立接触关系并设置约束条件，获取汽车座椅舒适性仿真模型；
求解单元：用于利用求解器对汽车座椅舒适性仿真模型进行求解计算，获取计算结果；
所述计算结果包括：假人模型的运动结果、H点坐标和汽车座椅的压力分布结果；
仿真优化单元：用于判断计算结果是否满足预设条件，若不满足，则重复仿真模型构建单元和求解单元，重新设置座椅总成有限元模型的材料属性及其与假人模型之间的约束条件，再次求解计算；否则将该计算结果对应的汽车座椅舒适性仿真模型保存为最优的汽车座椅模型，完成汽车座椅的舒适性仿真优化。
Priority Applications (1)
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| CN202310603084.7A CN117094186A (zh) | 2023-05-25 | 2023-05-25 | 一种汽车座椅舒适性仿真优化方法和系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN117094186A true CN117094186A (zh) | 2023-11-21 |
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2023
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