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西安航空职业学院西安航空职业学院毕业论文毕业论文基于基于 PAM-comfort 软件的汽车座椅软件的汽车座椅 H 点仿真分析点仿真分析姓姓 名:名: 专专 业:业: 航空电子 班班 级:级: 完成日期:完成日期: 指导教师指导教师: 【摘要】汽车座椅设计过程中,H 点是重要的参考点,为了降低开发费用缩减开发周期,基于 PAM-comfort软件,建立了座椅的 H 点仿真模型并进行了验证。验证结果表明,仿真模型准确有效。在这基础上,进行了新项目座椅的仿真设计,选取了最合适的发泡特性,进行新项目座椅设计。关键词: 座椅 H 点 PAM-comfort 仿真分析1 1 前言前言汽车座椅系统是汽车的重要组成部分,它直接影响着车内乘员的安全性和舒适性。在 汽车设计之初,总布置就得依据法规及视野要求,确定座椅的乘坐基准点 R 点。该基准点是 建立乘员调节工具和尺寸的基本基准点,在理论上 H 点与 R 点一致;是汽车座椅上一个特定 和唯一的设计参考点;它被用来完成其他车辆关键尺寸的定位;是法规和国标中的重要参考 点1。以往的汽车座椅设计过程中,往往是确定了座椅型面和座椅骨架平台后,根据经验, 选取适当硬度和厚度的座椅发泡。在完成座椅首模件后,首先就进行 H 点的测试实验,当实 测 H 点的公差在 R12.5mm,躯干角度公差在3范围内时,认为设计的座椅是合理的,若误 差超过范围值,则根据实际结果调整发泡厚度和硬度等方式再次验证。 这种方法周期长,成本高,存在着试错的可能,在设计时无法保证能够设计出满足要求 的座椅。为了能够在设计初期就能够保证座椅的实际 H 点与理论 H 点吻合,缩减开发周期, 本文尝试以仿真分析的方法进行座椅的设计,在座椅型面和骨架确定后,输入不同的座椅发 泡参数,当仿真结果与理论结果吻合时,采用该座椅发泡进行实际座椅设计,将能够缩减开 发周期,降低开发费用。 2 2 PAM-comfortPAM-comfort 仿真分析介绍仿真分析介绍PAM-comfort 是法国 ESI 公司推出的样机数值模拟和制造工艺工程应用力学的仿真软件, 主要提供座椅的虚拟舒适性设计、制造仿真方案。采用仿真分析设计的方式,可以改善座椅 的开发工艺,减少座椅开发阶段的试错过程,改进座椅的质量和性能,缩减开发周期和费用。仿真过程使用某车型座椅模型,根据软件需求,可分别导入座椅面套、发泡、骨架等部 件。如图 1。图 1 座椅模型图 Cover-面套,padding-面套背附海绵,Foam-发泡,Suspension-弹性元件,Frame-骨架。座椅仿真模型大多数网格单元为壳单元,依据 CATIA 模型进行网格划分,模型要求如 下: 1.发泡模型,要求 A、B 面完整,要有与面套连接的类型、位置、长度;2.面套模型,要求面套分块信息明确; 3.骨架模型,要求能够体现细节特征,尤其是影响发泡形状及变形或加载后变形的零部件特 征必须明确。 网格要求: 骨架网格采用 5-10mm 的四边形壳网格;弹性元件采用 5mm 的梁单元,连接板采用 5mm 的四边形网格;发泡采用四面体网格最小尺寸要求在 6mm;面套采用 10mm 以上的四边形网格, 形状复杂处可减小单元尺寸,但最小尺寸为 5mm。 在软件中能够方便的导入座椅系统各个部件的材料属性,如座椅骨架材料属性,面套 材料属性,发泡材料属性等,并能够赋予各个部件间正确的连接方式。如图 2,即可以设置 面套和发泡间的 C 环连接方式2。图 2 面套和发泡的接触关系设置图 当座椅基本模型搭建完成后,可以导入 95%假人模型,进行 H 点的仿真分析。 本文采用某车型的座椅模型进行仿真分析,输入实际座椅各部件材料特性,导入 95%假 人进行虚拟分析。约束了 95%假人的两足跟点,仿真时间为 1200ms,仿真步长 100ms。