一种双调节驾驶座椅及其靠背轮廓舒适度仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种双调节驾驶座椅及其靠背轮廓舒适度仿真方法，该双调节驾驶座椅包括座椅头枕、座椅靠背和座椅坐垫，利用三角形的性质加强座椅靠背支撑的稳定性；采用电磁伸缩机构和支撑轴旋转的控制，分别控制凸轮的上下移动和绕支撑轴旋转，以调节座椅靠背前靠面的弹性弧形轮廓；同时辅以齿轮调节的方式，调节座椅靠背倾角。有效优化人机界面设计，降低驾驶疲劳强度，减小驾驶疾病发生的概率。本发明专利技术基于双调节驾驶座椅提出靠背轮廓舒适度仿真方法，对构建的人‑椅耦合模型进行有限元分析，得到不同情况下人体背部等效应力分布图及变化情况，从而指导座椅的舒适性设计。

A dual regulation driving seat and its backside contour comfort simulation method

The invention discloses a simulation method for the comfort degree of a double-regulated driving seat and its backrest contour. The double-regulated driving seat comprises a seat headrest, a seat backrest and a seat cushion. The stability of the backrest support of the seat is strengthened by using the property of the triangle, and the cam is controlled by the electromagnetic expansion mechanism and the rotation control of the support shaft, respectively. Move up and down and rotate around the supporting shaft to adjust the elastic arc profile of the front face of the seat back, and adjust the back tilt angle of the seat by means of gear adjustment. Effective optimization of human-machine interface design, reduce driving fatigue intensity, reduce the probability of driving disease occurrence. Based on the double adjustable driving seat, the method of back contour comfort simulation is proposed, and the finite element analysis of the coupling model of the human chair is carried out, and the equivalent stress distribution and variation of the human back under different conditions are obtained, so as to guide the comfort design of the seat.

【技术实现步骤摘要】
一种双调节驾驶座椅及其靠背轮廓舒适度仿真方法
本专利技术属于汽车座椅
，具体涉及一种双调节驾驶座椅及其靠背轮廓舒适度仿真方法。
技术介绍
汽车座椅是连接驾驶员与车身的纽带，是最典型、与人接触最频繁的人机界面点，必须满足消费者购车时的意向要求。汽车座椅在车辆中负责支撑坐姿、固定驾驶员、减振等，影响其舒适性的最主要的因素不外是消费者个体、座椅自身设计、坐姿三种。不合理的座椅系统设计不仅让驾驶员感到不舒适，而且很容易产生疲劳，并引起身体的病变。研究表明人机界面的压力分布是影响舒适性的关键因素。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。汽车座椅设计的合理性与否，直接影响着人机界面设计的优化是否成功。现有的汽车座椅靠背前靠面的固有弹性轮廓的设计虽已考虑人体真实形态，但仍为固定形态，无法匹配不同驾驶员的腰背部真实形态，导致驾驶疲劳。不少驾驶员只能使用腰枕以垫高座椅靠背的前靠面，以求营造更舒适的驾驶环境。人性化的双调节驾驶座椅的座椅靠背前靠面的固有弹性弧形轮廓，也需要进行设计。因此需要通过仿真的手段，借助人体背部压力分布，指导座椅舒适性设计。
