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結(jié)論與展望本文運(yùn)用外點(diǎn)懲罰函數(shù)法和繪圖軟件CAD參考我國(guó)座椅強(qiáng)度法規(guī)，對(duì)某國(guó)廠乘用車座椅進(jìn)行舒適性和安全性進(jìn)行分析，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，建立了力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型，根據(jù)模型進(jìn)行試驗(yàn)，再進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而說(shuō)明本文所采用的建模和設(shè)計(jì)的方法是可行的。通過(guò)采用七自由度動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行車輛平順性仿真，可對(duì)車輛座椅的動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)話框按對(duì)話框控制語(yǔ)言(DCL)語(yǔ)法規(guī)則編寫(xiě)DCL文件描述了對(duì)話框的顯示樣式及其所包含的內(nèi)容。為此，設(shè)計(jì)了繪圖模塊的對(duì)話框及菜單。圖22乘用車座椅總成外觀尺寸檢驗(yàn)示意圖用戶調(diào)用車輛座椅零部件或總成參數(shù)化繪圖函數(shù)時(shí)，需在屏幕上逐行輸入數(shù)據(jù)，回車確定后，這些參數(shù)無(wú)法修改,這樣做既不方便也不直觀。另外，車輛座椅一般是按中等身材人體尺寸設(shè)計(jì)的，但希望它使矮小或高大身材的人坐上去以后,通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整也能獲得舒適坐姿。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，往往把程序分成若干功能模塊，編成相應(yīng)的計(jì)算、判斷、繪圖功能函數(shù)，分別調(diào)用并組合在一起,即可形成半智能的繪圖程序，車輛座椅繪圖軟件主要是用AutoLisp的函數(shù)功能增加有關(guān)零部件繪圖命令或繪圖函數(shù)。為此,我們對(duì)汽車座椅上重要的零部件實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì)。一般說(shuō)來(lái)，它比在圖形屏幕上直接繪圖快10~20倍，可大大縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。乘用車座椅的形式和尺寸隨使用對(duì)象的不同而改變，此時(shí)僅僅停留在AutoCAD的基本繪圖功能上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,而要實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)繪圖。某些零件只能用于某一部件或總成，但其多次出現(xiàn)，這就需要臨時(shí)把它定義為“塊”，用到時(shí)調(diào)入。為此,我們采用模塊化設(shè)計(jì)技巧，把裝配圖中各個(gè)部分分別用參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法繪制成圖并定義為塊，在繪制裝配圖時(shí)可以直接調(diào)用這些參數(shù)化圖塊。⑷參數(shù)化設(shè)計(jì)圖塊 在繪制裝配圖時(shí)，需要用到許多零部件,這些圖形的尺寸并不固定，而要根據(jù)設(shè)計(jì)的需要實(shí)時(shí)修改。定義聯(lián)接件圖塊時(shí),按照聯(lián)接件的機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)，繪制了二維視圖，分別以特定的名稱存盤。這八個(gè)部分各自獨(dú)立成塊，分別有50、95百分位三種形式，用戶可以根據(jù)需要把這些部分以合理的角度用關(guān)節(jié)聯(lián)接的形式拼合成人體立姿或坐姿下的二維圖形，利用三種百分位人體舒適坐姿的二維圖形，可以很直觀地檢查乘用車座椅靜態(tài)尺寸及調(diào)整特性是否合理。在乘用車座椅設(shè)計(jì)時(shí)，常會(huì)遇到一些尺寸和形狀比較固定且經(jīng)常重復(fù)出現(xiàn)的圖形,把這些經(jīng)常出現(xiàn)的圖形做成塊，存于磁盤的某一子目錄中，形成一個(gè)座椅設(shè)計(jì)專用圖庫(kù)。 ⑺提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和設(shè)計(jì)、生產(chǎn)效率，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造過(guò)程一體化。⑸減少零件在車間的流通時(shí)間和機(jī)床上裝卸、調(diào)整、測(cè)量、等待切削的時(shí)間，提高了加工效率。