一種基于CAE技術的汽車座椅假人碰撞接觸力曲線采集方法與流程
本發明涉及一種基于CAE（Computer Aided Engineering）技術的汽車座椅假人碰撞接觸力采集方法，屬于到汽車座椅碰撞的仿真試驗領域。
背景技術：
國標中有很多汽車座椅帶假人碰撞的試驗，例如正碰試驗，后碰試驗，鞭打試驗以及靠背強度試驗等。
現在各主流仿真軟件提供的Hybrid Ⅲ假人模型，身體各部位的網格尺寸均比較大，棱角分明，在仿真模擬過程中極易與前方障礙物（正副駕駛與儀表板、后方乘客與前方座椅靠背等）發生穿透等失真的仿真結果，提取出的接觸力更是與實際相差甚遠。
座椅靠背與后方假人的接觸力，與座椅靠背的強度設計、乘員的被動保護以及座椅乘坐的舒適性息息相關。因此，準確的接觸力曲線，對于汽車座椅前期設計，具有重要的參考意義。
目前，針對座椅靠背與后方假人的接觸力采集，通常使用的方法是以假人上半身的質量與實驗加速度最大值相乘，此種方法采集的接觸力普遍偏大，而且不能很好的反應接觸力隨時間的變化趨勢，以此為參考進行結構設計容易導致強度過剩。
技術實現要素：
為了解決上述存在的技術問題，本發明提供一種基于CAE技術的的汽車座椅假人碰撞接觸力曲線采集方法，該方法采用新方法針對有限元建立的假人模型進行二次處理，可以避免在碰撞過程中，假人與前方障礙物的穿透，提取出比較準確的座椅靠背與后方假人的接觸力曲線。
本發明的目的是通過下述技術方案實現的：一種基于CAE技術的汽車座椅假人碰撞接觸力曲線采集方法，其特征在于，步驟如下：
（1）應用CAE前處理軟件Hyperworks，建立前排座椅與后排輔助座椅的有限元模型，以及車身環境模型；
（2）將假人數據導入步驟（1）建立的有限元模型中；移動假人，使其H點與后排輔助座椅的R點重合；調整假人坐姿，使其符合實際乘員乘坐情況；
（3）在假人的頭部、胸部、膝部、小腿以及腳部的外表面建立接觸膜單元，通過膜單元與前方座椅靠背接觸，設置摩擦系數，接觸厚度參數；設定接觸力名稱,頭部為Df，膝部為Kf，小腿為Lf，腳部為Ff；
（4）在假人的手部選取四個指定點，包括食指上表面的兩個端點，小指下表面外側的端點以及手腕部上表面外側的端點，通過此四個點建立左手空間球面Ⅰ及右手空間球面Ⅱ，并分別與左手、右手的手部進行捆綁；
（5）將步驟（4）獲取的球面Ⅰ、球面Ⅱ分別與前排座椅靠背建立面接觸對，設置摩擦系數，接觸厚度參數；設定接觸力名稱，左手設定為Hlf，右手為Hrf；
（6）設置輸出接觸力，提交CAE求解器軟件LS-DYNA運算；
（7）通過CAE可視化后處理軟件Hyperview調取運算結果；
（8）分別提取出各接觸對的接觸力曲線，并對所有曲線做濾波處理；
（9）將濾波過的曲線進行加權處理，即可得到比較準確的假人與前方座椅靠背的接觸力曲線Sf；
加權公式為：Sf=Df×1.1+Kf+Lf×0.8+Ff×0.2+Hlf+Hrf。
所述假人的頭部外表面建立接觸膜單元的單元尺寸為5mm×5mm，摩擦系數設為0.3，接觸厚度設定為5mm。
所述假人的膝部、小腿以及雙腳外表面建立接觸膜單元的單元尺寸均為3mm×3mm，接觸厚度均為5mm。
所述左手空間球面Ⅰ和右手空間球面Ⅱ的建立過程中，摩擦系數設為0.25，接觸厚度設為5mm。
