一種用于測量座椅仿真模型h點(diǎn)的加載方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法，為克服只能在座椅試制出來后才可以測量座椅H點(diǎn)，無法在座椅仿真模型中測準(zhǔn)H點(diǎn)的問題；步驟為：1.自身重力加載：將只帶有小腿配重塊的H點(diǎn)測量儀在重力方向加載，使H點(diǎn)測量儀在重力作用下平穩(wěn)地下落到座椅模型上，加載時間區(qū)間是0～1.2秒；2.施加水平載荷：在低處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置(24)施加水平載荷為56～76N，沿著T型架(13)方向；3.施加大腿載荷：加載在兩大腿配重塊座(8)上，時間區(qū)間是0.3～1.2秒；4.第2次施加水平載荷；5.施加臀部軀干載荷；6.第3次施加水平載荷；7.施加胸部載荷；8.第4次施加水平載荷；9.座椅H點(diǎn)數(shù)據(jù)提取。
【專利說明】
一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種加載方法，更確切地說，本發(fā)明涉及一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法
【背景技術(shù)】
[0002]H點(diǎn)是汽車設(shè)計參考點(diǎn)，R點(diǎn)就是座椅設(shè)計參考點(diǎn)，理論上R點(diǎn)和H點(diǎn)是重合的，實(shí)際上做到重合很難。H點(diǎn)是指二維人體模型或者三維人體樣板中人體大腿和軀干的連接點(diǎn)，也稱跨點(diǎn)(Hip Point)，在人體模版中為髖關(guān)節(jié)。在H點(diǎn)測量裝置上，體現(xiàn)為大腿與軀干相連軸的中心線，考慮到測量的誤差，實(shí)際上是由一系列點(diǎn)的組成，H點(diǎn)是一個平行四邊形的運(yùn)動范圍，因?yàn)榍芭抛我话闶强梢哉{(diào)節(jié)的，H點(diǎn)通常是可以變動的，不同的座椅調(diào)節(jié)和不同的百分位假人測量會有不同的H點(diǎn)與之對應(yīng)，當(dāng)H點(diǎn)處于最后且最下位置時，只有在最后和最下位置時才與R點(diǎn)重合，H點(diǎn)在作為人體定位基準(zhǔn)點(diǎn)，在汽車車身設(shè)計或駕駛室內(nèi)部人機(jī)工程界面的確定過程中有至關(guān)重要的作用。H點(diǎn)是廣義的R點(diǎn)，R點(diǎn)一定在確定的H點(diǎn)軌跡上。通常情況下，汽車總布置會通過軸距參數(shù)，先確認(rèn)假人位置，此時的座椅位置已經(jīng)確定，就是說座椅的基準(zhǔn)點(diǎn)R點(diǎn)已經(jīng)確定，此后，在座椅作動時假人隨之出現(xiàn)位置變化，H點(diǎn)就隨著移動，H點(diǎn)是假人上的點(diǎn)。R點(diǎn)是座椅在車體坐標(biāo)上被分配的一個位置基準(zhǔn)點(diǎn)。
[0003]H點(diǎn)三維人體模型用于確定汽車車身中真實(shí)H點(diǎn)的位置，這一方法已經(jīng)比較成熟，被許多國家汽車設(shè)計部門采用。也制定了相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 6549。后來我國也制定了相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11563-89《汽車H點(diǎn)確定程序》和GB/T 11559-89《汽車室內(nèi)尺寸測量用三維H點(diǎn)裝置》。汽車廠商在新車型開發(fā)過程中如果能夠在較早階段確定汽車車身的H點(diǎn)位置，將會提高設(shè)計的合理性和縮短新車型項(xiàng)目的上市日期。汽車的實(shí)際H點(diǎn)是指H點(diǎn)三維人體模型按照規(guī)定步驟安放在汽車座椅中時，人體模型上左右兩H點(diǎn)標(biāo)記連線的中間位置。它表示汽車駕駛員或乘員以正常的駕駛姿態(tài)或乘員入座后胯骨關(guān)節(jié)在車身中的中點(diǎn)位置。汽車的實(shí)際H點(diǎn)在汽車總布置中有很重要的意義:汽車駕駛員或者乘員以正常姿勢入座后，體重的大部分將通過臀部由座墊來承受，另一部分通過人體背部由靠背來支撐，而只有很少的部分通過雙腳的踵部作用于地板。在特定狀態(tài)下，汽車駕駛員操作時身軀往往是繞著實(shí)際H點(diǎn)的橫向水平軸線活動的。因此，實(shí)際H點(diǎn)在汽車車身內(nèi)的位置決定著駕駛員操作時的舒適性和方便性，它以成為車身內(nèi)部尺寸標(biāo)注中的一個基準(zhǔn)參考點(diǎn)。H點(diǎn)三維人體模型除了用來確定汽車的實(shí)際H點(diǎn)外，還可以用來檢驗(yàn)汽車座椅設(shè)計的合理性。由于乘員入座時，踝關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)，身體和大腿之間都有合理的舒適性角度范圍。而將H點(diǎn)三維人體模型按照規(guī)定要求放入汽車座椅后便可以讀出各個角度的合理范圍，根據(jù)角度的合理性檢驗(yàn)座椅設(shè)計合理性。
