【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及車輛，具體涉及零重力座椅碰撞安全性虛擬測試評價方法、系統及設備。
技術介紹
1、隨著自動駕駛技術的發展，車內乘員對乘坐舒適性和個性化需求日益增加。研究表明，傾斜的乘坐姿態，尤其是“零重力”姿態有助于乘客在車內休息和放松，以此為參考設計的帶有腿托、靠背和坐墊高度可調的零重力座椅是當前車輛乘員艙設計的熱點。然而，現有的自動駕駛技術無法完全地避免碰撞事故的發生。針對零重力座椅在車輛碰撞中的安全性亟待評價。
2、現有的座椅及其附屬約束系統的安全性評價主要依賴基于碰撞測試假人的整車及滑臺物理測試。然而，已有的成熟應用的碰撞測試假人主要基于直立姿態坐姿開發，在大傾角斜躺姿態下無法較好的匹配座椅。基于有限元方法的虛擬測試很好的解決了物理測試中工具和邊界條件限制，尤其是虛擬測試工具中，人體有限元模型和真實人體具有相同的生理結構和材料特性，相較于假人有更高的生物逼真度。基于人體有限元模型的碰撞安全性測試及評價方法是未來車輛安全測試的重要方向。
3、因此，我們提出一種零重力座椅碰撞安全性虛擬測試及評價方法、系統及設備。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是，克服現有技術的不足，提供一種零重力座椅碰撞安全性虛擬測試評價方法、系統及設備，旨在解決現有技術中無法對零重力座椅的碰撞安全性進行整體評價的技術問題。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：
3、第一方面，本專利技術提供了一種零重力座椅碰撞安全性虛擬測試評價方法，
4、構建基于待測試評價的零重力座椅有限元模型，搭建基于零重力座椅第一約束條件的虛擬滑臺測試環境；
5、在所述虛擬滑臺測試環境中，根據所述第一約束條件生成基于人體有限元模型的第二約束條件，通過所述第二約束條件調節人體有限元模型姿態并耦合匹配虛擬滑臺測試環境，以進行虛擬計算測試；
6、基于虛擬計算測試結果，提取基于所述人體有限元模型的動力學數據、生物力學數據以及運動動畫數據的待分析數據，對所述待分析數據進行分析后輸出基于人體運動和人體損傷的安全性虛擬測試評價結果；
7、其中，所述第一約束條件包括基于座椅靠背骨架上緣特征點與靠背旋轉中心連線與豎直面夾角的座椅靠背角angle(ba)，座椅坐墊骨架前緣特征點與坐墊旋轉中心連線與水平面夾角的零重力座椅坐墊角angle(ca)，座椅腿托骨架下緣特征點與腿托旋轉中心連線與豎直面夾角的座椅腿托角angle(lsa)；所述第二約束條包括基于人體有限元模型的目標骨盆角、軀干角、腰椎角、大腿角度及小腿角度。
8、根據上述技術手段，由于構建的是測試環境，在測試環境中需要對零重力座椅有限元模型進行整體構建，為了得到有效的評價結果，還需要對座椅有限元模型的約束系統進行部署。
9、進一步，構建基于待測試評價的零重力座椅有限元模型的步驟還包括在構建基于待測試評價的零重力座椅有限元模型時，判斷是否存在待測試評價的零重力座椅的附屬約束系統，若不在，則調取預先存儲的標準安全帶約束系統；
10、其中，所述零重力座椅有限元模型至少包括基于座椅支架，坐墊，靠背，頭枕和腿托結構的零重力座椅模型尺寸和質量數據；所述附屬約束系統至少包括安全帶、固定裝置和坐墊氣囊結構；所述標準安全帶約束系統的固定點位置基于空間坐標控制參數快速隨動調節。
11、根據上述技術手段，為了實現測試結果更符合實際應用，構建的座椅有限元模型需要和座椅實物具有相同的功能性結構，包括尺寸和質量，從而提高座椅有限元模型的有效性。
12、進一步，搭建基于零重力座椅第一約束條件的虛擬滑臺測試環境的步驟還包括確認零重力座椅有限元模型中的零重力座椅與所述附屬約束系統或者所述標準安全帶約束系統的功能位置進行匹配，其中，所述功能位置至少包括座椅h點、座椅坐墊角，座椅靠背角，座椅腿托角，安全帶d環的位置，安全帶卡扣的位置及安全帶錨點的位置；
13、所述安全帶d環與待測試評價的零重力座椅靠背骨架剛性耦合，將安全帶卡扣的外側卡扣、安全帶錨點的內側錨點與零重力座椅坐墊骨架剛性耦合。
14、根據上述技術手段，座椅有限元模型的構建需要與人體有限元模型匹配，從而得到人體模型中關于人員的評價結果，因此，人體有限元模型也需要設置相應的約束條件。
15、進一步，根據所述第一約束條件生成基于人體有限元模型的第二約束條件的步驟包括將所述第一約束條件輸入如下公式生成第二約束條件：
16、目標骨盆角表示為骨盆與豎直面夾角：angle(pelvis)＝55.5+0.33*angle(ba)；
17、軀干角表示為肩部-h點連線與豎直面夾角：angle(torso)＝-7.5+0.86*angle(ba)；
18、腰椎角表示為腰椎與豎直面的夾角：angle(lumbar)＝2.3+0.59*angle(ba)；
19、大腿角度表示為大腿與水平面的夾角：angle(thigh)＝9.5+angle(ca)；
20、小腿角度表示為小腿與水平面的夾角：angle(leg)＝9.5+angle(lsa)。
