一种基于能量分布控制的汽车座椅设计方法、设备及介质与流程

本发明涉及汽车座椅设计领域，尤其涉及一种基于能量分布控制的汽车座椅设计方法、设备及介质。

背景技术：

汽车座椅是重要的汽车零部件，在汽车发生碰撞时能够有效的保护乘员的人身安全，减小乘员在碰撞过程中受到的伤害。随着汽车技术的不断发展和演变，智能化和轻量化成为近年来汽车技术发展的重要趋势，作为汽车重要的零部件，汽车座椅由于结构复杂，且涉及到安全、环保、nvh等多方面因素，导致汽车座椅的开发周期长，且涉及到试验项目较多，仅试验验证就占了相当长的时间。传统的汽车座椅设计过程中，将座椅骨架作为一个整体考虑，不能有效评估单个部件对座椅整体骨架冲击响应的影响，进而当试验出现问题后进行局部加强，会导致其他部件的失效风险增加以及不能有效控制整体骨架单个部件的失效风险，还会导致整个汽车座椅的设计周期较长。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于能量分布控制的汽车座椅设计方法，其能解决传统的汽车座椅设计过程中，将座椅骨架作为一个整体考虑，不能有效评估单个部件对座椅整体骨架冲击响应的影响，进而当试验出现问题后进行局部加强，会导致其他部件的失效风险增加以及不能有效控制整体骨架单个部件的失效风险，还会导致整个汽车座椅的设计周期较长的问题。

本发明的目的之二在于提供一种电子设备，其能解决传统的汽车座椅设计过程中，将座椅骨架作为一个整体考虑，不能有效评估单个部件对座椅整体骨架冲击响应的影响，进而当试验出现问题后进行局部加强，会导致其他部件的失效风险增加以及不能有效控制整体骨架单个部件的失效风险，还会导致整个汽车座椅的设计周期较长的问题。

本发明的目的之三在于提供一种计算机可读存储介质，其能解决传统的汽车座椅设计过程中，将座椅骨架作为一个整体考虑，不能有效评估单个部件对座椅整体骨架冲击响应的影响，进而当试验出现问题后进行局部加强，会导致其他部件的失效风险增加以及不能有效控制整体骨架单个部件的失效风险，还会导致整个汽车座椅的设计周期较长的问题。

本发明提供目的之一采用以下技术方案实现：

一种基于能量分布控制的汽车座椅设计方法，包括以下步骤：

s1、将预设的座椅模型依次进行划分处理、材料属性赋予处理、假人模型导入处理、约束处理以及属性配置处理，得到含有座椅模型和假人模型的座椅冲击有限元模型，所述座椅模型包括若干座椅部件；

s2、对所述座椅冲击有限元模型加载预设加速度曲线，利用预设有限元求解器对加在预设加速度曲线的有限元模型的能量进行计算，模拟车辆碰撞工况下预设座椅模型中若干座椅部件和假人模型之间的能量分布，得到座椅能量数据组，所述座椅能量数据组包括座椅总能量值及座椅部件能量值；

s3、提取所述座椅能量数据组中的座椅总能量值以及所有座椅部件能量值；

s4、判断所述座椅总能量值以及所述座椅部件能量值是否满足预设能量分布表，若是，执行步骤部件s6，若否，生成不满足座椅部件数据，并执行步骤s5；

s5、根据所述不满足座椅部件数据改进座椅模型中对应的座椅部件，将改进过的座椅模型重新作为预设的座椅模型，并继续执行步骤s1；

s6、判断座椅模型中的座椅部件是否失效，若是，则对已经失效的座椅部件进行改进，将改进后的座椅模型重新作为预设的座椅模型并返回执行步骤s1，若否，则将座椅模型作为合格座椅模型。