[0004]對于座椅設(shè)計多數(shù)按照設(shè)計-修改-再設(shè)計的過程重復(fù)進(jìn)行，這個過程要求很多測試在座椅原型基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，修改過程浪費(fèi)大量時間和開發(fā)資源，由于CAE技術(shù)的迅速崛起，在座椅設(shè)計過程中盡早引進(jìn)基于座椅設(shè)計的仿真技術(shù)來預(yù)測座椅舒適性可以極大減少資金和時間的投入。在座椅設(shè)計階段可以借助于有限元仿真技術(shù)獲取座椅準(zhǔn)確的H點(diǎn)數(shù)據(jù)為座椅改進(jìn)設(shè)計提供可靠的依據(jù)。當(dāng)前座椅H點(diǎn)的測量主要依靠SAE J826規(guī)范來指導(dǎo)H點(diǎn)測量儀在座椅上的操作步驟，在座椅開發(fā)階段需要進(jìn)行多個原型座椅開發(fā)以及后來的在此基礎(chǔ)上的改進(jìn)，這個過程基本都是手工打造，而且打造過程與理論座椅原型有一定差距，這個過程浪費(fèi)時間和研發(fā)資源，因此能夠在虛擬座椅模型基礎(chǔ)上獲得準(zhǔn)確的H點(diǎn)數(shù)據(jù)是眾多座椅廠商需要克服的一個難題，目前還沒有一套合理的H點(diǎn)加載方法來獲取有限元座椅的H點(diǎn)準(zhǔn)確數(shù)值。當(dāng)前國內(nèi)已發(fā)表文獻(xiàn)中對于有限元座椅模型的H點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)測量較準(zhǔn)確的是H點(diǎn)的豎直方向坐標(biāo)(Z方向)，對于H點(diǎn)的汽車行駛方向(X方向)坐標(biāo)沒有提及，而座椅H點(diǎn)垂直于行駛方向的方向上(Y方向)只與最初的擺放位置有關(guān)，與重力加載過程無關(guān)。因?yàn)镾AE J826規(guī)范指導(dǎo)屬于對實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)過程，在操作擺放H點(diǎn)測量儀時，每個過程中對假人的位置和狀態(tài)有很多主觀因素需要合理的判斷，尤其是H點(diǎn)測量儀的水平載荷加載時間和截止時間的確定，是仿真軟件很難做到的。
[0005]目前基本通過試驗(yàn)獲取座椅H點(diǎn)，獲取H點(diǎn)的試驗(yàn)步驟按照SAEJ826指導(dǎo)來進(jìn)行。而且這項(xiàng)規(guī)范是針對真實(shí)座椅模型來進(jìn)行獲取H點(diǎn)的。座椅的H點(diǎn)設(shè)計是否合理只有在座椅實(shí)體模型制造出來之后才可以進(jìn)行測量，打造一款原型座椅耗費(fèi)大量時間和資源，當(dāng)前CAE技術(shù)的廣泛應(yīng)用，如果能合理應(yīng)用CAE技術(shù)在座椅設(shè)計階段就開展座椅H點(diǎn)的獲取，對處于設(shè)計階段的座椅進(jìn)行驗(yàn)證，使座椅數(shù)據(jù)模型代替座椅實(shí)體模型，這將會極大地提高工作效率，同時也可以創(chuàng)造出更多的原型座椅以供廠商選擇。當(dāng)前還沒有合理的虛擬加載方法來模擬真實(shí)的座椅H點(diǎn)試驗(yàn)，對于真實(shí)加載過程的質(zhì)量塊加載順序和水平載荷的加載順序以及各個階段的加載時間地合理確定是難點(diǎn)。通過本文的加載方法可以將真實(shí)地H點(diǎn)測量儀測量座椅H點(diǎn)的過程合理地再現(xiàn)，通過自己改進(jìn)的H點(diǎn)測量儀與獨(dú)特的加載方法可以解決當(dāng)前座椅數(shù)字化模型不能測準(zhǔn)H點(diǎn)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的當(dāng)前只能在座椅試制出來后才可以測量座椅H點(diǎn)，無法在座椅仿真模型中測準(zhǔn)H點(diǎn)的問題，提供了一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法的步驟如下:
[0008]1.自身重力加載
[0009]將只帶有小腿配重塊的H點(diǎn)測量儀在重力方向加載，使H點(diǎn)測量儀在重力作用下平穩(wěn)地下落到所用座椅模型上，加載時間區(qū)間是O?1.2秒；
[0010]2.施加水平載荷
[0011]在低處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置施加水平載荷為56?76N，加載方向?yàn)檠刂鳷型架并指向H點(diǎn)測量儀背板I方向，加載時間區(qū)間為O?0.3秒；
