基于压力分布的座椅舒适性设计方法研究

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1、———————————————————————————————基于压力分布的座椅舒适性设计方法研究———————————————————————————————ResearchonMethodologyofSeatComfortDesignBasedonBodyPressureDistribution作者姓名：刘涛领域（方向）：汽车人机工程学指导教师：任金东副教授类别：工程硕士答辩日期：2015531年月日摘要基于压力分布的座椅舒适性设计方法研究汽车座椅作为驾驶员与汽车接触最频繁的部件，其舒适性不仅影响到汽车的产品竞争力，而且对乘员身体健康以及行车安全都

2、有重要影响。乘员与座椅之间的压力分布可以解释座椅造型、几何尺寸及材料性能对座椅舒适性的影响。由于人体各部位对压力的承受能力不同，压力过高或者过低都会使乘员感到不舒适。借助座椅压力分布，研究人员可以了解到乘员各部位所承受的压力，从而指导座椅舒适性设计。因此众多学者以及厂商通过座椅上的压力分布对座椅舒适性进行研究。通常采用主观评价试验和压力分布仿真实验来研究座椅舒适性。志愿者对座椅舒适度的主观感受是座椅舒适度最直接的反映，研究人员可以了解到座椅是否舒适；压力分布仿真实验则利用座椅和人体有限元模型获取座椅上的压力分布数据。与主观评价试验相比，仿真实验成本小、周

3、期短，并且基本不受到客观因素的影响，但是其实验结果必须参照主观评价试验结果才能够对影响座椅舒适性的因素进行解释说明。结合课题组目前所具备的试验条件，本文采用仿真实验作为研究座椅舒适性的主要方法。压力分布仿真实验如要获得准确的实验结果，有以下两个难点需要注意：第一，有限元模型要能够尽可能反映人体和座椅的特性，包括力学特性和外表轮廓特性。本文利用人体尺寸库和主成分分析法预测边缘人体的关键尺寸，以人体点云数据为基础，通过逆向工程建立了详细的人体模型，同时结合CPM模型对驾驶员几何模型的姿势进行调整，在此基础上建立驾驶员全身有限元模型；本文以一款驾驶员座椅为基础

4、，提取座椅造型的特征点和特征线，以此为基础进行座椅参数化建模，最终得到有限元模型。第二，有限元模型的材料属性、仿真实验的边界条件和加载方式则关系到仿真计算的收敛速度和结果的准确性。本文根据驾驶员落座的真实情况并参考众多学者的研究成果进行设置，以保证仿真实验能够顺利进行并得到准确结果。本文首先进行了H点测量装置仿真实验，用以研究能否通过仿真实验利用H点测量装置测量座椅的基本参数。然后通过压力分布仿真实验研究海绵厚度、座椅腰托以及座垫角、靠背角对座椅舒适性的影响。本文利用压力分布指标分析实验结果，压力I分布指标主要包括最大压强、接触面积、座面剪力、人体软组织

5、应力等，同时还定义了4个座椅切平面，通过4个切平面上的压强分布曲线来分析以上因素对座椅舒适性的影响。实验结果表明，以上因素对座椅舒适性的影响都可以通过压力分布的变化进行解释。通过比较多个座椅舒适度模型的优缺点，提出一种新的座椅舒适度模型。该模型考虑了人体不同部位对压力的承受能力，以座椅压力分布数据为基础，使用局部平滑和归一化等数据处理方法对实验结果进行处理，以座椅压力分布模式与理想压力分布模式之间的差异程度作为评价标准，利用层次分析法建立座椅舒适度模型。根据不同的座椅布置参数，本文共设计了9组压力分布仿真实验，利用实验结果评价座椅的舒适度，结果表明本文所

6、建立的座椅舒适度模型能够较为准确地评价座椅舒适度。关键词：压力分布，座椅舒适性，评价，腰托IIABSTRACTResearchonMethodologyofSeatComfortDesignBasedonBodyPressureDistributionSeatisoneofthemostimportantautomobilepartswhichcontactfrequentlywithpassenger.Theseatcomfortnotonlyaffectstheautomobile’scompetitivenessbutalsohasanimport

7、antinfluenceonpassenger’shealthanddrivingsafety.Theappearanceoftheseat,geometricsize,mechanicalfunctionandthecharacteristicsofmechanicsofmaterialshaveimportantinfluencesonseatcomfort,andtheinfluencesofabovefactorsontheseatcomfortcanbeexplainedbytheBPD(BodyPressureDistribution)bet

8、weenseatandpassenger.Differentpartsofhum