21、根據上述技術手段，為了在測試過程中得到有效的測試結果，虛擬測試環境中人體有限元模型需要與座椅模型耦合，從而將測試結果更好的應用于實際座椅中。
22、進一步，通過所述第二約束條件調節人體有限元模型姿態并耦合匹配虛擬滑臺測試環境，以進行虛擬計算測試的步驟包括：
23、將所述第二約束條件中的各個角度進行分解后生成人體有限元模型對應的鉸鏈角度，以將初始直立姿態的標準人體有限元位姿變換成定制化目標躺姿，并與零重力座椅有限元模型耦合；
24、完成匹配對應的h點位置后在零重力座椅的座椅和坐墊靠背上形成自然的壓痕，以及完成安全帶的匹配；
25、在完成虛擬滑臺測試環境的匹配后，輸入標準正面50％重疊移動漸進變形壁障碰撞mpdb波形，并進行虛擬計算測試參數的設置后進行虛擬計算測試。
26、根據上述技術手段，在進行虛擬計算測試完成后還需要對計算的有效性進行評價，在滿足有效性要求后再進行相應的數據提取，目的是得到基于動力學、生物力學和運動動畫數據的有效評價計算結果。
27、進一步，提取所述人體有限元模型的動力學數據、生物力學數據以及運動動畫數據中的所述動力學數據包括：
28、頭部質心和骨盆h點處x向及合成加速度-時間歷程曲線及峰值；
29、頸椎椎體截面的軸向力fz、側向剪切力fy、屈曲力矩my及側屈力矩mx的時間歷程曲線及峰值；
30、胸椎和腰椎椎體截面的軸向力fz和屈曲力矩my的峰值；
31、髂嵴截面處軸向力fz-時間歷程曲線及峰值；
32、所述生物力學數據包括：
33、脊柱：頸椎、胸椎和腰椎處椎體皮質骨的第一主應變mpscs，mpsts和mpsls峰值；
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【技術保護點】
1.零重力座椅碰撞安全性虛擬測試評價方法，其特征在于，所述評價方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的評價方法，其特征在于：構建基于待測試評價的零重力座椅有限元模型的步驟還包括在構建基于待測試評價的零重力座椅有限元模型時，判斷是否存在待測試評價的零重力座椅的附屬約束系統，若不在，則調取預先存儲的標準安全帶約束系統；
3.根據權利要求2所述的評價方法，其特征在于：搭建基于零重力座椅第一約束條件的虛擬滑臺測試環境的步驟還包括確認零重力座椅有限元模型中的零重力座椅與所述附屬約束系統或者所述標準安全帶約束系統的功能位置進行匹配，其中，所述功能位置至少包括座椅H點、座椅坐墊角，座椅靠背角，座椅腿托角，安全帶D環的位置，安全帶卡扣的位置及安全帶錨點的位置；
4.根據權利要求3所述的評價方法，其特征在于：根據所述第一約束條件生成基于人體有限元模型的第二約束條件的步驟包括將所述第一約束條件輸入如下公式生成第二約束條件：
5.根據權利要求4所述的評價方法，其特征在于：通過所述第二約束條件調節人體有限元模型姿態并耦合匹配虛擬滑臺測試環境，以進行虛擬
6.根據權利要求5所述的評價方法，其特征在于：提取所述人體有限元模型的動力學數據、生物力學數據以及運動動畫數據中的所述動力學數據包括：
7.根據權利要求6所述的評價方法，其特征在于：對所述待分析數據進行分析后輸出基于人體運動的安全性虛擬測試評價結果的步驟包括：
8.根據權利要求6所述的評價方法，其特征在于：對所述待分析數據進行分析后輸出人體損傷的安全性虛擬測試評價結果的步驟包括：
9.零重力座椅碰撞安全性虛擬測試評價系統，其特征在于，所述評價系統應用于如權利要求1-8任意一項所述的評價方法，所述系統包括：
10.一種電子設備，其特征在于，所述設備包括：
...【技術特征摘要】
1.零重力座椅碰撞安全性虛擬測試評價方法，其特征在于，所述評價方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的評價方法，其特征在于：構建基于待測試評價的零重力座椅有限元模型的步驟還包括在構建基于待測試評價的零重力座椅有限元模型時，判斷是否存在待測試評價的零重力座椅的附屬約束系統，若不在，則調取預先存儲的標準安全帶約束系統；
3.根據權利要求2所述的評價方法，其特征在于：搭建基于零重力座椅第一約束條件的虛擬滑臺測試環境的步驟還包括確認零重力座椅有限元模型中的零重力座椅與所述附屬約束系統或者所述標準安全帶約束系統的功能位置進行匹配，其中，所述功能位置至少包括座椅h點、座椅坐墊角，座椅靠背角，座椅腿托角，安全帶d環的位置，安全帶卡扣的位置及安全帶錨點的位置；
4.根據權利要求3所述的評價方法，其特征在于：根據所述第一約束條件生成基于人體有限元模型的第二約束條件的步驟包括將所述第一約...
【專利技術屬性】
技術研發人員：萬鑫銘，費敬，劉煜，白中浩，王沛豐，王強，王國杰，劉明，楊笑婷，
申請(專利權)人：中國汽車工程研究院股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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