技术实现思路
针对于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种双调节驾驶座椅及其靠背轮廓舒适度仿真方法，以解决现有技术中汽车座椅靠背前靠面为固定形态，无法匹配不同驾驶员的腰背部真实形态，导致驾驶疲劳的问题。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的一种双调节驾驶座椅，包括座椅头枕、座椅靠背和座椅坐垫；所述座椅头枕通过两个支撑杆固定在座椅靠背上部；所述座椅靠背内部设有两对加强支撑的支撑框架，座椅靠背的外形依照人体工程学进行设计，座椅靠背的前靠面为呈人体腰部凸起状的弹性弧形轮廓，座椅靠背的内部还设置有与人体背部等宽的凸轮；所述凸轮安装在支撑轴上，支撑轴与支撑轴驱动电机相连，支撑轴驱动电机驱动支撑轴旋转，凸轮随支撑轴做旋转运动；所述支撑轴的两端支撑有两个电磁伸缩杆；所述电磁伸缩杆的底端固定在座椅坐垫上，凸轮沿着电磁伸缩杆做上下运动；通过调整凸轮的上下位置及旋转情况，来调节座椅靠背前靠面的弧形轮廓；所述座椅坐垫的侧壁处设置有多个控制按键，包含：第一控制按键及第二控制按键，第一控制按键控制连接支撑轴驱动电机，第二控制按键控制连接电磁伸缩杆。本专利技术的一种双调节驾驶座椅的靠背轮廓舒适度仿真方法，包括步骤如下：步骤1）：研究人体脊柱形态及腰背部特点，以人-椅接触界面体压分布特征参数为评价指标，选取95百分位驾驶员人体参数及驾驶姿态，通过逆向工程技术方法将人体背部3D扫描成像；步骤2）：研究点云处理方法，构建符合有限元法建模要求的人体腰背部三维模型；步骤3）：构建人-椅耦合模型，并进行简化；步骤4）：选取座椅和人体背部的材料力学参数，通过有限元法得到人体背部等效应力分布图，验证人-椅耦合模型有效性并作为优化靠背设计参数的指导图，用以改变压力分布特征，指导汽车座椅的舒适性设计。优选地，步骤1）中的人-椅接触界面体压分布特征参数包含：靠背位移、靠背接触应力、肩胛骨及腰椎骨位置。优选地，步骤1）中的百分位表示具有某一人体尺寸和小于该尺寸的人占统计对象总人数的百分比；人体尺寸分布于一定范围内，大部分的人体测量数据是按百分位表达；将研究对象分成一百份，根据一些指定的人体尺寸项目，从最小到最大顺序排列，进行分段，每一段的截止点即为一个百分位。优选地，步骤1）中的逆向工程技术方法是一种能根据现有的物理部件通过CAD、CAM或CAE软件构筑3D虚拟模型的方法，逆向工程的过程采用了通过丈量实际物体的尺寸并将其制作成3D模型的方法，真实的对象通过CMMS、激光扫描仪、结构光源转换仪或者X射线断层成像技术进行尺寸测量。优选地，步骤2）中的点云是在逆向工程中通过测量仪器得到的产品外观表面的点数据集合，使用逆向软件进行点云的编辑和处理。优选地，步骤2）中的具体还包括：点云处理在界面点云处理模块中导入点云，并作一系列预处理，创建坐标系、构建自由边线；然后在创成式外形设计模块中描点进行曲面边线的绘制、接合与光顺，在自由曲面模块中建立初始曲面、完成曲面桥接及曲面对称；在自由曲面模块及快速曲面重建模块及进行环境映射分析和曲率分析，人体背部左右两大部分纹路对称，创建模型符合要求；同时，在零件设计模块中进行曲面的拉伸构建实体，并倒圆角，减少仿真分析时不必要的计算量。优选地，步骤4）中的有限元法（FEM，FiniteElementMethod）是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术；求解时对整个问题区域进行分解，每个子区域都成为简单的部分，即有限元；有限元法将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的近似解；有限元法不仅计算精度高，且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。优选地，步骤4）中的靠背设计参数为材料、对称度、曲面特征。本专利技术的有益效果：1.在传统座椅靠背的内部增设两对支撑框架，利用三角形的稳定性加强座椅靠背支撑的稳定性。2.通过调整凸轮的上下位置及旋转情况，调节座椅靠背前靠面的弹性弧形轮廓。同时辅以齿轮调节的方式，调节座椅靠背倾角；优化人机界面，创造舒适的驾驶环境，提高工作效率，降低驾驶疲劳强度，减小驾驶疾病发生的概率。3.通过靠背轮廓舒适度仿真方法，借助人体背部压力分布及变化情况，指导座椅舒适性设计，完成人性化双调节驾驶座椅的靠背前靠面的固有弹性弧形轮廓的设计。