[0012]3.施加大腿載荷
[0013]施加大腿配重塊，即施加H點(diǎn)測量儀的大腿處的配重塊的等效重力，左右各處重力的大小為33.32N，方向?yàn)橹亓Ψ较?，均勻施加在兩個大腿配重塊座，施加的時間區(qū)間是0.3?1.2秒；
[0014]4.第2次施加水平載荷
[0015]在低處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置處施加90?IlON的力，持續(xù)時間為0.3s，加載方向?yàn)檠刂鳷型架并指向H點(diǎn)測量儀背板I方向，加載時間區(qū)間是0.3?0.6秒；
[0016]5.施加臀部軀干載荷
[0017]施加臀部軀干配重塊，左右各一個等效重力為38.22N均勻施加在H點(diǎn)配重塊懸架兩側(cè)水平桿位置處，方向?yàn)橹亓Ψ较颍虞d時間區(qū)間是0.6?1.2秒；
[0018]6.第3次施加水平載荷
[0019]在高處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置25處施加56?76N的力，加載方向沿著T型架并指向H點(diǎn)測量儀背板I方向，加載時間區(qū)間是0.6?0.9秒；
[0020]7.施加胸部載荷
[0021 ]施加胸部配重塊，施加胸部配重塊共32kg，轉(zhuǎn)化為等效重力為313.6N，左右各分為156.8N，均勻施加在軀干配重塊懸架上，方向?yàn)橹亓Ψ较?，加載時間區(qū)間是0.9?1.2秒；
[0022]8.第4次施加水平載荷
[0023]在高處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置(25)施加水平載荷56?76N，加載方向沿著T型架并指向H點(diǎn)測量儀背板I方向，加載時間區(qū)間是0.9?1.2秒；
[0024]9.座椅H點(diǎn)數(shù)據(jù)提取
[0025]應(yīng)用有限元仿真軟件如Ls-Dyna對應(yīng)用上述加載方法的H點(diǎn)測量儀的加載過程進(jìn)行仿真計算，計算結(jié)束后應(yīng)用有限元仿真后處理軟件如Ls-Dyna對輸出文件進(jìn)行結(jié)果提取，查看仿真動畫中H點(diǎn)測量儀的運(yùn)動過程與實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中H點(diǎn)測量儀的運(yùn)動過程是否一致，查看結(jié)果輸出文件中座椅與H點(diǎn)測量儀之間的接觸力與人體和座椅間的壓力經(jīng)驗(yàn)值是否一致;在確認(rèn)以上兩個過程都符合要求的情況下，在此基礎(chǔ)上查找輸出文件中nodout文件即座椅仿真模型H點(diǎn)輸出文件，應(yīng)用HyperGraph等繪圖工具分別繪制H點(diǎn)三維坐標(biāo)隨時間的變化圖，三個坐標(biāo)方向的坐標(biāo)數(shù)據(jù)最終穩(wěn)定值就是所測的座椅仿真模型H點(diǎn)。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是:
[0027]1.本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法可以在座椅設(shè)計階段對座椅的仿真模型及有限元模型進(jìn)行檢驗(yàn)，檢查設(shè)計的座椅H點(diǎn)是否符合設(shè)計要求，還可以對設(shè)計階段的座椅的基本數(shù)據(jù)座椅靠背角，座墊靠背角，座椅靠背和座墊寬度等數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單地預(yù)測。
[0028]2.本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法在座椅仿真模型階段引入H點(diǎn)測量儀的虛擬加載方法，可以在座椅廠家不生產(chǎn)出座椅實(shí)際模型前提下就對座椅進(jìn)行驗(yàn)證，為座椅廠商節(jié)省大量的時間和資源，同時還可以鼓勵座椅廠商進(jìn)行更多的座椅創(chuàng)新設(shè)計，座椅廠商可以提供更好地滿足客戶需求的設(shè)計。
[0029]3.本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法在座椅處于設(shè)計階段即可驗(yàn)證所設(shè)計的座椅數(shù)字化模型是否滿足設(shè)計要求，在驗(yàn)證座椅模型H點(diǎn)基礎(chǔ)上，為座椅設(shè)計階段引入更多的CAE技術(shù)奠定基礎(chǔ)。
[0030]4.本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法具有成本低，測量精度高等特點(diǎn)，適用于大部分有限元座椅模型，未來的應(yīng)用前景廣闊。
