汽車座椅導(dǎo)軌接觸部位剛度和阻尼優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種汽車座椅導(dǎo)軌接觸部位剛度和阻尼優(yōu)化方法，本發(fā)明所要闡述的是通過將試驗(yàn)與有限元優(yōu)化相結(jié)合的方法來快速獲取汽車座椅導(dǎo)軌內(nèi)部鋼珠與內(nèi)外軌之間結(jié)合部等效參數(shù)的一套完整方法。在建模過程中，利用彈簧阻尼單元代替內(nèi)部鋼珠與內(nèi)外軌之間的接觸，該彈簧阻尼單元由剛度和阻尼兩個(gè)參數(shù)來決定其屬性，本發(fā)明所得到的汽車座椅導(dǎo)軌內(nèi)部鋼珠與內(nèi)外軌之間結(jié)合部等效參數(shù)即為彈簧阻尼單元的剛度和阻尼的優(yōu)化值，以該剛度和阻尼的優(yōu)化值建立仿真模型，可以較準(zhǔn)確模擬汽車座椅導(dǎo)軌內(nèi)結(jié)合部的正確連接關(guān)系，有效保證仿真結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性。
【專利說明】
汽車座椅導(dǎo)軌接觸部位剛度和阻尼優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及汽車座椅導(dǎo)軌接觸部位剛度和阻尼的優(yōu)化方法，尤指一種基于試驗(yàn)和有限元分析的汽車座椅導(dǎo)軌接觸部位剛度和阻尼的優(yōu)化方法。

【背景技術(shù)】
[0002]汽車座椅導(dǎo)軌是汽車座椅與車身之間的連接件(主要由內(nèi)軌、外軌、鋼珠、保持架、卡舌等組成。隨著有限元計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用有限元技術(shù)對(duì)座椅各部件的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行建模仿真成為解決汽車座椅動(dòng)力學(xué)問題的有效手段，而能否建立準(zhǔn)確科學(xué)的座椅導(dǎo)軌有限元模型則成為影響仿真分析準(zhǔn)確性的主要因素。
[0003]在汽車座椅導(dǎo)軌有限兀建模過程中，導(dǎo)軌內(nèi)部鋼珠與內(nèi)外軌之間結(jié)合部的建模一直是建模的難點(diǎn)，以往在對(duì)導(dǎo)軌模型進(jìn)行模態(tài)仿真和動(dòng)力學(xué)仿真時(shí)，或者是以簡(jiǎn)單接觸對(duì)來代替，或者直接以剛性連接代替。但是這樣顯然無法準(zhǔn)確模擬導(dǎo)軌內(nèi)結(jié)合部的正確連接關(guān)系，仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性難以得到保證。另外一種比較典型的方法是以若干彈簧阻尼單元構(gòu)成的動(dòng)力學(xué)模型來代替接觸。彈簧阻尼單元由剛度和阻尼兩個(gè)參數(shù)來決定其屬性。但是目前對(duì)彈簧剛度的獲取多采用解析法，對(duì)于阻尼多采用經(jīng)驗(yàn)值，如此有限元模型的準(zhǔn)確性同樣無法得到保障。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種汽車座椅導(dǎo)軌接觸部位剛度和阻尼的優(yōu)化方法，解決現(xiàn)有采用解析法獲取剛度和采用經(jīng)驗(yàn)值獲取阻尼而帶來的不準(zhǔn)確的問題。
[0005]實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明一種汽車座椅導(dǎo)軌接觸部位剛度和阻尼優(yōu)化方法，包括:
[0007]對(duì)汽車座椅導(dǎo)軌的樣件進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，獲取模態(tài)試驗(yàn)中所述汽車座椅導(dǎo)軌的樣件的固有頻率及振型；
[0008]建立所述汽車座椅導(dǎo)軌的有限元模型，在所述有限元模型中于所述汽車座椅導(dǎo)軌中的鋼珠與內(nèi)外軌的結(jié)合部嵌入彈簧阻尼單元用以等效所述鋼珠；
[0009]通過優(yōu)化算法以模態(tài)試驗(yàn)中所述汽車座椅導(dǎo)軌的樣件的固有頻率及振型為目標(biāo)值，以所述彈簧阻尼單元的剛度為設(shè)計(jì)變量，進(jìn)行所述彈簧阻尼單元的剛度優(yōu)化，從而獲得優(yōu)化后的等效剛度；
[0010]在給定激勵(lì)條件下對(duì)汽車座椅導(dǎo)軌的樣件進(jìn)行掃頻試驗(yàn)，獲取響應(yīng)點(diǎn)的樣件響應(yīng)曲線；
[0011]以相同的激勵(lì)對(duì)所述汽車座椅導(dǎo)軌的有限元模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，輸出對(duì)應(yīng)所述汽車座椅導(dǎo)軌的有限元模型的響應(yīng)點(diǎn)的有限元模型響應(yīng)曲線；
