座椅坐垫倾角调节驱动机构动态响应特性研究

摘要

本文在阐述汽车座椅安全发展现状以及分析已有的座椅坐垫倾角调节装置驱动机构研究不足的基础上，深入开展了座椅坐垫倾角调节装置驱动机构的动态响应特性的研究。
　　 本文根据座椅坐垫倾角调节装置的工作要求及研究阶段的实验要求，完成了驱动气缸的设计与加工。驱动气缸是座椅坐垫倾角调节装置的驱动机构也是最为关键的部件之一，驱动气缸的动态响应特性直接关系到座椅坐挚倾角调节装置的可靠性与使用价值。
　　 本文首先对驱动气缸进行了实验研究。用实验的方法探讨了驱动气缸的动态响应的影响因素。在实验研究的基础上，又对驱动气缸的流场进行了计算机分析。为了更好地研究驱动气缸动态响应特性，本文在对驱动气缸的三维流场进行模拟时首先根据驱动气缸的结构和工作原理，把整个过程分为启动阶段和工作阶段，并分别构造了不同的CFD仿真模型。再根据FLUENT软件提供的计算方法和湍流模型，结合UDF(用户自定义函数)和动网格技术，从气缸启动特性和工作特性两方面分析了各因素对气缸动态响应特性的影响趋势，并在此基础上分析了启动通道、启动压力、活塞直径、喷口高度等因素对气缸启动特性的影响和活塞直径、工作压力、蓄能腔长度、喷口直径等因素对气缸工作特性的影响。
　　 研究结果表明：
　　 1、启动通道长度对气缸启动特性影响较大，适当减小启动通道的长度可以加速气缸启动；
　　 2、压力对气缸的动态响应特性影响也很大，在其他条件不变的前提下，随着启动压力的增大，气缸启动越来越灵敏。整个过程中活塞达到的最大(加)速度也越来越大；
　　 3、活塞直径对气缸动态响应特性的影响是双面的，在活塞直径较小时，增大活塞直径，有利于提高气缸的启动速度，整个过程中活塞达到的最大(加)速度也随之增大，但活塞直径达到一定程度后这一趋势不太明显，尤其对提高气缸启动速度方面的影响则转变为负面的。
　　 4、在一定范围内，减小蓄能腔容积，气缸在运行过程中活塞加速度减小越来越明显，活塞所达到的最大速度也越来越小，而在蓄能腔容积较大时这一趋势不太明显。
　　 5、启动腔容积和喷口直径对气缸动态响应特性影响较小。只需满足结构和安装要求即可。
　　 在完成驱动气缸的实验研究和计算机仿真的基础上，提出了坐垫倾角调节装置驱动机构的参数优化组合方案，即：把电磁阀安装在驱动气缸缸体上，省去连接电磁阀与启动腔之间的启动通道；把活塞直径增大至50mm，蓄能腔容积改为Φ60×60mm，压力使用汽车空压机提供的最大压力。其他参数保持不变。优化后气缸的驱动性能大大提高。

目录

文摘

英文文摘

第一章 概述

1.1 选题的背景和意义

1.2 汽车座椅的功用和性能指标

1.3 座椅安全性研究研究现状及动态

1.3.1 汽车座椅安全性研究内容和现状

1.3.2 汽车座椅安全性研究动态

1.3.3 坐挚倾角调节装置驱动机构研究的不足

1.4 座椅坐垫倾角调节机构对乘员的保护效果

1.5 座椅坐垫倾角调节机构对驱动机构的要求

1.6 本文主要研究内容

第二章 座椅系统与坐垫倾角调节装置

2.1 座椅的安全性结构

2.2 座椅坐垫调节装置介绍与基本原理

2.3 驱动机构

2.3.1 驱动气缸物理模型

2.3.2 驱动机构工作原理

2.4 本章小结

第三章 驱动气缸数值模拟理论基础

3.1 计算流体动力学(CFD)概述

3.1.1 CFD的发展

3.1.2 CFD软件结构

3.1.3 CFD工程分析一般步骤

3.2 控制方程与湍流模型

3.2.1 控制方程

3.2.2 湍流模型

3.3 控制方程的离散方法

3.4 控制方程的数值解法

3.4.1 SIMPLE算法

3.4.2 SIMPLER算法

3.4.3 SIMPLEC算法

3.4.4 PISO算法

3.5 网格技术

3.5.1 动态网格模型

3.5.2 动态网格更新方法

3.6 边界条件

3.6.1 Pressure inlet边界

3.6.2 Wall 边界

3.6.3 Fluid边界条件

3.6.4 Interior 边界

3.7 用户自定义函数

3.8 本章小结

第四章 驱动气缸动态响应性能实验研究

4.1.实验项目设置及实验要求

4.2 实验设备及实验台搭建

4.2.1 电磁阀

4.2.2 加速度传感器

4.2.3 电涡流传感器

4.2.4 信号采集器

4.2.5 信号采集

4.2.6 试验台搭建及调试

4.3 驱动气缸动态响应性能测量及结果分析

4.3.1 气缸启动特性影响因素的测量

4.3.2 气缸工作特性影响因素的测量

4.4 试验总结及结果分析

4.5 本章小结

第五章 驱动气缸动态响应三维流场模拟

5.1 仿真计算流程

5.2 计算域建模

5.2.1 概述

5.2.2 物理模型及计算域转化

5.3 二次开发程序设计

5.3.1 活塞运动方程建立

5.3.2 UDF源程序编制

5.4 Fluent仿真相关参数设置

5.5 仿真模型的验证

5.6 驱动气缸动态响应三维流场模拟

5.6.1 驱动气缸启动特性影响因素模拟

5.6.2 驱动气缸工作特性影响因素模拟

5.7 本章小结

第六章 驱动机构参数优化及理想驱动机构

6.1 正交实验设计方法简介

6.2 驱动气缸启动特性参数优化及结果分析

6.3 驱动气缸工作特性参数优化及结果分析

6.4 驱动气缸因素影响分析及理想方案确定

6.5 理想驱动气缸三维流场模拟

6.5.1 理想驱动气缸CFD模型建立

6.5.2 理想驱动气缸三维流场仿真及流场演变过程

6.6 本章小结

第七章 总结及展望

7.1 工作总结和结论

7.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 UDF源程序

攻读硕士学位期间发表的论文