[0031]5.本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法不局限于某款有限元仿真軟件，只要按照本發(fā)明加載方法并適當(dāng)調(diào)整參數(shù)都可適用。
【附圖說明】
[0032]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明:
[0033]圖1為本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法中所采用的實(shí)際的H點(diǎn)測量儀結(jié)構(gòu)組成的軸測投影視圖；
[0034]圖2為本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法中所采用的實(shí)際的H點(diǎn)測量儀加載狀態(tài)結(jié)構(gòu)組成的軸測投影視圖；
[0035]圖3為本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法中所采用的H點(diǎn)測量儀模型在軟件中的軸測投影視圖；
[0036]圖4為本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法中H點(diǎn)測量儀小腿配重塊等效加載位置；
[0037]圖5為本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法中H點(diǎn)測量儀大腿配重塊等效加載位置；
[0038]圖6為本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法中H點(diǎn)測量儀臀部配重塊等效加載位置；
[0039]圖7為本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法中H點(diǎn)測量儀軀干配重塊等效加載位置；
[0040]圖8-a是本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法在某款座椅模型上進(jìn)行驗(yàn)證的仿真結(jié)果曲線即H點(diǎn)坐標(biāo)在X方向隨時間運(yùn)動曲線圖，橫軸代表時間、單位是秒，縱軸是X向坐標(biāo)數(shù)值，單位是毫米，X向H點(diǎn)初始值是1360毫米，X向H點(diǎn)最終結(jié)果是1394毫米；
[0041]圖8-b是本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法在某款座椅模型上進(jìn)行驗(yàn)證的仿真結(jié)果曲線即H點(diǎn)坐標(biāo)Y方向隨時間運(yùn)動曲線圖，橫軸代表時間、單位是秒，縱軸是Y向坐標(biāo)數(shù)值、單位是毫米，Y向H點(diǎn)初始值是371毫米，Y向H點(diǎn)最終結(jié)果是371毫米；
[0042]圖8-c是本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法在某款座椅模型上進(jìn)行驗(yàn)證的仿真結(jié)果曲線即H點(diǎn)坐標(biāo)Z方向隨時間運(yùn)動曲線圖，橫軸代表時間、單位是秒，縱軸是Z向坐標(biāo)數(shù)值、單位是毫米，Z向H點(diǎn)初始值是224毫米，Z向H點(diǎn)最終結(jié)果是179毫米；
圖9是本發(fā)明所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法的流程框圖；
[0043]圖中:1.背板，2.軀干配重塊懸架，3.軀干角水平儀，4.軀干量角器，5.臀部量角器，6.H點(diǎn)支軸，7.座板，8大腿配重塊座，9.小腿配重塊座，10.腳踝角量角器，11.腳，12.小腿，13.T型架，14.膝部角量角器，15.大腿桿，16.座板水平儀，17.H點(diǎn)配重塊懸架，18.H點(diǎn)標(biāo)記鈕，19.側(cè)面量角器，20.頭部空間探測桿，21.臀部軀干配重塊，22.大腿配重塊，23.小腿配重塊，24.低處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置，25.高處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置，A.H點(diǎn)測量儀小腿長度尺寸，B.H點(diǎn)測量儀大腿長度尺寸，C.H點(diǎn)測量儀背板寬度方向尺寸，D.H點(diǎn)測量儀座板寬度方向尺寸。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的描述:
[0045]參閱圖1，本發(fā)明所應(yīng)用的H點(diǎn)測量儀模型是在真實(shí)的H點(diǎn)測量儀基礎(chǔ)上，按照軟件仿真過程的可行性進(jìn)行合理簡化，根據(jù)GB/T 11563—1995《汽車H點(diǎn)確定程序》和SAE J826規(guī)范制定合理的加載步驟和設(shè)定具體的載荷加載時間，在此基礎(chǔ)上本發(fā)明實(shí)現(xiàn)在軟件環(huán)境下對座椅仿真模型進(jìn)行H點(diǎn)的測量。
[0046]參閱圖1，人體測量的數(shù)據(jù)常以百分位數(shù)來表示人體尺寸的等級，百分位數(shù)是一種位置指標(biāo)，一個百分位數(shù)將總體或樣本的全部測量值分為兩部分，例如10百分位代表人群中10%的人體身材尺寸等于或小于此值，而90%的人體身材尺寸大于此值。H點(diǎn)測量儀寬度方向的尺寸是保持不變的，而圖中字母A和B代表的長度是可以調(diào)整的，C和D代表H點(diǎn)測量儀背板I和座板7寬度方向最大的尺寸，它們的尺寸是不變的。根據(jù)A和B所代表的小腿和大腿的不同尺寸，H點(diǎn)測量儀可以分為四種，分別是O百分位，10百分位，50百分位，95百分位，其中O百分位不帶有大腿和小腿。圖中實(shí)驗(yàn)過程中低處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置24是T型架13和臀部量角器5交匯處，水平載荷加載方向?yàn)檠刂鳷型架13并指向H點(diǎn)測量儀背板I方向；高處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置25是軀干配重塊懸架2的中心位置，水平載荷加載方向?yàn)檠刂鳷型架13并指向H點(diǎn)測量儀背板I方向。
[0047]參閱圖2和圖3，圖3為H點(diǎn)測量儀在軟件中的簡化模型結(jié)構(gòu)示意圖。H點(diǎn)測量儀不添加配重塊的情況下質(zhì)量是27.5kg，在加滿配重塊的情況下H點(diǎn)測量儀質(zhì)量是76.5kg，其中軀干處配重塊為8個，每個質(zhì)量4kg;臀部處配重塊兩個，每個質(zhì)量3.9kg，大腿處配重塊為2個，每個質(zhì)量3.4kg，小腿處的配重塊2個、每個質(zhì)量1.2kg。根據(jù)實(shí)際座椅試驗(yàn)和軟件仿真的操作需要，同時考慮到H點(diǎn)測量儀模型的配重塊在重力場環(huán)境下加載的可行性，將H點(diǎn)測量儀的大腿、臀部和軀干配重塊轉(zhuǎn)化為等效的重力進(jìn)行加載，將小腿處的配重塊簡化為等效質(zhì)量點(diǎn)添加在小腿配重塊座9處。
[0048]H點(diǎn)測量儀模型轉(zhuǎn)動約束
[0049]參閱圖1至圖3，虛擬H點(diǎn)測量儀模型的腳踝角量角器10、膝部角量角器14、H點(diǎn)支軸6分別具有旋轉(zhuǎn)鉸約束，模擬H點(diǎn)測量儀的轉(zhuǎn)動角變化。
[0050]H點(diǎn)測量儀模型材料參數(shù)設(shè)置
[0051]參閱圖1至圖3，H點(diǎn)測量儀與座椅接觸的部件是背板I和座板7，在加載過程中背板I和座板7在加載過程中基本不變形，而只有座椅的泡沫座墊變形，因此在軟件環(huán)境下將H點(diǎn)測量儀背板I和座板7簡化為剛體材料，H點(diǎn)測量儀其它部件材料也創(chuàng)建為相應(yīng)的不同密度的剛體材料，根據(jù)各部件的質(zhì)量要求改變材料的密度數(shù)值，在軟件接觸設(shè)置中將背板I和座板7與座椅接觸過程設(shè)置為自動接觸并且根據(jù)不同座椅表面材料設(shè)置相應(yīng)的摩擦參數(shù)。
[0052]H點(diǎn)測量儀模型位置參數(shù)設(shè)置
[0053]參閱圖3和圖4，軟件模擬H點(diǎn)測量儀從接觸座椅到平衡狀態(tài)的時間是1.2s，在軟件仿真環(huán)境下，水平加載載荷根據(jù)SAE J826指導(dǎo)規(guī)范參考要求確定具體數(shù)值。在進(jìn)行測量座椅仿真模型H點(diǎn)時，先要對H點(diǎn)測量儀各部分設(shè)置一定的角度，設(shè)置角度時坐標(biāo)系選取全局坐標(biāo)，H點(diǎn)測量儀的背板I與全局坐標(biāo)系的豎直方向夾角為20度，座板7與全局坐標(biāo)系的水平方向夾角為10度，腳11與全局坐標(biāo)系的水平方向夾角為62度，H點(diǎn)測量儀的中心線與所測座椅模型中心線位置重合，各部件之間的連接關(guān)系如下:將背板1、軀干配重塊懸架2、軀干角水平儀3、軀干量角器4、臀部量角器5和頭部空間探測桿20固定連接；同樣將座板7、大腿配重塊座8、大腿桿15和H點(diǎn)配重塊懸架17固定連接;背板I和座板7在H點(diǎn)處組成旋轉(zhuǎn)鉸連接；在T型桿13膝部角量角器14處建立旋轉(zhuǎn)鉸約束;在腳踝角量角器10處將腳11和小腿12組成旋轉(zhuǎn)鉸連接。在測量座椅H點(diǎn)時，將沒有添加質(zhì)量塊的H點(diǎn)測量儀以合理角度擺放在座椅上，對H點(diǎn)測量儀施加豎直方向的重力加載。在模型建立時對H點(diǎn)測量儀運(yùn)動進(jìn)行相關(guān)的約束，將H點(diǎn)測量儀模型中心位置與座椅中心位置對齊，約束H點(diǎn)測量儀模型的轉(zhuǎn)動，使其在座椅的前后方向(汽車坐標(biāo)軸X向)和豎直方向(汽車坐標(biāo)軸的Z向)只能進(jìn)行平動，在垂直于行駛方向上(汽車坐標(biāo)軸Y方向)將H點(diǎn)測量儀模型的平動和繞其轉(zhuǎn)動的自由度都約束，為了節(jié)省軟件仿真時間，在不出現(xiàn)網(wǎng)格模型穿透的情況下，將H點(diǎn)測量儀盡量貼近座椅模型，在整個仿真過程中座椅固定不動。