进一步地，所述步骤s1具体为：

划分处理，将预设的座椅模型进行总成划分，得到总成文件，对总成文件进行网格划分得到座椅有限元基础模型；

材料属性赋予处理，将座椅有限元基础模型进行边界条件设置，并对座椅有限元基础模型中不同的座椅部件赋予预设的材料属性，并建立座椅有限元基础模型中不同的座椅部件之间的接触对；

假人模型导入处理，将有限元假人模型按照预设位置数据放置在座椅有限元基础模型上；

约束处理，根据预设坐标数据，建立有限元假人模型与座椅有限元基础模型的约束系统；

属性配置处理，对形成约束系统的有限元假人模型与座椅有限元基础模型设置冲击曲线、模型控制卡片、模型数据输出，得到含有座椅模型和假人模型的座椅冲击有限元模型。

进一步地，所述预设位置数据包括但不仅限于h点坐标、靠背角度、足根点坐标、头部及各关节的旋转角度。

进一步地，所述约束系统包括车身地板、安全带下固定点、安全带上固定点、卷收器、安全带。

进一步地，在所述s4之前还包括设置预设能量分布表，设置若干不同的目标能量占比范围以及若干座椅部件名称，根据预设关联属性将座椅部件名称与目标能量占比范围进行相互关联，每个座椅部件名称与唯一的目标能量占比范围对应。

进一步地，所述判断所述座椅总能量值以及所述座椅部件能量值是否满足预设能量分布表具体为：根据座椅部件能量值和所述座椅总能量值计算出座椅部件能量占比值，判断座椅部件能量占比值是否满足能量分布表中对应的目标能量占比范围。

进一步地，所述座椅部件包括但不仅限于靠背上横梁、靠背下横梁、座垫侧板、座靠连接板、调角器、滑轨，所述座椅部件能量值包括靠背上横梁能量值、靠背下横梁能量值、座垫侧板能量值、座靠连接板能量值、调角器能量值、滑轨能量值，所述座椅部件名称包括靠背上横梁、靠背下横梁、座垫侧板、座靠连接板、调角器、滑轨。

进一步地，所述判断座椅模型中的座椅部件是否失效具体为：判断座椅模型中的座椅部件在冲击过程中有无撕裂或破坏风险。

本发明提供目的之二采用以下技术方案实现：

一种电子设备，包括：处理器；

存储器；以及程序，其中所述程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由处理器执行，所述程序包括用于执行本申请的一种基于能量分布控制的汽车座椅设计方法。

本发明提供目的之三采用以下技术方案实现：

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行本申请的一种基于能量分布控制的汽车座椅设计方法。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：本申请的一种基于能量分布控制的汽车座椅设计方法，包括建立座椅冲击有限元模型，模拟车辆碰撞工况下预设座椅模型中若干座椅部件和假人模型之间的能量分布，得到座椅能量数据组，提取座椅能量数据组中的座椅总能量值以及所有座椅部件能量值；判断座椅总能量值以及座椅部件能量值是否满足预设能量分布表，判断座椅模型中的座椅部件是否失效，计算座椅在碰撞时，每个座椅部件承受能量的值，根据每个座椅部件承受能量值来有效评估座椅整体骨架冲击响应的影响，以及判断每个座椅部件是否需要改进，通过对单个或目标明确的座椅部件进行设计改进，以达到设计要求，可一定程度上指导设计改进方向，减小座椅改进范围，一定程度上缩短了座椅开发周期，提升了产品竞争力。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的一种基于能量分布控制的汽车座椅设计方法的流程示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所示，本发明的一种基于能量分布控制的汽车座椅设计方法，包括以下步骤：

s1、建立有限元模型，将预设的座椅模型依次进行划分处理、材料属性赋予处理、假人模型导入处理、约束处理以及属性配置处理，得到含有座椅模型和假人模型的座椅冲击有限元模型，座椅模型包括若干座椅部件。具体为：

