面向汽车座椅骨架的可验证设计模式及其自动化设计方法

摘要

本发明公开了一种面向汽车座椅骨架的可验证设计模式，将汽车座椅骨架进行相应的模块划分，针对不同模块采用不同的设计方法以实现自动化设计，且在自动化设计流程上嵌入零部件的强度/刚度校核、可装配性验证和可加工性验证功能；模块划分具体包括：标准化模块，差异化模块，通用模块和个性化定制模块；本发明还公开一种面向汽车座椅骨架的自动化设计方法，本发明实现了设计与验证的同步协同，可以大大提高汽车座椅骨架的设计质量与设计效率，降低设计成本，缩短研发周期。

说明书

技术领域

本发明涉及机械设计与计算机软件技术领域，特别是一种面向汽车座椅骨架的可验证设计模式及其自动化设计方法。

背景技术

座椅骨架是汽车座椅最重要的组成部分，汽车座椅骨架对汽车的行驶安全性、舒适性有很大的影响，骨架设计的好坏直接决定客户使用的舒适感，因此汽车座椅骨架的设计越来越受到人们的重视。

目前汽车座椅骨架的设计基本上是设计人员根据座椅设计方案采用三维软件进行设计，整个设计和装配过程都是通过人工手动完成，设计的质量很大程度上取决于设计人员的经验，设计过程中设计者经常需要做大量重复性的工作。此外，设计工作完成之后一般先制造一台座椅样机，然后对样机做大量的强度、刚度、鞭打等试验，试验结果出来之后反馈给设计人员，设计人员再根据试验结果对最初的设计方案进行修改和完善。

为了满足消费者对汽车座椅功能多元化、差异化的需求，汽车座椅的型号、类型越来越多，而且对汽车座椅研发速度的要求也是越来越快，对设计质量的要求也是越来越高。现有的汽车座椅骨架的设计模式涉及到许多的冗余重复性工作，设计周期长、设计效率低，难以满足汽车座椅复杂、多变的市场需求。

目前国内外大多数汽车座椅相关企业和研发机构中，汽车座椅产品的设计工作和分析验证工作是由不同的人甚至不同的部门，在汽车座椅研发的不同阶段先后完成的，在这种开发模式中，验证与设计没有同步，验证工作开始得太迟，设计缺陷的发现、定位和修复的难度和工作量都很大，造成了验证效率的低下。由于设计与验证不同步，使得设计阶段产品设计的信息没有在验证阶段被充分利用，甚至造成重复建模或者出现两者模型不一致的偏差，直接影响了验证结果的可信度，这种开发流程使得发现、定位和修复设计缺陷的代价非常高，严重影响了汽车座椅产品的开发进程，验证效率已越来越成为制约汽车座椅设计效率提升的瓶颈，验证不应该是在汽车座椅产品设计完成后才进行的工作，而应该是汽车座椅产品设计工作的一部分。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种面向汽车座椅骨架的可验证设计模式及其自动化设计方法，本发明实现了设计与验证的同步协同，可以大大提高汽车座椅骨架的设计质量与设计效率，降低设计成本，缩短研发周期。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种面向汽车座椅骨架的可验证设计模式，将汽车座椅骨架进行相应的模块划分，针对不同模块采用不同的设计方法以实现自动化设计，且在自动化设计流程上嵌入零部件的强度/刚度校核、可装配性验证和可加工性验证功能；所述的将汽车座椅骨架进行相应的模块划分具体包括：

标准化模块，用于设计和调用型号与规格已经标准化、系列化的零部件；

差异化模块，用于设计和调用在骨架匹配过程中，适应用户不同的座椅造型、车内环境或乘坐空间需求的零部件；

通用模块，用于设计和调用保证座椅骨架强度和性能的零部件；

个性化定制模块，用于根据用户的不同需求，设计和调用可集成、安装在座椅骨架上的个性零部件。

作为本发明的进一步改进，模块划分的准则为：所述差异化模块与变型设计中的驱动参数之间存在耦合关系；所述通用模块与变型设计中的驱动参数之间不存在耦合关系；所述标准模块涵盖型号与规格已经标准化、系列化的零部件；所述个性化定制模块为附属、辅助、个性定制的零部件。

作为本发明的进一步改进，所述标准化模块调用的零部件包括调角器、滑轨、高调器、电机及其它标准件；所述差异化模块调用的零部件包括靠背上横管、靠背簧组件、靠背底板、正驾后横管、后下架、正驾右后支架、前支架、座簧组件、高调齿板、左后支架、坐垫前横加强管、前连杆、前横支撑板及座靠连接板；所述通用模块调用的零部件包括头枕管、靠背边板、坐盆、座垫边板；所述个性化定制模块调用的零部件包括加热模块、通风模块、腰托模块及按摩模块。

本发明还公开了一种如上所述的面向汽车座椅骨架的可验证设计模式的自动化设计方法，包括：

针对标准化模块采用数据库驱动的快速变型设计方法，针对差异化模块采用总体尺寸参数与拓扑参数驱动的快速变型设计方法，针对通用模块采用型号驱动的快速变型设计方法，针对个性化模块采用模板驱动的快速变型设计方法。