[0012]通過優(yōu)化軟件對(duì)所述樣件響應(yīng)曲線和所述有限元模型響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合，在擬合過程中所述彈簧阻尼單元的阻尼作為設(shè)計(jì)變量，進(jìn)行所述彈簧阻尼單元的阻尼優(yōu)化，從而獲得優(yōu)化后的等效阻尼；
[0013]以優(yōu)化所得等效剛度及阻尼重新建立汽車座椅導(dǎo)軌的有限元模型。
[0014]通過試驗(yàn)和有限元優(yōu)化相結(jié)合的方法，可以快速獲取汽車座椅導(dǎo)軌內(nèi)部鋼珠與內(nèi)外軌之間結(jié)合部的剛度和阻尼參數(shù)，相比現(xiàn)有采用解析法獲取剛度和采用經(jīng)驗(yàn)值獲取阻尼的方法所得剛度和阻尼值更加準(zhǔn)確。據(jù)此，汽車座椅導(dǎo)軌建模可以準(zhǔn)確模擬導(dǎo)軌內(nèi)部鋼珠與內(nèi)外軌之間結(jié)合部的正確連接關(guān)系，仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性得到較好的保證。
[0015]本發(fā)明汽車座椅導(dǎo)軌接觸部位剛度和阻尼優(yōu)化方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，運(yùn)用如下目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行所述彈簧阻尼單元的剛度優(yōu)化:
[0016]F(U2) = (Frf1) 2+(F2-f2)2
[0017]其中:F1;F2為模態(tài)試驗(yàn)中所述汽車座椅導(dǎo)軌的固有頻率值，f1;f2為基于所述有限元模型計(jì)算模態(tài)固有頻率值。
[0018]本發(fā)明汽車座椅導(dǎo)軌接觸部位剛度和阻尼優(yōu)化方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，運(yùn)用如下目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行所述彈簧阻尼單元的阻尼優(yōu)化:
Ir ? v V
Σ(.
[0019]OBJ=上^——I
I ”
I \J
[0020]其中:yi為有限元計(jì)算響應(yīng)曲線上各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的縱坐標(biāo)，Hi為試驗(yàn)輸出曲線各點(diǎn)對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)，η為每條曲線上所取點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為對(duì)汽車座椅導(dǎo)軌樣件力錘激勵(lì)模態(tài)試驗(yàn)穩(wěn)定圖；
[0022]圖2為對(duì)汽車座椅導(dǎo)軌樣件力錘激勵(lì)的第一階振型；
[0023]圖3為對(duì)汽車座椅導(dǎo)軌樣件力錘激勵(lì)的第二階振型；
[0024]圖4為汽車座椅導(dǎo)軌的有限元模型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為汽車座椅導(dǎo)軌有限元模型內(nèi)設(shè)置彈簧阻尼單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6為優(yōu)化后第一階的模態(tài)振型和試驗(yàn)?zāi)B(tài)振型的對(duì)比圖；
[0027]圖7為優(yōu)化后第二階的模態(tài)振型和試驗(yàn)?zāi)B(tài)振型的對(duì)比圖；
[0028]圖8為對(duì)汽車座椅導(dǎo)軌樣件給定激勵(lì)的激勵(lì)、響應(yīng)信號(hào)圖；
[0029]圖9為優(yōu)化前的有限元模型的響應(yīng)信號(hào)圖；以及
[0030]圖10為優(yōu)化后的有限元模型的響應(yīng)信號(hào)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0032]本發(fā)明所要闡述的是通過將試驗(yàn)與有限元優(yōu)化相結(jié)合的方法來快速獲取汽車座椅導(dǎo)軌內(nèi)部鋼珠與內(nèi)外軌之間結(jié)合部等效參數(shù)的一套完整方法。在建模過程中，利用彈簧阻尼單元代替內(nèi)部鋼珠與內(nèi)外軌之間的接觸，該彈簧阻尼單元由剛度和阻尼兩個(gè)參數(shù)來決定其屬性，本發(fā)明所得到的汽車座椅導(dǎo)軌內(nèi)部鋼珠與內(nèi)外軌之間結(jié)合部等效參數(shù)即為彈簧阻尼單元的剛度和阻尼的優(yōu)化值，以該剛度和阻尼的優(yōu)化值建立仿真模型，可以較準(zhǔn)確模擬汽車座椅導(dǎo)軌內(nèi)結(jié)合部的正確連接關(guān)系，有效保證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。在本發(fā)明提供的方法指導(dǎo)下，完成了某型號(hào)汽車座椅導(dǎo)軌有限元模型結(jié)合部的建立。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明汽車座椅導(dǎo)軌接觸部位剛度和阻尼優(yōu)化方法進(jìn)行說明。