仿真 结果如图 3:图 3 仿真结果图 3 3 座椅座椅 H H 点试验测试点试验测试 为验证仿真的准确性,进行了该车型座椅 H 点的实际测量试验,试验方法参考国标H 点和 R 点确定程序 ,进行了 12 组测试,试验结果如表 1,图 4: 表 1 H 点实测结果次数#1#2#3X/mm1304.21300.31302.31293.71301.71297.71296.11309.21302.7Z/mm409.1411.9410.5409.4413.4411.4414.6414.8414.7 次数#4#5#6X/mm1294.81295.81295.31292.71296.61294.71296.71306.51301.6Z/mm420.7414.8417.75417.5417417.25414.8416.7415.75 次数#7#8#9X/mm1310.81297.91304.41313.61297.41305.51298.31314.81306.6Z/mm414.9415.4415.15417.1415.9416.5411418.2414.6 次数#10#11#12X/mm1286.61302.91294.81293.51301.71297.61294.21297.81296Z/mm415.5420.3417.9418.7419.4419.05412.3412.8412.55 平均值/mmx=1299.9,z=415.3图 4 H 点实测试验结果 该车型设计初期,理论定义座椅 R 点值:x=1307,z=406.5。理论值与实测值的关系如表 2所示。 表 2 H 点理论值与实测值关系X/mmZ/mm 理论值1307406.5 实测平均值1299.9415.3 偏差7.1-8.8 H 点偏差在允许公差 R12.5mm 范围内,即实测值满足理论设计要求。 4 4 仿真与实测试验结果对比仿真与实测试验结果对比 仿真结果与实测试验结果对比如表 3: 表 3 仿真结果与实测试验结果对比X/mmZ/mm 仿真分析值1296.7407.9 实测平均值1299.9415.3 误差0.24%1.78% 可以看到仿真结果与实际试验结果误差在 5%以内,即认为仿真模型是准确的。 5 5 某新车型座椅设计仿真某新车型座椅设计仿真在上一节基础上,验证了仿真模型的准确性。当进行新车型座椅设计时,我们首先采用 仿真分析进行了座椅的发泡设计。仿真时,采用三组发泡特性曲线进行分析计算,发泡特性 曲线如图 5 所示: 图 5 发泡特性曲线图 对应三组不同发泡特性,进行了三组仿真分析,结果如图 6:图 6 不同发泡特性 H 点仿真分析结果 仿真与理论对比如表 4 所示 表 4 H 点仿真分析与理论值对比关系表X/mmZ/mm第一组仿真分析值2264.61358.27 第二组仿真分析值2266.63366.67 第三组仿真分析值2271.23374.7理论值2255380 第一组偏差/误差9.61/0.43%-21.73/5.72% 第二组偏差/误差11.63/0.51%-13.33/3.51% 第三组偏差/误差16.23/0.72%-5.3/0.24% 可以看到第二组篇差与 H 点公差允许范围最接近,误差值也在 5%以内。因此,可以预见, 采用该发泡特性进行座椅设计时,能够得到最接近理论 H 点值的汽车座椅。 结论结论本文的研究基于项目需求展开,研究目的在于建立一种基于座椅 H 点的汽车发泡特性的 正向数字化仿真分析与优化设计方法。当前的座椅设计,相当程度上为经验设计,缺乏概念 阶段的仿真手段,本文基于 PAM-comfort 建立了座椅 H 点分析模型,改变座椅发泡特性开展 仿真分析工作,并进行试验验证。最后采用仿真模型,对新项目设计初期座椅进行了仿真设 计开发,以期降低开发费用,缩减开发周期。参考文献:1钟柳华等.汽车座椅设计与制造M.北京:国防工业出版社,20152陈飞.考虑驾驶员体压分布的座椅乘坐舒适性研究D.吉林大学,2016致致 谢谢感谢我的同学和朋友,在我写论文的过程中给予我了很多素材,还在论文的撰写和排版 过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限,所写论文难免有不足之处,恳请各位老师 和学友批评和指正!
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