汽车乘客座椅造型设计方法.doc

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1、汽车乘客座椅造型设计方法摘要：在进行汽车乘客座椅造型设计时，需考虑弯道行驶过程中人体和座椅间的压力分布。针对该问题，基于人体数据库导出的处于舒适坐姿的人体模型，利用Rhino软件的可视化编程插件Grasshopper及其物理模拟插件Kangaroo分别建立了人体和座椅的模拟弹性点网，并使两者在转向推力、重力和弯道约束的共同作用下，沿圆形弯道运动并相互挤压。记录点网在运动过程中的不同位置，将各位置中两点网间各点的距离转换为受压分布。研究发现：在运动姿态趋于平稳且速度达到最大时，受压分布情况稳定且特征明显。模

2、拟结果有助于设计人员快速定位问题，模拟中按比例获得的和受压分布相关的点集为设计人员进一步发挥创意提供了依据和参数化基础。关键词：汽车座椅；造型设计；弹性表面挤压模拟；体压分布；Kangaroo7学海无涯汽车乘客座椅造型设计方法摘要：在进行汽车乘客座椅造型设计时，需考虑弯道行驶过程中人体和座椅间的压力分布。针对该问题，基于人体数据库导出的处于舒适坐姿的人体模型，利用Rhino软件的可视化编程插件Grasshopper及其物理模拟插件Kangaroo分别建立了人体和座椅的模拟弹性点网，并使两者在转向推力、重力

3、和弯道约束的共同作用下，沿圆形弯道运动并相互挤压。记录点网在运动过程中的不同位置，将各位置中两点网间各点的距离转换为受压分布。研究发现：在运动姿态趋于平稳且速度达到最大时，受压分布情况稳定且特征明显。模拟结果有助于设计人员快速定位问题，模拟中按比例获得的和受压分布相关的点集为设计人员进一步发挥创意提供了依据和参数化基础。关键词：汽车座椅；造型设计；弹性表面挤压模拟；体压分布；Kangaroo7学海无涯汽车座椅设计涉及多方面因素，其中体压分布是重要的设计环节，是设计人员在对座椅进行造型设计过程中的重要参考因

4、素。在基于体压分布的相关汽车座椅研究中，陈双等［1］建立了汽车座椅坐垫非线性数学模型；李金柱等［2］利用H点测量装置作为假人，建立了体压仿真模型；高江华［3］建立了乘员坐垫系统垂向动力学模型；袁琼等［4］结合加速传感器分析了汽车行驶工况下的振动舒适性；龙江等［5］利用人工蜂群算法优化BP神经网络，建立了汽车座椅舒适性预测模型；肖燕等［6］利用虚拟人机系统仿真测试软件的生成姿态功能进行了特定汽车座椅环境下的舒适姿态预测。此外，在普通座椅体压分布方面，Reiko等［7］利用监测深度分析法研究了汽车座椅的体压分

5、布；Kim等［8］利用卷积神经网络设计了能监测坐姿的智能座椅；刘伟松等［9］结合问卷与体压测试分析法，针对个体差异进行了静态座面设计。上述研究为汽车座椅设计提供了多样化的方法与工具，较适合在汽车整体方案成形后将座椅舒适性与汽车设计相融合的过程中使用。如果对于弯道行驶与体压分布的考虑在造型概念设计阶段就开始介入，则可帮助设计人员明确设计方向，提升设计概念的可行性。为适应概念性设计过程中的大量发散性思维的情况，需要一种非真人测试的、能快速调整的简易模拟方法。Grasshopper是Rhino软件的可视化编程设

6、计插件，凭借可编译性、可视性及可扩展性成为应用广泛的参数化设计工具［10］，由设计人员负责创意想象，计算机负责迭代计算［11］。建筑设计人员利用Grasshopper对建筑及环境进行了相关分析。如文献［12］对风环境进行分析；文献［13］对日照和炫光进行分析并生成设计结果；文献［14］通过动态模拟优化建筑周边树木位置；文献［15］将建筑模型转换成结构分析模型。Kangaroo是Grasshopper的物理模拟插件［16］，文中利用该插件对汽车弯道运行过程中人体和座椅间的接触情况进行模拟，并根据模拟结果对乘

7、客座椅进行造型设计。1设计流程人体表面和座椅都是柔软非线性的，利用Kangaroo分别建立模拟人体和座椅的弹性表面，建立简易的弯道运行测试环境，使两个表面在变加速运动过程中相互挤压，模拟在移动过程中座椅与人体间的接触关系，并尝试将模拟结果直接用于造型设计。由于驾驶员座椅涉及驾驶操作等其他复杂因素，因此文中仅探讨非驾驶位独立乘客座椅的设计。建立弹性表面时，以点为单元，每个点只和相邻的点相关联，通过点网模拟物体特性，通过调整相邻点的关系调整物理特性。以数据库中已建立好的人体模型为基础，生成规律简单的弹性网格点

8、阵M1及用来模拟座椅基本包裹的弹性网格点阵M2。使M1和M2的空间位置关系近似为落座后人与座椅的空间位置关系，M1和M2间互不固定。使M1和M2沿指定的弯曲路径运动一段距离。监测M1和M2上每个点的运动，以判断两个点网的相互挤压情况，并转换为实时压力分布。点经设计人员按需求筛选后，可直接用于后续设计。设计流程如图1所示。研究过程需借助的CAD/CAE工具包括人机工程软件Jack、CAD建模软件Rhino、Rhino的参数化设计