[0054]H點(diǎn)測量儀輸出文件設(shè)置
[0055]參閱圖1，H點(diǎn)的位置在H點(diǎn)測量裝置上，即大腿與軀干相連中心軸線的中點(diǎn)，也就是H點(diǎn)支軸6的中點(diǎn)，將H點(diǎn)測量儀兩側(cè)H點(diǎn)標(biāo)記鈕18的中間位置的節(jié)點(diǎn)設(shè)置為輸出的H點(diǎn)，記錄H點(diǎn)空間坐標(biāo)數(shù)值隨時間變化量，每個空間坐標(biāo)方向坐標(biāo)數(shù)值隨時間變化最終穩(wěn)定的數(shù)值就是所測的座椅仿真模型H點(diǎn)三維坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)精度要求設(shè)置一定的時間間隔輸出一個H點(diǎn)數(shù)值，一般設(shè)置為5毫秒輸出一個H點(diǎn)數(shù)值。為了更好地觀察H點(diǎn)測量儀的仿真過程，可以每隔一定的時間輸出一個H點(diǎn)測量儀的仿真動畫，同時還可以設(shè)置輸出H點(diǎn)測量儀與座椅仿真模型之間的接觸力，查看座椅仿真模型是否準(zhǔn)確。
[0056]H點(diǎn)測量儀的加載過程
[0057]所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法
[0058]由于H點(diǎn)測量儀具有不同尺寸的數(shù)據(jù)，并且H點(diǎn)測量儀需要測量不同座椅模型的H點(diǎn)數(shù)據(jù)，加載方法在水平方向載荷的力(維持H點(diǎn)測量儀模型在座椅上平衡)會有一定范圍內(nèi)變化。針對不同加載情況按加載時間順序?qū)⒓虞d步驟匯總?cè)缦?
[0059]1.自身重力加載
[0060]參閱圖4，將只帶有小腿配重塊的H點(diǎn)測量儀只在重力方向加載，小腿配重塊簡化為質(zhì)量點(diǎn)施加在小腿配重塊座9處，使H點(diǎn)測量儀在重力作用下平穩(wěn)地下落到所用座椅模型上，加載時間區(qū)間是O?1.2秒；
[0061 ] 2.施加水平載荷
[0062]參閱圖2，在低處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置24施加水平載荷為56?76N，加載方向?yàn)檠刂鳷型架13并指向H點(diǎn)測量儀背板I方向，施加時間區(qū)間為O?0.3秒；
[0063]3.施加大腿載荷
[0064]參閱圖5，在大腿配重塊座8施加大腿配重塊22，施加H點(diǎn)測量儀的大腿處的配重塊的等效重力，左右兩處重力的大小為33.32N，加載位置在兩個大腿配重塊座8，施加的時間區(qū)間是0.3?1.2秒；
[0065]4.第2次施加水平載荷
[0066]參閱圖2，在低處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置24處施加90?IlON的力，持續(xù)時間為
0.3s,加載方向?yàn)檠刂鳷型架13并指向H點(diǎn)測量儀背板I方向，加載時間區(qū)間是0.3?0.6秒；
[0067]5.施加臀部軀干載荷
[0068]參閱圖6，在H點(diǎn)配重塊懸架17施加臀部配重塊21，臀部配重塊與軀干處配重塊質(zhì)量相同，只是施加配重塊的數(shù)量不同，左右各一個等效重力為38.22N均勻施加在H點(diǎn)配重塊懸架17上，方向?yàn)橹亓Ψ较颍虞d時間區(qū)間為0.6?1.2秒
[0069]6.第3次施加水平載荷
[0070]參閱圖2，在高處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置25處施加56?76N的力，加載方向沿著T型架13并指向H點(diǎn)測量儀背板I方向，加載時間區(qū)間是0.6?0.9秒；
[0071]7.施加胸部載荷
[0072]參閱圖7，在軀干配重塊懸架2施加胸部配重塊，胸部配重塊共32kg，轉(zhuǎn)化為等效重力為313.6N，左右平均分為156.8N，均勻施加在軀干配重塊懸架2上，加載時間區(qū)間是0.9?1.2秒；
[0073]8.第4次施加水平載荷
[0074]參閱圖1，在高處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置25施加水平載荷56?76N，加載方向?yàn)檠刂鳷型架13并指向H點(diǎn)測量儀背板I方向，加載時間區(qū)間是0.9?1.2秒；