本發明的有益效果：本發明的方法是在假人的頭部、胸部、膝部、小腿以及雙腳的外表面建立接觸膜單元，通過膜單元與前方座椅靠背接觸；在假人手部選取四個指定點，包括食指上表面的兩個端點，小指下表面外側的端點以及手腕部上表面外側的端點，通過此四個點建立空間球面并與手部進行捆綁，用球面代替手部與前方座椅靠背進行接觸。如此便可得到比較準確的接觸力曲線。該方法已通過試驗驗證，易于實現，具有很強的通用性。通過本方法，可以避免在仿真分析過程中，假人身體與前方障礙物的穿透等失真的變形結果，提取出比較準確的接觸力曲線，對汽車座椅前期設計有重要意義。
附圖說明
圖1為本發明方法的流程圖。
圖2為本發明方法的有限元模型圖。
圖3為左手球面取點示意圖。
圖4為左手球面捆綁示意圖。
圖5為本發明方法采集的接觸力曲線示意圖。
具體實施方式
一種基于CAE技術的汽車座椅假人碰撞接觸力曲線采集方法，其步驟如下：
（1）應用CAE前處理軟件Hyperworks，建立前排座椅與后排輔助座椅的有限元模型，以及車身環境模型；
（2）將假人數據導入步驟（1）建立的有限元模型中；移動假人，使其H點與后排輔助座椅的R點重合；調整假人坐姿，包括假人的骨盆角，軀干角，頸部角度，以及大臂小臂、大腿小腿的角度，使其符合實際乘員乘坐情況；
（3）在假人頭部外表面建立接觸膜單元，細化單元尺寸為5mm×5mm，并與前排座椅頭枕建立surface-to-surface接觸，摩擦系數設為0.3，接觸厚度設定為5mm，設定輸出接觸對名稱為Df。在假人膝部、小腿以及雙腳外表面建立接觸膜單元，細化單元尺寸為3mm×3mm，分別與前方座椅相應部位建立surface-to-surface接觸，接觸厚度設定為5mm，設定輸出接觸對名稱，其中膝部設定為Kf，小腿為Lf，腳部為Ff。
（4）在假人左手上，取食指上表面的兩個端點，編號為點1、點2，小指下表面外側的端點，編號為點3，以及手腕部上表面外側的端點，編號為點4，以此四個點為基準點，建立空間球面，將手包裹于球面內。截取球體表面，只保留手指端部部分的球面，賦予其剛性屬性，厚度設定為5mm，并與手指捆綁，標記為球面Ⅰ。按照的方法，在右手指端建立球面Ⅱ，與右手手指捆綁；
（5）將步驟（4）獲取的球面Ⅰ、球面Ⅱ分別與前排座椅靠背建立面surface-to-surface接觸對，摩擦系數設為0.25，接觸厚度設為5mm，設定輸出接觸對名稱，其中左手設定為Hlf，右手為Hrf；
（6）設置輸出接觸力，提交CAE求解器軟件LS-DYNA運算；
（7）通過CAE可視化后處理軟件Hyperview調取運算結果；
（8）分別提取出各接觸對的接觸力曲線，并對所有曲線做濾波處理，濾波頻率等級設定為600；
（9）將濾波過的曲線進行加權處理，即可得到比較準確的假人與前方座椅靠背的接觸力曲線Sf；
加權公式為：Sf=Df×1.1+Kf+Lf×0.8+Ff×0.2+Hlf+Hrf即可得到比較準確的假人與前方座椅靠背的接觸力曲線Sf。
通過本方法提取的接觸力曲線如圖5所示，其中橫坐標是時間，單位為s；縱坐標是力值，單位為N。通過本方法提取的接觸力曲線波形明顯優于改進前的方法，力值的大小也更加合理。
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