某商用车驾驶员座椅的动态舒适性分析及优化

发布时间：2020-07-03 14:09

【摘要】：随着我国汽车工业的高速发展,国民对汽车的乘坐舒适性要求越来越高。在竞争激烈的汽车产品市场上,不同品牌汽车的使用性能和安全性能的差别已经很小,相比之下,汽车的乘坐舒适性就常常成为区分汽车品牌好坏的重要因素之一。座椅是影响汽车乘坐舒适性的主要零部件之一,研究座椅的舒适性对提升汽车的乘坐舒适性具有重要意义。本文以某商用车驾驶员座椅为研究对象,分析了座椅的模态并对其进行了轻量化设计,然后根据路试实验反馈对座椅的动态舒适性问题进行了分析和优化并对优化方案进行验证。首先,用HyperMesh软件完成了驾驶员座椅的有限元建模,然后用MSC.Nastran软件对座椅的模态进行分析,整车模型中座椅的一阶前后俯仰模态为18.51Hz,一阶左右摆动模态为21.13Hz,一阶扭转模态为47.48Hz,然后用实验验证仿真结果,实验结果表明:模态分析和模态实验结果的最大偏差仅为6.99%,这说明建立的有限元模型可信;最后,计算驾驶员座椅主要零件的模态相对灵敏度并对相对灵敏度较小的座椅零件的厚度进行优化,实现座椅的骨架的轻量化,减重0.604kg(占座椅总质量的3.63%),用MSC.Nastran对优化后的模型进行模态验算,计算结果表明座椅的质量减轻的同时,模态性能降低很少。其次,针对路试实验中驾驶员座椅的动态舒适性较差的问题,用随机振动信号激励振动平台进行“人体-座椅”系统的舒适性实验,实验结果表明座椅的动态舒适性性能满足设计要求;然后用MSC.Nastran软件计算了悬架连接点和座椅安装点之间的Z向加速度传递函数,分析结果发现在前悬架连接点的Z向激励力作用下,座椅安装点的加速度传递函数的最大值达到了0.006g,不满足小于0.005g的设计要求;最后,针对座椅安装点进行优化并对优化方案进行验算,计算结果表明优化方案有效。最后,用道路载荷谱模拟路试环境并进行座椅舒适性实验验证座椅安装点优化方案对座椅动态舒适性的优化有效,首先采集了柏油路和起伏路道路载荷谱并利用采集的柏油路载荷谱和起伏路载荷谱在实验室内激励振动台,评价座椅的动态舒适性。综合分析两种载荷谱激励下的座椅舒适性实验的结果得出结论,该商用车驾驶员座椅的舒适性性能较好,因此优化方案有效。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.836
【图文】：

框图,汽车,框图,乘坐舒适性

1.1 研究背景随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，汽车作为一个便利的交通工具走入了千家万户。据中国汽车工业协会统计，2017 年中国汽车销量高达 2888 万辆，连续 9 年位居全球第一。汽车已经成为了中国最为常见的交通工具，汽车的普及使得人们对汽车的乘坐舒适性提出了更高的要求，而汽车的乘坐舒适性主要由汽车座椅来体现，因此，汽车座椅的舒适性已经成为评价汽车乘坐舒适性的重要指标。汽车厂商和国内高校也越来越重视汽车的乘坐舒适性研究并取得了一定成果[1-3]。汽车在行驶时，路面不平度、发动机、车轮和传动系等引起的振动是整个汽车振动系统中的主要振源，而路面不平度是汽车振动的基本输入。一般情况下，路面不平和车速引起的振动通过轮胎、悬架系统传递至车身和座椅系统，最终振动通过座垫传递给人体[4]。振动源通过汽车各类零件传递给人的过程如图 1.1 所示。

流程框图,流程框图,座椅,舒适性

图 1.2 座椅设计流程框图汽车座椅从开始设计到批量生产的周期较长，一般需要 24 到 36 个月，汽椅设计开发的一般流程如图 1.2 所示[6]。座椅是一个由众多零件组成的复杂，同时在乘员舱中，座椅又与很多其他的内外饰零部件相互配合。因此，座计除了必须满足法规要求外，一般在配合、运动干涉、舒适性等方面无法都最佳状态，座椅的最终设计数据通常是汽车各系统的工程师相互协调、匹配舍和权衡利弊的结果。.3 座椅舒适性的定义及重要性座椅舒适性主要包括静态舒适性和动态舒适性，座椅的静态舒适性是指在静止时乘员感受到的由座椅的各种参数提供的主观舒适程度，座椅的结构参数料特性、表面质量、尺寸参数、坐姿变化、体压分布等对座椅的静态舒适度很大[7-9]；座椅的动态舒适性（又称振动舒适性），是指汽车运动时乘员感受座椅的主观舒适程度，它主要与汽车座椅的振动特性相关[10-11]。

【参考文献】