[0033]本發(fā)明汽車座椅導(dǎo)軌接觸部位剛度和阻尼優(yōu)化方法，包括:
[0034]根據(jù)剛度顯著影響系統(tǒng)固有頻率及其振型的特點(diǎn)，對(duì)汽車座椅導(dǎo)軌樣件進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，以獲取試驗(yàn)?zāi)B(tài)中汽車座椅導(dǎo)軌樣件的固有頻率及其振型。
[0035]通過模態(tài)試驗(yàn)獲得了汽車座椅導(dǎo)軌樣件的模態(tài)參數(shù)，如圖1所示，模態(tài)試驗(yàn)為對(duì)汽車座椅導(dǎo)軌樣件進(jìn)行力錘激勵(lì)，圖1顯示了力錘激勵(lì)模態(tài)試驗(yàn)穩(wěn)定圖。汽車座椅導(dǎo)軌樣件對(duì)路面激勵(lì)敏感頻率為40Hz以下的低頻段，在此頻段內(nèi)我們找到前兩階固有頻率及振型，為后續(xù)剛度優(yōu)化提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即如表1所示的第一階頻率和第二階頻率，圖2和圖3所示的第一階振型和第二階振型。
[0036]

【權(quán)利要求】
1.一種汽車座椅導(dǎo)軌接觸部位剛度和阻尼優(yōu)化方法，其特征在于，包括: 對(duì)汽車座椅導(dǎo)軌的樣件進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，獲取模態(tài)試驗(yàn)中所述汽車座椅導(dǎo)軌的樣件的固有頻率及振型； 建立所述汽車座椅導(dǎo)軌的有限元模型，在所述有限元模型中于所述汽車座椅導(dǎo)軌中的鋼珠與內(nèi)外軌的結(jié)合部嵌入彈簧阻尼單元用以等效所述鋼珠； 通過優(yōu)化算法以模態(tài)試驗(yàn)中所述汽車座椅導(dǎo)軌的樣件的固有頻率及振型為目標(biāo)值，以所述彈簧阻尼單元的剛度為設(shè)計(jì)變量，進(jìn)行所述彈簧阻尼單元的剛度優(yōu)化，從而獲得優(yōu)化后的等效剛度； 在給定激勵(lì)條件下對(duì)汽車座椅導(dǎo)軌的樣件進(jìn)行掃頻試驗(yàn)，獲取響應(yīng)點(diǎn)的樣件響應(yīng)曲 線.以相同的激勵(lì)對(duì)所述汽車座椅導(dǎo)軌的有限元模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，輸出對(duì)應(yīng)所述汽車座椅導(dǎo)軌的有限元模型的響應(yīng)點(diǎn)的有限元模型響應(yīng)曲線； 通過優(yōu)化軟件對(duì)所述樣件響應(yīng)曲線和所述有限元模型響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合，在擬合過程中所述彈簧阻尼單元的阻尼作為設(shè)計(jì)變量，進(jìn)行所述彈簧阻尼單元的阻尼優(yōu)化，從而獲得優(yōu)化后的等效阻尼； 以優(yōu)化所得等效剛度及阻尼重新建立汽車座椅導(dǎo)軌的有限元模型。
2.如權(quán)利要求1所述的汽車座椅導(dǎo)軌接觸部位剛度和阻尼優(yōu)化方法，其特征在于，運(yùn)用如下目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行所述彈簧阻尼單元的剛度優(yōu)化: F(U) = (Frfimf2)2 其中:F1; F2為模態(tài)試驗(yàn)中所述汽車座椅導(dǎo)軌的固有頻率值，f1;f2為基于所述有限元模型計(jì)算模態(tài)固有頻率值。
3.如權(quán)利要求1所述的汽車座椅導(dǎo)軌接觸部位剛度和阻尼優(yōu)化方法，其特征在于，運(yùn)用如下目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行所述彈簧阻尼單元的阻尼優(yōu)化:
其中..1i為有限元計(jì)算響應(yīng)曲線上各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的縱坐標(biāo)，Hi為試驗(yàn)輸出曲線各點(diǎn)對(duì)應(yīng)縱坐標(biāo)，η為每條曲線上所取點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104166778SQ201410452664
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】余慧杰, 丁曉紅, 張晨, 韓佳慧, 王海華 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué), 上海延鋒江森座椅有限公司