[发明专利]轿车座椅靠背侧板优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轿车座椅靠背侧板的设计方法，尤其是一种针对轿车座椅 的可靠性、舒适性和轻量化要求进行优化设计的方法。

背景技术

轿车座椅是由座椅骨架，泡沫和蒙皮组合构成，其可靠性、舒适性和经济 性主要取决于内部骨架结构。座椅靠背侧板是座椅靠背的两侧边板，正常行驶 时它是支撑乘客上身质量的主要构件，而受到碰撞冲击时又是承受人体对座椅 骨架冲击的主要构件，因此座椅骨架的失效经常发生在侧板上，合理地设计侧 板的结构形状非常重要。目前，对于轿车座椅靠背侧板的设计一般以静强度作 为设计准则，即满足结构的最大应力小于材料的许用应力，而对于侧板形状的 设计往往依赖于设计人员的经验和主观判断。事实上在受到碰撞冲击时侧板往 往由于局部屈曲而失效。因此在设计中应综合考虑强度、稳定性、舒适性及经 济性的因素，才能得到性能最优的靠背侧板结构。

发明内容

本发明是要提供一种轿车座椅靠背侧板优化设计方法，该方法由三个设计 阶段组成，分别针对轿车座椅的可靠性，舒适性和轻量化要求进行设计。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种轿车座椅靠背侧板优化设计 方法，将设计过程分为三个阶段进行，分别以座椅靠背侧板的前曲线、后曲线 及表面压延筋形貌为设计对象，并在各阶段中分别采用人机工程学设计方法、 结构形状优化设计方法及结构拓扑优化设计方法，以合理的坐姿体压分布、结 构质量最小及稳定性最好为设计目标，综合考虑座椅的舒适性、可靠性和经济 性；具体步骤如下：

1.基于人机工程学设计方法的轿车座椅靠背侧板前曲线形状优化设计

(1)根据GB1000-1988“中国成年人人体尺寸”，取轿车座椅靠背侧板高度为 H，根据座椅靠背上下横梁尺寸分别确定轿车座椅靠背侧板上部宽度h1和根部 宽度h2；

(2)根据人体脊柱形状确定轿车座椅靠背侧板前曲线的基本形状，在轿车座椅 靠背侧板前曲线上均匀的取若干点，其中，包括肩靠和腰靠点；

(3)根据座椅靠背两点支承要求，调整轿车座椅靠背侧板前曲线上肩靠和腰靠 点的位置，使此处承受压力；根据坐姿体压分布要求，调整除肩靠和腰靠点以 外的其它点的位置，使座椅靠背上的体压分布从肩靠和腰靠点到其它部位按从 大到小过渡；采用样条曲线连接各点，所得曲线即为所求的满足人机工程学设 计要求的座椅靠背侧板前曲线；

2.基于结构形状优化设计方法的轿车座椅靠背侧板的后曲线形状优化设计

以轿车座椅靠背侧板质量最小为设计目标，以结构静强度和稳定性为约束 条件，对靠背侧板后曲线形状进行优化设计，数学模型由式(1)表示：

Min     W

S·t·  λ₁≥[λ]

        σ_max≤[σ]                 (1)

式中，W为轿车座椅靠背侧板的质量，λ1为最小屈曲特征值，[λ]为许用屈曲 特征值，σmax为最大应力，[σ]为材料的许用应力；

3.基于结构拓扑优化设计方法的轿车座椅靠背侧板表面压延筋的形貌优化设计

以侧板结构的稳定性为设计目标，以压延筋的基本尺寸：宽度，高度为设 计变量，采用式(2)的优化模型优化得到最佳的轿车座椅侧板压延筋形；

Max    λ₁                (2)

式中，λ1为最小屈曲特征值。

本发明的有益效果是：本发明由三个设计阶段组成，首先针对轿车座椅的 舒适性要求，基于人机工程学设计方法对轿车座椅靠背侧板的前曲线形状进行 合理的设计；然后针对轿车座椅的可靠性及经济性要求，采用结构优化设计方 法分别设计座椅靠背侧板的后曲线形状及表面压延筋的分布。因此在设计中综 合考虑了强度、稳定性、舒适性及经济性的因素，得到性能最优的靠背侧板结 构。应用例的优化过程前后结构的性能比较列于表4中，由表4可知侧板减重 22.38％，最小屈曲因子提高121.86％。

附图说明

图1是本发明的优化设计过程框图；

图2是脊柱的形状及组成示意图；

图3是轿车座椅靠背侧板设计阶段二的初始模型示意图，其中：h1是轿车座椅 靠背侧板根部宽度，h2是轿车座椅靠背侧板上部宽度，H是轿车座椅靠背侧板 高度；