[0075]9.座椅H點(diǎn)數(shù)據(jù)提取
[0076]借助有限元仿真軟件(例如Ls-Dyna)采用本發(fā)明的加載方法對座椅H點(diǎn)測量過程進(jìn)行仿真計算。針對不同座椅調(diào)整相應(yīng)的水平載荷與摩擦系數(shù)使計算結(jié)果中H點(diǎn)測量儀的運(yùn)動過程與實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中H點(diǎn)測量儀的運(yùn)動過程達(dá)到一致，同時使座椅與H點(diǎn)測量儀之間的接觸力與實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中接觸力達(dá)到一致。在此基礎(chǔ)上查找輸出文件中節(jié)點(diǎn)輸出文件即座椅仿真模型H點(diǎn)輸出文件，應(yīng)用HyperGraph等繪圖工具分別繪制H點(diǎn)三維坐標(biāo)隨時間的變化圖，H點(diǎn)三維坐標(biāo)方向的最終穩(wěn)定值就是所測的座椅仿真模型H點(diǎn)。
[0077]實(shí)施例1
[0078]以下加載步驟是針對某款座椅采用50百分位的H點(diǎn)測量儀進(jìn)行加載。本實(shí)施例針對某款座椅進(jìn)行測量H點(diǎn)，在加載過程中，維持H點(diǎn)測量儀所需要的水平載荷是固定的，加載載荷的時間區(qū)間是不變的，因此本實(shí)施例中每一次施加的水平載荷是固定值，水平載荷加載時間區(qū)間相同，H點(diǎn)測量儀與座椅間的摩擦系數(shù)設(shè)置為0.3，在輸出設(shè)置方面:每隔50毫秒輸出一個仿真動畫文件，每隔10_秒輸出一個H點(diǎn)測量儀與座椅間的接觸力，每隔5暈秒輸出一個H點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)值。
[0079]1.自身重力加載
[0080]參閱圖4，將只帶有小腿配重塊的H點(diǎn)測量儀只在重力方向加載，使H點(diǎn)測量儀在重力作用下平穩(wěn)地下落到所用座椅模型上，加載時間區(qū)間是O?1.2秒；
[0081 ] 2.施加水平載荷
[0082]參閱圖2，在低處H點(diǎn)測量儀水平載荷位置24施加水平載荷為66N，加載方向?yàn)檠刂鳷型架13并指向H點(diǎn)測量儀背板I方向，施加時間區(qū)間是O?0.3秒；
[0083]3.施加大腿載荷
[0084]參閱圖5，在大腿配重塊座8施加大腿配重塊，即施加H點(diǎn)測量儀的大腿處的配重塊的等效重力，左右各處重力的大小為33.32N，均勻施加在大腿配重塊座8，加載時間區(qū)間是
0.3?1.2秒；
[0085]4.第2次施加水平載荷
[0086]參閱圖2，在低處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置24處施加100N的力，持續(xù)時間為0.3s，加載方向?yàn)檠刂鳷型架13并指向H點(diǎn)測量儀背板I方向，施加時間區(qū)間為0.3?0.6秒；
[0087]5.施加臀部軀干載荷
[0088]參閱圖6，在H點(diǎn)配重塊懸架17上施加臀部配重塊21，左右各一個等效重力為38.22N，均勻施加在H點(diǎn)配重塊懸架17上，方向?yàn)橹亓Ψ较?，加載時間區(qū)間是0.6?1.2秒；
[0089]6.第3次施加水平載荷
[0090]參閱圖2，在高處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置25處施加66N的力，加載方向沿著T型架13并指向H點(diǎn)測量儀背板I方向，加載時間區(qū)間是0.6?0.9秒；
[0091]7.施加胸部載荷
[0092]參閱圖7，在軀干配重塊懸架2處施加胸部配重塊，施加胸部配重塊共32kg，轉(zhuǎn)化為等效重力為313.6N，左右各分為156.8N，均勻施加在軀干配重塊懸架2上，加載時間區(qū)間是
0.9?1.2秒；
[0093]8.第4次施加水平載荷
[0094]參閱圖1，在高處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置25施加水平載荷66N，加載方向沿著T型架13并指向H點(diǎn)測量儀背板I方向，加載時間區(qū)間為0.9?1.2秒。
[0095]9.座椅H點(diǎn)數(shù)據(jù)提取
[0096]借助有限元仿真軟件(例如Ls-Dyna)采用本發(fā)明的加載方法對座椅H點(diǎn)測量過程進(jìn)行仿真計算。針對該款座椅確定四次水平載荷依次為66110(^、661661摩擦系數(shù)為