划分处理，通过catia软件(一个三维制图工具)预先设置的座椅模型，将预设的座椅模型进行总成划分，分别划分为座椅模型总成、座椅发泡总成以及塑料件总成，得到总成文件，将总成文件导入到有限元软件hypermesh(hypermesh软件是美国altair公司的产品，是世界领先的、功能强大的cae应用软件包，也是一个创新、开放的企业级cae平台)中进行网格划分，其中座椅模型的钣金件划分为壳单元类型网格，座椅发泡、塑料件划分为实体单元类型，得到座椅有限元基础模型，并通过网格质量检查、调整网格单元干涉、调整网格法向等方法，确保座椅有限元基础模型的可行性。

材料属性赋予处理，将座椅有限元基础模型进行边界条件设置，将座椅有限元基础模型导入到oasysprimer软件中计算并进行边界条件设置，边界条件设置包括但不仅限于模拟螺栓、模拟焊接的建立，给不同的座椅零件赋予预设的材料属性，并建立座椅模型各零件之间的接触对，保证座椅有限元模型的与实际物理模型尽可能接近。

假人模型导入处理，将有限元假人模型按照预设位置数据放置在座椅有限元基础模型上；通过oasysprimer软件中include功能，导入有限元假人模型，通过调整有限元假人模型的h点坐标、靠背角度、足根点坐标、头部及各关节的旋转角度，将有限元假人模型放置在已建立好的座椅有限元基础模型上。

约束处理，根据预设坐标数据，建立有限元假人模型与座椅有限元基础模型的约束系统；约束系统主要包括车身地板、安全带下固定点、安全带上固定点、卷收器、安全带，约束系统用来确保冲击过程中安全带成功的将假人约束在座椅上。

属性配置处理，对形成约束系统的有限元假人模型与座椅有限元基础模型设置冲击曲线、模型控制卡片、模型数据输出，得到含有座椅模型和假人模型的座椅冲击有限元模型，将建立完成的座椅冲击有限元模型导出为key形式文件。

s2、cae(computeraidedengineering)指工程设计中的计算机辅助工程)分析，对座椅冲击有限元模型加载预设加速度曲线，利用预设有限元求解器对加在预设加速度曲线的有限元模型的能量进行计算，本实施例中利用的预设有限元求解器为ls-dyna，ls-dyna是功能齐全的几何非线性(大位移、大转动和大应变)、材料非线性(140多种材料动态模型)和接触非线性(50多种)程序)，通过对有限元求解器类型选取、ncpu核数设置、memory设置从而对加在预设加速度曲线的有限元模型的能量进行计算，模拟车辆碰撞工况下预设座椅模型中若干座椅部件和假人模型之间的能量分布，得到座椅能量数据组，座椅能量数据组包括座椅总能量值及座椅部件能量值；

s3、提取各座椅部件能量值，提取座椅能量数据组中的座椅总能量值以及所有座椅部件能量值。

s4、能量值是否满足预设能量分布表，判断座椅总能量值以及座椅部件能量值是否满足预设能量分布表，若是，执行步骤部件s6，若否，生成不满足座椅部件数据，并执行步骤s5。在本实例中，在s4之前还包括设置预设能量分布表，设置若干不同的目标能量占比范围以及若干座椅部件名称，根据预设关联属性将座椅部件名称与目标能量占比范围进行相互关联，每个座椅部件名称与唯一的目标能量占比范围对应。判断座椅总能量值以及座椅部件能量值是否满足预设能量分布表具体为：根据座椅部件能量值和座椅总能量值计算出座椅部件能量占比值，判断座椅部件能量占比值是否满足能量分布表中对应的目标能量占比范围。本实施例中，座椅部件包括但不仅限于靠背上横梁、靠背下横梁、座垫侧板、座靠连接板、调角器、滑轨，座椅部件能量值包括靠背上横梁能量值、靠背下横梁能量值、座垫侧板能量值、座靠连接板能量值、调角器能量值、滑轨能量值，座椅部件名称包括靠背上横梁、靠背下横梁、座垫侧板、座靠连接板、调角器、滑轨。以下举例说明，例如下表1为将座椅部件能量值和座椅总能量值填入预设能量分布表后的预设能量分布表；

