一种驾驶座椅设计方法技术

本发明专利技术公开了一种驾驶座椅设计方法，属于汽车驾驶员座椅技术领域，解决现有座椅设计存在盲目，易导致多次设计修改的问题。包括根据海绵材料本构模型，通过非线性有限元建立海绵变形模型；通过坐姿压力分布测量和实验统计获取理想压力分布数据，建立理想压力分布模型；通过对目标人群人体数据统计分析，抽取用于座椅设计的样本点，并根据给定驾驶室布置参数和样本点，利用姿势预测模型确定舒适坐姿驾驶员人体，建立坐姿人体有限元模型；将理想压力分布模型映射到坐姿人体有限元模型的表面，根据非线性有限元仿真确定变形后坐姿人体模型表面；在变形后坐姿人体模型的表面上，补偿所述海绵的变形量，确定座椅海绵的型面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及汽车驾驶员座椅设计及舒适性
，更具体地涉及一种驾驶座椅设计方法。
技术介绍
驾驶座椅是重要的驾乘界面。座椅的座垫、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姿势。这种静态姿势的好坏，直接影响人体不同部位肌肉群的紧张度。良好的静态驾乘姿势，能够使人体重量合理地分布于座垫和靠背上，血液循环保持良好；减小脊椎的椎间盘压力，腰背肌肉松弛；人体上肢能够灵活地完成驾驶和其它活动。因此，座椅的设计直接关乎驾驶员的姿势及其舒适性。目前的座椅设计在确定海绵造型和匹配型面的时候多数是依赖经验先进行设计，在后期再根据压力分布和主观评价进行评价与改进，通过需常通过多次改进和优化才能够保证具有理想的压力分布，因而存在很大的盲目性；除了设计盲目性之外，为了配合不同级别车型，也常常需要更换造型和海绵材料(厂家通常称为发泡)，在更换造型和座椅材料时依然需要依靠经验进行，进一步增加了设计更改次数；在座椅舒适性设计时常常不能充分考虑海绵材料特性对座椅舒适性、尤其是压力分布的影响。较软的座椅能够增加人体和座椅的接触面积，减小接触区域的压强，使人感到舒适，但较软的座椅则无法充分发挥座椅的支撑作用，不利于人体的调节；较硬的座椅能够给人体提供足够的支撑，但海绵过硬会增加人体和座椅之间的压强，使人体产生不舒适感。目前在座椅舒适性设计时需要综合考虑理想压力分布以及海绵的材料特性。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种驾驶座椅设计方法，用以解决现有技术中存在座椅设计盲目，导致设计多次修改，且设计时难以综合考虑压力分布以及海绵材料特性的问题。本专利技术实施例提供一种驾驶座椅设计方法，包括：根据海绵材料本构模型，通过非线性有限元仿真建立海绵变形模型，其中，所述海绵变形模型至少包括以下参数：海绵的变形量，海绵的厚度和海绵承受的压力；通过坐姿压力分布测量和实验统计获取理想压力分布数据，根据所述理想压力分布数据建立理想压力分布模型；通过对目标人群人体数据统计分析，抽取用于座椅设计的样本点，并根据给定驾驶室布置参数和所述样本点，利用姿势预测模型确定舒适坐姿驾驶员人体，建立坐姿人体有限元模型；将所述理想压力分布模型映射到所述坐姿人体有限元模型的表面，根据所述非线性有限元仿真确定变形后坐姿人体模型表面；在所述变形后坐姿人体模型的表面上，补偿所述海绵的变形量，确定座椅海绵的型面。优选地，所述理想压力分布模型为满足不同身材驾驶员舒适乘坐的人、椅间压力分布数据，以矩阵形式表达。优选地，所述通过对目标人群人体数据统计分析，抽取用于座椅设计的样本点包括：通过对所述目标人群人体数据均值、协方差矩阵统计分析，抽取用于座椅设计的样本点，所述样本点为人体尺度参数。优选地，还包括：根据所述理想压力分布和座椅海绵变形的数学模型，计算海绵的变形量。优选地，所述变形后坐姿人体模型表面为曲面形状。本专利技术实施例提供一种驾驶座椅设计方法，包括：根据海绵材料本构模型，通过非线性有限元仿真建立海绵变形模型，其中，所述海绵变形模型至少包括以下参数：海绵的变形量，海绵的厚度和海绵承受的压力；通过坐姿压力分布测量和实验统计获取理想压力分布数据，根据所述理想压力分布数据建立理想压力分布模型；通过对目标人群人体数据统计分析，抽取用于座椅设计的样本点，并根据给定驾驶室布置参数和所述样本点，利用姿势预测模型确定舒适坐姿驾驶员人体，建立坐姿人体有限元模型；将所述理想压力分布模型映射到所述坐姿人体有限元模型的表面，根据所述非线性有限元仿真确定变形后坐姿人体模型表面；在所述变形后坐姿人体模型的表面上，补偿所述海绵的变形量，确定座椅海绵的型面。上述方法中，通过建立理想压力分布模型，将理想压力分布映射到坐姿人体模型表面，获取与坐姿人体模型表面不同接触区域压强，确定坐姿人体模型表面轮廓，并在此基础上结合海绵变形模型，建立海绵型面。