0.3。在計算結(jié)果中H點(diǎn)測量儀的運(yùn)動過程與實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中H點(diǎn)測量儀的運(yùn)動過程達(dá)到一致，同時座椅與H點(diǎn)測量儀之間的接觸力與實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中接觸力達(dá)到一致。在此基礎(chǔ)上查找輸出文件中節(jié)點(diǎn)輸出文件即座椅仿真模型H點(diǎn)輸出文件，應(yīng)用HyperGraph等繪圖工具分別繪制H點(diǎn)三維坐標(biāo)隨時間的變化圖，11點(diǎn)三維坐標(biāo)方向的最終穩(wěn)定值就是所測的座椅仿真模型H點(diǎn)。參閱圖8-a，圖8-b，圖8-c可知H點(diǎn)三維坐標(biāo)各方向最終穩(wěn)定值是X向1394毫米，Y向371毫米，Z向179毫米。在本實(shí)施例中所用座椅在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中測得的H點(diǎn)三維坐標(biāo)各方向最終值是X向1392毫米，Y向371毫米，Z向179毫米，各向坐標(biāo)數(shù)值符合精度要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法，其特征在于，所述的一種用于測量座椅仿真模型H點(diǎn)的加載方法的步驟如下: 1.自身重力加載 將只帶有小腿配重塊的H點(diǎn)測量儀在重力方向加載，使H點(diǎn)測量儀在重力作用下平穩(wěn)地下落到所用座椅模型上，加載時間區(qū)間是O?1.2秒；. 2.施加水平載荷 在低處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置(24)施加水平載荷為56?76N，加載方向?yàn)檠刂鳷型架(13)并指向H點(diǎn)測量儀背板(I)方向，加載時間區(qū)間為O?0.3秒；. 3.施加大腿載荷 施加大腿配重塊(22)，即施加H點(diǎn)測量儀的大腿處的配重塊的等效重力，左右各處重力的大小為33.32N，方向?yàn)橹亓Ψ较?，均勻施加在兩個大腿配重塊座(8)，施加的時間區(qū)間是.0.3?1.2秒；. 4.第2次施加水平載荷 在低處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置(24)處施加90?I1N的力，持續(xù)時間為0.3s，加載方向?yàn)檠刂鳷型架(13)并指向H點(diǎn)測量儀背板(I)方向，加載時間區(qū)間是0.3?0.6秒；. 5.施加臀部軀干載荷 施加臀部軀干配重塊(21)，左右各一個等效重力為38.22N均勻施加在H點(diǎn)配重塊懸架(17)兩側(cè)水平桿位置處，方向?yàn)橹亓Ψ较?，加載時間區(qū)間是0.6?1.2秒；. 6.第3次施加水平載荷 在高處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置25處施加56?76N的力，加載方向沿著T型架(13)并指向H點(diǎn)測量儀背板(I)方向，加載時間區(qū)間是0.6?0.9秒；. 7.施加胸部載荷 施加胸部配重塊，施加胸部配重塊共32kg，轉(zhuǎn)化為等效重力為313.6N，左右各分為.156.8N，均勻施加在軀干配重塊懸架⑵上，方向?yàn)橹亓Ψ较?，加載時間區(qū)間是0.9?1.2秒；. 8.第4次施加水平載荷 在高處H點(diǎn)測量儀的水平載荷位置25施加水平載荷56?76N，加載方向沿著T型架(13)并指向H點(diǎn)測量儀背板(I)方向，加載時間區(qū)間是0.9?1.2秒；. 9.座椅H點(diǎn)數(shù)據(jù)提取 借助有限元仿真軟件如Ls-Dyna采用本發(fā)明的加載方法對座椅H點(diǎn)測量過程進(jìn)行仿真計算，針對不同座椅調(diào)整相應(yīng)的水平載荷與摩擦系數(shù)使計算結(jié)果中H點(diǎn)測量儀的運(yùn)動過程與實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中H點(diǎn)測量儀的運(yùn)動過程達(dá)到一致，同時使座椅與H點(diǎn)測量儀之間的接觸力與實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中接觸力達(dá)到一致;在此基礎(chǔ)上查找輸出文件中節(jié)點(diǎn)輸出文件即座椅仿真模型H點(diǎn)輸出文件，應(yīng)用HyperGraph等繪圖工具分別繪制H點(diǎn)三維坐標(biāo)隨時間的變化圖，H點(diǎn)三維坐標(biāo)方向的最終穩(wěn)定值就是所測的座椅仿真模型H點(diǎn)。
【文檔編號】G06F17/50GK105956224SQ201610242801
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】張君媛, 劉廣東, 黃玉強(qiáng), 房強(qiáng), 邢立峰, 姜黎華, 倪瀅瀅, 劉茜, 靳陽, 徐婷婷
【申請人】吉林大學(xué)