⑶由于采用了計(jì)算機(jī)輔助分析技術(shù)，可以從多方案進(jìn)行分析、比較，選出最佳方案，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。CAD技術(shù)與CAM技術(shù)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造一體化，具有明顯的優(yōu)越性，主要體現(xiàn)在：⑴有利于發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性，將他們從大量繁瑣的重復(fù)勞動(dòng)中解放出來(lái)。設(shè)計(jì)人員則可對(duì)計(jì)算、處理的中間結(jié)果做出判斷、修改，以便更有效地完成設(shè)計(jì)工作。其特點(diǎn)是將人的創(chuàng)造能力和計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力，巨大存儲(chǔ)能力和邏輯判斷能力很好地結(jié)合起來(lái)。乘用車座椅參數(shù)化繪圖軟件是基于AutoCAD ，它分為三個(gè)部分；乘用車座椅設(shè)計(jì)所需的基本圖形庫(kù)；有關(guān)零部件、總成的參數(shù)化繪圖程序；乘用車座椅繪圖界面。⑵向靠背加載的強(qiáng)度計(jì)算 主要是計(jì)算座椅受人體后背碰撞時(shí)，座椅骨架、座椅與車身的聯(lián)接件、調(diào)節(jié)器的強(qiáng)度。因此，設(shè)計(jì)乘用車座椅時(shí)必須對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)算，反復(fù)進(jìn)行強(qiáng)度校核,盡量以最少的材料、最輕的質(zhì)量滿足強(qiáng)度要求。乘用車座椅作為聯(lián)系人—車的一個(gè)重要部件，承受著復(fù)雜的載荷。⑹座墊傾角必須合理，一般駕駛員座椅傾角可大些，而乘客座椅傾角可小些，其取值范圍為。⑷靠背(加頭枕)設(shè)計(jì)高度為780 mm，調(diào)節(jié)范圍為680~830 mm。⑵適合于90%人的座墊有效深度為375 mm，調(diào)節(jié)范圍為375~470 mm。表3座椅傳給人體加速度功率譜峰值速度（km/h）前排駕駛員座椅前排駕駛員座椅峰值頻率Hz峰值峰值頻率Hz峰值實(shí)驗(yàn)值計(jì)算值實(shí)驗(yàn)值計(jì)算值實(shí)驗(yàn)值計(jì)算值實(shí)驗(yàn)值計(jì)算值40506070圖21優(yōu)化后坐墊上1/3倍合理的乘用車座椅靜態(tài)參數(shù)必須適合人的主、客觀需要，為駕駛員和乘客提供一個(gè)安全、舒適、方便的工作條件和乘坐環(huán)境。以座墊上總的加速度加權(quán)均方根值最小為目標(biāo),采用外點(diǎn)懲罰函數(shù)法,即可對(duì)乘用車座椅動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)國(guó)產(chǎn)某乘用車的計(jì)算結(jié)果表明,加速度功率譜、疲勞—工效降低界限都能與試驗(yàn)很好地吻合,% (表3)。a、b為前、后軸到質(zhì)心的距離；l為簧載質(zhì)量質(zhì)心至座椅的距離；、分別為前、后輪所遇路面不平的時(shí)域函數(shù)。⑵計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)制圖 ：根據(jù)乘用車座椅的結(jié)構(gòu)形式、尺寸參數(shù),在圖形屏幕上給出有關(guān)零部件和總成的工程。應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行乘用車座椅設(shè)計(jì)時(shí),主要包括兩方面內(nèi)容(見(jiàn)圖20)⑴理論計(jì)算 ：主要是確定動(dòng)、靜態(tài)參數(shù)。⑶提高了效率，降低了開(kāi)發(fā)成本。實(shí)踐證明，采用軟件對(duì)乘用車的座椅設(shè)計(jì)的方法與傳統(tǒng)的方法相比，體現(xiàn)了以下優(yōu)點(diǎn)：⑴建立了數(shù)字化模型，方便修改和管理。掀動(dòng)手柄式座椅調(diào)角器基本原理是:通過(guò)手柄操縱(小齒板或鎖止棘爪)使小齒板與大齒板脫開(kāi)，在回位彈簧的作用下，靠背自動(dòng)向前旋轉(zhuǎn)或在乘坐者外力作用下向后旋轉(zhuǎn)，調(diào)整至需要的靠背角度，然后松開(kāi)手柄，在手柄回位彈簧的作用下，大小齒板嚙合使靠背鎖止。圖18a為操縱手柄作用示意圖，圖18b為內(nèi)部齒板作用原理圖。⑴旋轉(zhuǎn)手柄式座椅調(diào)角器圖17所示為旋轉(zhuǎn)手柄式座椅調(diào)角器結(jié)構(gòu)圖，其調(diào)整過(guò)程為:旋轉(zhuǎn)手柄，帶動(dòng)手柄輪（偏心輪5）旋轉(zhuǎn)，手柄輪的偏心轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)周轉(zhuǎn)輪（齒環(huán)6）做周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因周轉(zhuǎn)輪與止動(dòng)板3（與座墊相連）和調(diào)整臂（與靠背相連）的內(nèi)齒同時(shí)嚙合，且止動(dòng)板與座墊固定連接，因而使調(diào)節(jié)臂（即靠背）轉(zhuǎn)動(dòng)，方向與手柄旋轉(zhuǎn)方向相同，從而達(dá)到了調(diào)節(jié)靠背角度的目的。