该方法在设计座椅时，将压力分布和海绵材料特性考虑在内，并以建立的坐姿人体模型以及不同车型、不同车座参数的座椅为数据，确定该方法设计的座椅，能够面向不同人群、不同车型。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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为本专利技术实施例提供的一种座椅设计方法流程示意图；图2A为本专利技术实施例提供的座垫接触区域的理想压力分布模型示意图；图2B为本专利技术实施例提供的靠背接触区域的理想压力分布模型示意图；图3为本专利技术实施例提提供的影射理想压力分布后的人体坐姿模型；图4为本专利技术实施例一提供的对人体有限元模型表面划分为不同接触区域的示意图；图5A～图5D为本专利技术实施例一提供的背部接触区域座椅型面示意图；图5E～图5H为本专利技术实施例一提供的座垫接触区域座椅型面示意图；图6为本专利技术实施例一提供的座椅模型示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术实施例中，涉及的术语包括以下：人体数据：人体的尺寸，例如人体的手长、臂长等数据。人体尺度参数：用来描述人体的一些参数，例如身高、体重和坐高等。驾驶室布置参数：用来区分(描述)驾驶室的相关参数，(不同的驾驶室布置参数可以用来描述不同的驾驶室)例如，座椅高度、踏板参数、转向盘参数等。姿势预测模型：是为了确定驾驶姿势的一种数学模型，输入参数包含人体尺度参数和驾驶室布置参数。所确定的驾驶姿势就是舒适的坐姿。舒适坐姿驾驶员人体：处于较为舒适姿势下的驾驶员人体。该姿势通过驾驶姿势预测模型计算得到。理想压力分布模型是对理想压力分布的一种数学描述，理想压力分布相当于一种最直接的表达形式，实现的时候可以通过理想压力分布模型来实现。海绵变形数学模型包含变形量、压强(压力)和厚度，根据理想压力分布可以确定理想压力，因此在确定厚度的基础上，就可以计算得到变形量。海绵变形量是通过海绵变形数学模型计算得到的。变形后的座椅海绵形状，就相当于与之接触的变形后坐姿人体模型表面。因此在变形后坐姿人体模型表面的基础上，再加上海绵变形量就可以得到变形前座椅海绵表面。图1示例性的示出了本专利技术实施例提供的一种座椅设计的方法流程示意图，该方法至少可以应用于汽车驾驶座椅设计中。如图1所示，本专利技术实施例提供的一种座椅设计方法包括以下步骤：步骤101，根据海绵材料本构模型，通过非线性有限元仿真建立海绵变形模型，其中，所述海绵变形模型至少包括以下参数：海绵的变形量，海绵的厚度和海绵承受的压力；步骤102，通过坐姿压力分布测量和实验统计获取理想压力分布数据，根据所述理想压力分布数据建立理想压力分布模型；步骤103，通过对目标人群人体数据统计分析，抽取用于座椅设计的样本点，并根据给定驾驶室布置参数和所述样本点，利用姿势预测模型确定舒适坐姿驾驶员人体，建立坐姿人体有限元模型；步骤104，将所述理想压力分布模型映射到所述坐姿人体有限元模型的表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驾驶座椅设计方法，其特征在于，包括：根据海绵材料本构模型，通过非线性有限元仿真建立海绵变形模型，其中，所述海绵变形模型参数至少包括海绵的变形量；通过坐姿压力分布测量和实验统计获取理想压力分布数据，根据所述理想压力分布数据建立理想压力分布模型；通过对目标人群人体数据统计分析，抽取用于座椅设计的样本点，并根据给定驾驶室布置参数和所述样本点，利用姿势预测模型确定舒适坐姿驾驶员人体，建立坐姿人体有限元模型；将所述理想压力分布模型映射到所述坐姿人体有限元模型的表面，根据所述非线性有限元仿真确定变形后坐姿人体模型表面；在所述变形后坐姿人体模型的表面上，补偿所述海绵的变形量，确定座椅海绵的型面。

【技术特征摘要】
1.一种驾驶座椅设计方法，其特征在于，包括：根据海绵材料本构模型，通过非线性有限元仿真建立海绵变形模型，其中，所述海绵变形模型参数至少包括海绵的变形量；通过坐姿压力分布测量和实验统计获取理想压力分布数据，根据所述理想压力分布数据建立理想压力分布模型；通过对目标人群人体数据统计分析，抽取用于座椅设计的样本点，并根据给定驾驶室布置参数和所述样本点，利用姿势预测模型确定舒适坐姿驾驶员人体，建立坐姿人体有限元模型；将所述理想压力分布模型映射到所述坐姿人体有限元模型的表面，根据所述非线性有限元仿真确定变形后坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：任金东，刘洪浩，陈俊豪，余晓枝，刘群，张苗莉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22