表1：填入能量值后的预设能量分布表

如表1所示，将靠背上横梁能量值、靠背下横梁能量值、座垫侧板能量值、座靠连接板能量值、调角器能量值、滑轨能量值分别进行编号(即用p1～p7表示)以及填充入预设能量分布表中，据表1可知座椅部件能量占比值包括靠背上横梁能量占比值、靠背下横梁能量占比值、座垫侧板能量占比值、座靠连接板能量占比值、调角器能量占比值、滑轨能量占比值，上述座椅部件能量占比值对应编号为c1～c7；目标能量占比范围包括靠背上横梁目标能量占比范围、靠背下横梁目标能量占比范围、座垫侧板目标能量占比范围、座靠连接板目标能量占比范围、调角器目标能量占比范围、滑轨目标能量占比范围(对应编号d1～d7)，判断c1～c7分别是否在d1～d7的范围之类，表1中的座椅总能量用b表示。上述的数值仅仅为了说明，并无实际参考意义。本实施例中，当不满足预设能量分布表时，生成不满足座椅部件数据，不满足座椅部件数据即包括不满足座椅名称和不满住因素，不满足因素为低于目标值或超出目标值，低于目标值即某一座椅部件对应的能量占比值低于对应的目标能量占比范围；高于目标值即某一座椅部件对应的能量占比值高于对应的目标能量占比范围。

s5、根据不满足座椅部件数据改进座椅模型中对应的座椅部件，当不满足因素为低于目标值时，说明该座椅部件吸能效果差，可以通过改进该座椅部件的结构，增加吸能效果；当不满足因素为高于目标值时，说明该部件吸能效果过好，可以通过改进该座椅部件的结构，降低吸能效果；将改进过的座椅模型重新作为预设的座椅模型，并继续执行步骤s1。

s6、座椅部件是否失效，判断座椅模型中的座椅部件是否失效，判断座椅模型中的座椅部件在冲击过程中是否有撕裂或破坏风险，若是，则对已经失效的座椅部件进行改进，将改进后的座椅模型重新作为预设的座椅模型并返回执行步骤s1，若否，则将座椅模型作为合格座椅模型。

本申请的一种基于能量分布控制的汽车座椅设计方法，包括建立座椅冲击有限元模型，模拟车辆碰撞工况下预设座椅模型中若干座椅部件和假人模型之间的能量分布，得到座椅能量数据组，提取座椅能量数据组中的座椅总能量值以及所有座椅部件能量值；判断座椅总能量值以及座椅部件能量值是否满足预设能量分布表，判断座椅模型中的座椅部件是否失效，计算座椅在碰撞时，每个座椅部件承受能量的值，根据每个座椅部件承受能量值来有效评估座椅整体骨架冲击响应的影响，以及判断每个座椅部件是否需要改进。有益效果为：1、通过设定了各碰撞工况下座椅系统各部件能量分布表，该表中座椅各部件能量占座椅系统总能量的比例值，可保证座椅系统性能满足设计目标的同时，座椅各部件能量变化均衡且稳定，具有较高的工程应用价值。2、在座椅部件结构设计阶段，通过对比座椅各部件的能量分布是否满足目标值，来指导座椅结构设计的改进方向。3、通过对单个或目标明确的几个座椅部件进行设计更改，以达到设计要求，可一定程度上指导设计改进方向，减小座椅改进范围，缩短了座椅开发周期，提升了产品竞争力。4、座椅各部件满足能量分布要求后，再对其失效风险进行判定，进一步明确改进部件，待其改进至无失效风险后，即可确定设计数据。5、可有效明确座椅设计数据和改进目标，可有效提升座椅设计开发工作效率，具有较高的工程应用价值。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。