附图说明图1为本专利技术的双调节驾驶座椅结构主视图；图2为本专利技术的双调节驾驶座椅结构左视图；图3为本专利技术的靠背轮廓舒适度仿真方法流程图；图4为人体背部3D扫描成像图；图5为人体腰背部的三维模型图；图6为简化前人-椅耦合模型图；图7为简化后人-椅耦合模型图；图8为人体背部等效应力分布图；图中，1-座椅头枕，2-支撑杆，3-座椅靠背，4-支撑框架，5-凸轮，6-支撑轴，7-电磁伸缩杆，8-座椅靠背前靠面，9-座椅坐垫，10-齿轮机构，11-控制按键，12-支撑轴驱动电机。具体实施方式为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本专利技术的限定。参照图1至图2所示，本专利技术的一种双调节驾驶座椅，包括座椅头枕1、座椅靠背3和座椅坐垫9；所述座椅头枕1通过两个支撑杆2固定在座椅靠背3上部；所述座椅靠背3内部设有两对支撑框架4，并利用三角形的稳定性以加强座椅靠背3支撑的稳定性，座椅靠背3的外形依照人体工程学进行设计，座椅靠背3的前靠面8为呈人体腰部凸起状的弹性弧形轮廓，座椅靠背3内部还设置有与人体背部等宽的凸轮5；所述凸轮5安装在支撑轴6上，支撑轴6与支撑轴驱动电机12相连，支撑轴驱动电机12驱动支撑轴6旋转，凸轮5随支撑轴6做旋转运动；所述支撑轴6的两端支撑有两个电磁伸缩杆7；所述电磁伸缩杆7的底端固定在座椅坐垫9上，凸轮5沿着电磁伸缩杆7做上下运动；通过调整凸轮5的上下位置及旋转情况，来调节座椅靠背前靠面8的弧形轮廓，使其更贴合驾驶员的腰背部真实情况；所述座椅坐垫9内部设置有齿轮机构10，该齿轮机构10包含固定设于座椅坐垫9内的第一齿轮及固定设于座椅靠背3下部的第二齿轮，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双调节驾驶座椅，其特征在于，包括座椅头枕（1）、座椅靠背（3）和座椅坐垫（9）；所述座椅头枕（1）通过两个支撑杆（2）固定在座椅靠背（3）上部；所述座椅靠背（3）内部设有两对加强支撑的支撑框架（4），座椅靠背（3）的外形依照人体工程学进行设计，座椅靠背（3）的前靠面（8）为呈人体腰部凸起状的弹性弧形轮廓，座椅靠背（3）的内部还设置有与人体背部等宽的凸轮（5）；所述凸轮（5）安装在支撑轴（6）上，支撑轴（6）与支撑轴驱动电机（12）相连，支撑轴驱动电机（12）驱动支撑轴（6）旋转，凸轮（5）随支撑轴（6）做旋转运动；所述支撑轴（6）的两端支撑有两个电磁伸缩杆（7）；所述电磁伸缩杆（7）的底端固定在座椅坐垫（9）上，凸轮（5）沿着电磁伸缩杆（7）做上下运动；通过调整凸轮（5）的上下位置及旋转情况，来调节座椅靠背前靠面（8）的弧形轮廓；所述座椅坐垫（9）的侧壁处设置有多个控制按键（11），包含：第一控制按键及第二控制按键，第一控制按键控制连接支撑轴驱动电机（12），第二控制按键控制连接电磁伸缩杆（7）。

【技术特征摘要】
1.一种双调节驾驶座椅，其特征在于，包括座椅头枕（1）、座椅靠背（3）和座椅坐垫（9）；所述座椅头枕（1）通过两个支撑杆（2）固定在座椅靠背（3）上部；所述座椅靠背（3）内部设有两对加强支撑的支撑框架（4），座椅靠背（3）的外形依照人体工程学进行设计，座椅靠背（3）的前靠面（8）为呈人体腰部凸起状的弹性弧形轮廓，座椅靠背（3）的内部还设置有与人体背部等宽的凸轮（5）；所述凸轮（5）安装在支撑轴（6）上，支撑轴（6）与支撑轴驱动电机（12）相连，支撑轴驱动电机（12）驱动支撑轴（6）旋转，凸轮（5）随支撑轴（6）做旋转运动；所述支撑轴（6）的两端支撑有两个电磁伸缩杆（7）；所述电磁伸缩杆（7）的底端固定在座椅坐垫（9）上，凸轮（5）沿着电磁伸缩杆（7）做上下运动；通过调整凸轮（5）的上下位置及旋转情况，来调节座椅靠背前靠面（8）的弧形轮廓；所述座椅坐垫（9）的侧壁处设置有多个控制按键（11），包含：第一控制按键及第二控制按键，第一控制按键控制连接支撑轴驱动电机（12），第二控制按键控制连接电磁伸缩杆（7）。2.一种权利要求1所述的双调节驾驶座椅的靠背轮廓舒适度仿真方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1）：研究人体脊柱形态及腰背部特点，以人-椅接触界面体压分布特征参数为评价指标，选取95百分位驾驶员人体参数及驾驶姿态，通过逆向工程技术方法将人体背部3D扫描成像；步骤2）：研究点云处理方法，构建符合有限元法建模要求的人体腰背部三维模型；步骤3）：构建人-椅耦合模型，并进行简化；步骤4）：选取座椅和人体背部的材料力学参数，通过有限元法得到人体背部等效应力分布图，验证人-椅耦合模型有效性并作为优化靠背设计参数的指导图，用以改变压力分布特征，指导汽车座椅的舒适性设计。3.根据权利要求2所述的双调节驾驶座椅的靠背轮廓舒适度仿真方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：王云琦，赵万忠，朱彦祺，王春燕，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32