依據(jù)人機(jī)工程和優(yōu)化理論設(shè)計(jì)的座椅靠背曲線，比較接近人體生態(tài)曲線,會(huì)使乘坐的舒適度有很大的提高，保證身體的健康，這能在一定程度上提高汽車的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。其作用是在發(fā)生碰撞時(shí)，減輕乘員頸椎可能受到的損傷。座墊深度設(shè)計(jì)的原則是在充分利用靠背的情況下，使臀部得到合理的支承，座墊深度不應(yīng)該超過(guò)人的大腿長(zhǎng)度。而靠背傾角、基本尺寸及其形狀對(duì)尾部碰撞的嚴(yán)重程度有很大影響。靠背的安全性設(shè)計(jì)應(yīng)考慮靠背的強(qiáng)度、傾角、基本尺寸及其形狀。所以設(shè)計(jì)座椅時(shí)必須對(duì)汽車座椅的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，盡量以最少的材料、最小的質(zhì)量滿足強(qiáng)度要求。乘用車行駛中，座椅要承受復(fù)雜的載荷。乘用車在座椅的安全設(shè)計(jì)時(shí)，除了設(shè)計(jì)安全帶和安全氣囊以外，以下部分對(duì)座椅的安全也是非常重要的。但在某種程度上，這種新的設(shè)計(jì)理念還是具有一定的現(xiàn)實(shí)意義的。本文中討論的斷裂問(wèn)題，其抽條區(qū)主要是指設(shè)計(jì)在肩帶胸部處，如果想用折疊式，也應(yīng)設(shè)計(jì)在此處。另外，高速碰撞下也很難出現(xiàn)這種理想效果。基于“斷裂”設(shè)計(jì)思路，當(dāng)前安全帶廠家在安全帶的設(shè)計(jì)過(guò)程中也初步有所考慮，如把腰帶部分設(shè)計(jì)成折疊式，讓碰撞過(guò)程中折疊部分打開(kāi)，使乘員臀部前移，上體后仰，以保護(hù)乘員的頭部。軟區(qū)的結(jié)構(gòu)要具有一定的強(qiáng)度，比如保證在相對(duì)車速為20km/h 的情況下不發(fā)生前移，如此約定，可以保證在低速碰撞下座椅不會(huì)損壞，也可以保證座椅前移時(shí)能消耗更多的能量。當(dāng)然座椅和安全帶的改進(jìn)應(yīng)與安全氣囊的開(kāi)發(fā)及車型綜合考慮。而對(duì)于座椅，雖然法規(guī)對(duì)其變形約束的條件并不太苛刻，但使用過(guò)程中，人們對(duì)其要求相當(dāng)高，對(duì)其變形的評(píng)判，也通常以“心理上可以接受為標(biāo)準(zhǔn)，這也導(dǎo)致了座椅廠家必須不斷地提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而提高座椅的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。否則，碰撞過(guò)程中，如果大量的能量在車體上找不到突破口來(lái)消耗，就只能轉(zhuǎn)而攻擊假人，導(dǎo)致假人一些傷害指標(biāo)的上升，所以，在整體結(jié)構(gòu)基本不變的情況下，改變座椅和安全帶結(jié)構(gòu)，以座椅前移、安全帶斷裂消耗能量代替頭骨碎裂和肋骨折斷消耗能量，則能更有效地保護(hù)乘員。以碰撞試驗(yàn)為例，由于碰撞壁完全剛性，不變形，轉(zhuǎn)換成其內(nèi)能的能量可以忽略不計(jì)，則大量的能量只能通過(guò)試驗(yàn)樣車和假人來(lái)消耗。對(duì)于碰撞而言，碰撞前的初始能量為，碰撞后的能量為0。另外，在要求座椅不動(dòng)、安全帶系統(tǒng)完好的情況下，要使碰撞中產(chǎn)生的強(qiáng)大的沖擊載荷無(wú)突破口來(lái)卸荷，對(duì)各部件的設(shè)計(jì)要求相當(dāng)高，這也增加了設(shè)計(jì)和加工的難度。從A、B兩車型匹配安全氣囊的臺(tái)車試驗(yàn)中可以初步看出，安全帶在起到一定的約束作用后斷裂，不但可以減小胸部相對(duì)脊柱的位移，避免肋骨被壓斷，還可以協(xié)助安全氣囊使HIC降低。在該袋型臺(tái)車試驗(yàn)之后作了一臺(tái)實(shí)車碰撞試驗(yàn)G，座椅被換成比較結(jié)實(shí)的。當(dāng)座椅被焊牢后，安全帶系統(tǒng)則成為軟肋，加之該安全帶的導(dǎo)向件為鋼板結(jié)構(gòu)，外包塑，且為預(yù)拉緊式安全帶，當(dāng)碰撞發(fā)生后，假人前移繃緊安全帶，卷收器內(nèi)收，回拉安全帶，如此常常導(dǎo)致導(dǎo)向件的包塑件被拉碎，鋼板硬邊把安全帶割斷。試驗(yàn)條件與A型車試驗(yàn)條件基本相同，只是安全帶為預(yù)拉緊式安全帶。從表1中可以看出，試驗(yàn) 和試驗(yàn)是被認(rèn)為正常的試驗(yàn)，但傷害值HIC 比較大，胸位移相對(duì)偏高；試驗(yàn)8和試驗(yàn)9發(fā)生了座椅變形的情況，但座椅未前移，試驗(yàn)結(jié)果比正常的情況偏小，