高速列车座椅舒适性优化设计及评价

论文摘要

随着高速铁路技术的快速发展,追求高品质的列车乘坐舒适性越来越受到人们的重视。在旅客列车的人机环境系统中,座椅是影响乘座舒适度的重要环节。如何提高座椅乘座舒适性,设计出符合人机工程学要求的列车座椅,是十分重要的课题。座椅的设计应尽可能使乘客脊柱处于生理体位,保持正常的生理弯曲。座椅的动态特性与列车的其它减振系统相匹配,能使人体处于更为合适的振动环境。本文对列车座椅舒适性设计方面进行了入系统的研究：首先从人机工程学角度对人体脊椎的形状及曲率进行研究分析,结合人体脊椎实验统计数据,利用数学方法计算出人体处于舒适坐姿下的腰椎正常曲率半径,为座椅靠背中心曲线的优化设计提供数据参考。按照数据点→曲线→曲面→座椅模型的思路,以人体尺寸数据为依据,利用CATIA对列车座椅的靠背及座垫曲面建模得到座椅模型。并在此基础上,对座椅靠背及座垫曲面的CAD模型进行网格划分输出数据点云,从而应用移动最小二乘法对座椅靠背和座垫进行曲面拟合,求出曲面方程。并利用MATLAB对其仿真,这为座椅曲面的形状优化及逆向工程CAD建模提供了理论基础。然后利用CATIA的人体工程学设计模块功能,建立符合中国不同人体百分位尺寸的人体CAD模型。通过循环干涉检查方法进行人-椅CAD模型自适应匹配,实现了不同尺寸人体“虚拟乘坐”于座椅CAD模型的要求,为坐姿几何舒适性的分析评价提供了客观依据。并在此基础上,以性别、人体百分位及坐姿关节角度构成三层因素集,建立了列车座椅几何舒适性三级模糊综合评价模型,并应用该评价模型对列车座椅的几何舒适性进行综合评价,评价结果为高速列车座椅舒适性设计提供了客观依据。本文最后将人-椅视为一个整体,通过建立多自由度的人体-座椅振动模型,通过对系统模型的动力学求解,并以IS02631振动评价标准为依据对人椅系统三向振动影响进行研究,为取得与整车其它系统相匹配的座椅的动态特性提供指导依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究背景
• 1.3 列车座椅舒适性研究现状
• 1.3.1 列车座椅静态舒适性研究现状
• 1.3.2 列车座椅动态舒适性研究现状
• 1.4 课题研究内容
• 第2章 高速列车座椅舒适性设计研究
• 2.1 列车座椅功能与结构分析
• 2.2 座椅设计要求
• 2.2.1 满足承载要求
• 2.2.2 满足舒适性要求
• 2.2.3 满足安全性的要求
• 2.3 座椅的设计原则
• 2.3.1 保持脊柱正常的生理弯曲
• 2.3.2 合理的体压分布以保证全身肌肉放松及血液正常循环
• 2.3.3 抵抗振动的能力
• 2.4 座椅设计中的人机工程学
• 2.5 列车座椅设计的几何参数
• 2.6 本章小结
• 第3章 高速列车座椅曲面设计及建模
• 3.1 座椅设计中的人机工程学理论
• 3.1.1 人体脊椎形状研究及曲率计算
• 3.1.2 臀股受力分析
• 3.1.3 体压分布与坐姿疲劳
• 3.2 列车座椅设计静态参数的确定
• 3.3 列车座椅靠背及座垫的曲面设计
• 3.3.1 列车座椅控制点的生成
• 3.3.2 列车座椅特征曲线的优化设计
• 3.3.3 基于移动最小二乘法的曲面拟合方法
• 3.3.4 列车座椅曲面的拟合
• 3.4 列车座椅的三维建模
• 3.4.1 CATIA简介
• 3.4.2 列车座椅三维模型的建立
• 3.5 本章小结
• 第4章 列车座椅几何舒适性模糊评价
• 4.1 列车座椅几何舒适性分析方案
• 4.2 面向座椅几何舒适性分析的人体模型
• 4.2.1 我国坐姿人体测量数据
• 4.2.2 人体模型的要求
• 4.2.3 人体三维CAD模型的建立
• 4.3 基于CATIA模型的人—椅自适应匹配
• 4.4 列车座椅几何舒适性评价模型
• 4.4.1 模糊综合评价方法
• 4.4.2 列车座椅几何舒适性多级模糊综合评价模型
• 4.5 列车座椅几何舒适性评价实例
• 4.6 本章小结
• 第5章 列车座椅动态舒适性分析与评价
• 5.1 振动舒适性评价方法
• 5.2 列车座椅振动舒适性评价方案研究
• 5.2.1 振动环境对乘员舒适性影响
• 5.2.2 人体的动态特性
• 5.2.3 振动舒适性评价方案确定
• 5.3 人-椅振动系统模型的建立
• 5.3.1 人体振动模型分析
• 5.3.2 列车人-椅振动模型的建立
• 5.4 列车座椅振动舒适性评价实例
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