adams在座椅系统舒适性研究中的应用

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1、美国MDI(MechanicalDynamicsInc)公司2001年中国用户年会论文集ADAMS在座椅系统舒适性研究中的应用黄斌蒋祖华蔡洪上海交通大学机械学院CIM研究所摘要：本文利用ADAMS/VIEW提供的虚拟产品开发工具对公交车驾驶员座椅进行动态舒适性的研究。经过座椅系统的多体动力学仿真计算得出的加速度加权均方根值为0.7554m/s2小于客车驾驶员座椅的动态舒适性指标1.12m/s2允许值。物理实验也证实了这个结论。这说明：基于产品的计算机仿真模型的虚拟样机技术可以代替或部分代替物理样机对产品进行创新设计、测试和评估，

2、从而达到缩短开发周期、降低成本、改进产品设计质量的目的。1引言虚拟样机技术是基于产品的计算机仿真模型的数字化开发方法。它涉及多体动力学与运动学建模理论及其技术实现，是基于先进的建模技术、多领域仿真技术、信息管理技术、交互式用户界面技术和虚拟现实技术的综合应用技术。利用虚拟样机可以代替或部分代替物理样机对产品进行创新设计、测试和评估，缩短开发周期、降低成本、改进产品设计质量，提高面向客户和市场需求的能力。ADAMS（AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems）软件是广泛使用的机械系统动力

3、学仿真软件。用户可以利用ADAMS软件建立并且测试虚拟样机，实现在计算机上仿真复杂机械系统的运动性能。我们在国家863资助的有关客车的项目中，应用ADAMS软件对公交车的驾驶员座椅进行动态舒适性的分析。2研究意义汽车乘坐舒适性是汽车设计开发中的重要问题。汽车乘坐舒适性包括静态舒适性和动态舒适性，前者主要与尺寸参数、表面质量、调节特性等有关，后者则主要与振动特性有关。本文只讨论动态舒适性问题。汽车座椅是人体与汽车直接接触的部件，在路面激励下其动态性能直接影响人体对乘坐舒适性的评价。汽车振动系统主要有轮胎、汽车悬架和座椅三个减振环节

4、，为了降低传递到人体的振动程度、提高舒适性，人们选用弹性合理的轮胎，精心设计汽车底盘及悬架系统。研究表明：轮胎气压降低，减少轮胎垂直刚度，有利于提高汽车平顺性，但轮胎气压的降低会增加轮胎变形，这就减少了使用寿命；对汽车悬架系统来说，适当降低悬架刚度、增加阻尼，有利于提高汽车平顺性，但是悬架、阻尼的改变会影响操纵稳定性和制动稳定性，而这些性能与悬架参数的要求是互相矛盾的，改动余地很小；相比之下，座椅动态参数的改变对汽车的其他使用性能没有影响[1]。传统的研究方法是通过制造物理样机并进行试验，通过试验结果修正座椅的几何参数、物理参数

5、等，再进行反复多次的试验，得到符合静态和动态舒适性标准的座椅。很显然，这项工作是费时费力的，我们利用ADAMS软件对座椅进行建模和分析，大大地节省了时间和成本。-219-美国MDI(MechanicalDynamicsInc)公司2001年中国用户年会论文集3研究方法3．1汽车座椅乘坐动态舒适性评价方法在平顺性研究方面，国内外学者做了大量的工作，制定了几个较有影响的客观物理量评价方法[2]：乘坐舒适性系数法；吸收功率法；单一的不舒适性指数法；总体乘坐值法；国际标准ISO2631标准。1974年国际标准化组织正式公布了国际标准IS

6、O2631“人体承受全身振动评价指南”，1978年对ISO2631—1974作了一些编辑修改后再次公布为ISO2631—1978，它得到了许多国家的承认，并成为汽车行业汽车平顺性的评价方法。在建模前还要考虑人体的有关特性。人体严重的振动响应均在30Hz以下，而且上下振动对平顺性影响为70％，另有研究认为前后方向振动占12％。因此在建模时，考虑上下、前后的振动即可。对驾驶员来说，上下振动的敏感频率在4－8Hz之内，前后在1－2Hz之内[3][4]。本文对汽车座椅动态舒适性的评价方法采用国标GB4970—85标准。相应采用的评价方法

7、是依照GB4970-85和ISO2631－78，采用1/3倍频程加速度均方根值，通过“疲劳－工效降低界限”和“舒适性降低界限”查到相应允许暴露时间Tfd和Tcd来评价，用总的加权均方根值作为辅助评价指标。3．2动力学模型的建立在建立力学模型之前，为了方便研究，提出了以下基本假设：（1）把整个座椅减振系统分为上下两层，每层简化为刚体。上层是一个固联的刚体结构，拟把金属弹性及座垫弹性用弹性联接实现；下层的金属弹性简化成弹性联接。（2）由于座椅在纵向上的结构是对称的，因此，假设纵向上载荷也是对称的。（3）本研究只考虑座椅上层的上下、前

8、后和俯仰的振动对座椅舒适性的影响。图1表示座椅系统动力学模型。图1座椅系统动力学模型3．3动力学方程的建立ADAMS程序采用拉格朗日乘子法建立系统运动方程：-219-美国MDI(MechanicalDynamicsInc)公司2001年中国用户年会论文集（1）完