面向人体舒适性的车辆人－椅系统动力学研究

探索车辆环境中人－椅系统动力学问题，是车辆舒适性研究的关键科学问题。本项目拟在试验测试的基础上，综合运用有限元方法和多体动力学方法，面向人体舒适性探索车辆人－椅系统动力学的基础问题。研究在车辆典型行驶工况下，人椅系统静态特性、人椅系统动态特性、人体生物力学特性之间的耦合关系，以及车辆行驶工况、座椅特征等外界环境的影响；研究面向人体舒适性的车辆人椅系统动力学建模方法，运用计算力学，探讨人体动力学建模方法，考虑座椅座垫、靠背材料的本构关系和动态特性，建立座椅动力学模型；结合理论和试验，研究人椅系统的动力学参数识别方法，建立面向人体舒适性的车辆人椅系统动力学模型；以提高人体舒适性为目标，运用多学科优化理论和结构优化方法，探索适用于人椅系统的设计方法和理论，为设计高舒适性的车辆人椅系统提供理论与技术支撑。

按照项目研究目标，面向人体舒适性探索车辆人－椅系统动力学中的一些基础问题，围绕两个关键问题（人椅系统振动响应特性和人椅系统建模方法研究）开展了研究工作，主要进展和成果如下：. 1）汽车乘员座椅系统人体振动特性研究：在汽车行驶工况下测量了乘员座椅系统中人体各部位的振动，分析了人体在实际工况下的振动特点，并探讨了人体振动响应特性，对座椅系统的隔振特性进行了分析，表明人体靠背处前后方向的振动较大，但也是目前被忽略的振动部位，座椅对人体靠背、头部振动的衰减特性应受到重视，为人体振动舒适性的评价和座椅的设计提供了参考。. 2）汽车乘员座椅系统体压分布特性研究：采用通过本项目购置的体压分布测量设备，对汽车乘员座椅系统进行了体压分布试验，包括静态和汽车等速行驶这一动态工况，包括城市道路和高速公路两种路况，通过对人椅系统中体压分布特性的分析，比较了静态和动态下的差异，总结了一些规律，并探讨了体压分布参数与人体所受振动的关系。. 3）人体动力学建模方法研究：针对人体振动响应特性随振动强度非线性变化的特性，在基于模态描述的动力学模型上对模型刚度作了非线性假设，讨论了建模方法，给出了一种简单有效的建模方法。为了能准确反映人体动态等效质量和传递函数，并能减少模型的复杂程度，考虑坐姿保持机制，建立了6自由度坐姿人体模型，利用多目标优化方法进行参数识别。. 4）面向体压分布的人体建模方法研究：为能准确预测人体体压分布特性，以Hybrid人体模型为基础，结合文献给出的人体参数建立了能预测体压分布的人体有限元模型，对人体模型从人体体段质量上进行了验证，以几种不同坐姿下的体压测量数据为参考，在刚性座椅和汽车座椅上检验了该模型的准确性。. 5）结构优化方法研究：对结构优化方法展开了研究，以抑制结构振动噪声为目的，研究基于优化准则法的阻尼材料拓扑优化方法；以结构模态频率为目标，利用形状优化的方法对发动机在车架上的安装位置和安装角度进行了优化；针对车辆动力学中的多目标优化问题，采用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化，运用Pareto最优解集的方法来获得最优解。. 6）获重庆市自然科学三等奖1项，已在国内核心期刊上发表论文3篇（EI检索），录用待发表论文2篇（EI期刊），投稿审稿中论文3篇。参加国内国际学术会议2人次。已培养硕士4人，1名博士生和2名硕士生在读。