作为本发明的进一步改进，所述的采用数据库驱动的快速变型设计方法具体包括：

对标准化模块的零部件创建数据库表，在三维绘图软件中建立参数化的模型，然后在其相应的二次开发工具中添加数据库访问函数，通过全局变量将数据传递给标准化模块产品参数化设计的相应变量，结合数据库访问技术，实现数据库驱动的快速变型设计。

作为本发明的进一步改进，所述的采用总体尺寸参数与拓扑参数驱动的快速变型设计方法具体包括：

基于原有的零部件设计模型，通过获取关键尺寸参数并将其定义为变量，然后构建所述变量之间的函数关系，最后通过修改变量来得到所需设计模型。

作为本发明的进一步改进，所述的采用型号驱动的快速变型设计方法具体包括：

通过函数识别、提取零件模型，并与其他模块的零部件安装配合，实现座椅整体的快速变型。

作为本发明的进一步改进，所述的采用模板驱动的快速变型设计方法具体包括：

将复杂的零部件模型转化为包含多个可以度量参数值的变型模板，通过对模板中可调参数值的变更实现汽车座椅骨架中对应零部件的变型。

本发明的有益效果是：

本发明提出一种面向汽车座椅骨架的可验证设计模式及其自动化方法，实现了汽车座椅骨架设计的集成化与自动化，提高了座椅骨架平台的设计研发效率，在汽车座椅骨架的快速变型设计系统之中嵌入关键零部件的强度与刚度等校核计算功能，可以在提高设计效率的同时，确保变型设计后的产品设计质量，实现了设计与验证的同步协同，提升了设计效率，缩短了设计研发周期。

附图说明

图1为本发明实施例的整体设计流程示意图；

图2为本发明实施例中标准化模块的数据库访问及驱动变型设计流程图

图3为本发明实施例中汽车座椅骨架平台的结构示意图；

图4为本发明实施例中汽车座椅骨架的差异化模块驱动参数示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种面向汽车座椅骨架的可验证设计模式，通过将汽车座椅骨架进行相应的模块划分，针对不同模块采用不同的设计方法以实现自动化设计，且在自动化设计流程上嵌入了零部件的强度/刚度校核、可装配性验证、可加工性验证等功能，实现了设计与验证的同步协同，可以大大提高汽车座椅骨架的设计质量与设计效率，降低设计成本，缩短研发周期。

具体包括：

本实施例将汽车座椅骨架模块划分为：标准化模块、差异化模块、通用模块和个性化定制模块四大模块。模块划分准则为：差异化模块与变型设计中的驱动参数之间存在耦合关系；通用模块与变型设计中的驱动参数之间不存在耦合关系；标准模块涵盖型号与规格已经标准化、列系化的零部件；个性化定制模块为附属的、辅助的、个性定制的零部件。

所述标准化模块是型号与规格已经标准化、列系化的零部件，调角器、图3所示的滑轨、高调器、电机及其它标准件等，此类零件开发具有较强的专业性，且开发周期长、开发成本高，但一旦开发完成，就具有较强的兼容性。

所述差异化模块是在骨架匹配过程中，适应客户不同的座椅造型、车内环境、乘坐空间等需求的零部件。如图3所示的靠背上横管2、靠背簧组件5、靠背底板6、正驾后横管7、后下架9(右)、正驾右后支架10、前支架11(左/右)、座簧组件12、高调齿板13、左后支架14、坐垫前横加强管15、前连杆16、前横支撑板17、座靠连接板4(左/右)等。

所述通用模块也是座椅骨架的主要零部件，是座椅强度和性能的保证，产品比较大，为增加生产效率，一般模具都会开成连续模。如图3所示的头枕管1(左/右)、靠背边板3(左/右)、坐盆、座垫边板8(左/右)等。

所述个性化定制模块是根据客户的不同需求，设计可集成、安装在座椅骨架上的个性零部件。如加热、通风、腰托及按摩等模块。

实施例2

本实施例是实施例1的面向汽车座椅骨架的可验证设计模式的自动化设计方法，其实现技术路线包括：

针对标准化模块采用数据库驱动的快速变型设计方法，针对差异化模块采用总体尺寸参数与拓扑参数驱动的快速变型设计方法，针对通用模块采用型号驱动的快速变型设计方法，针对个性化模块采用模板驱动的快速变型设计方法。

如图2所示，所述数据库驱动快速变型设计的实现步骤为：对标准化模块产品创建数据库表，在三维绘图软件中建立参数化的模型，然后在其相应的二次开发工具中添加数据库访问函数，通过全局变量将数据传递给标准化模块产品参数化设计的相应变量，结合数据库访问技术，实现数据库驱动的快速变型设计。

所述总体尺寸参数与拓扑参数驱动快速变型设计的实现步骤为：基于原有的产品设计模型，通过获取关键尺寸参数并将其定义为变量，然后构建这些变量之间的函数关系，最后通过修改变量来得到所需设计模型。即只需要以一个零件模型作为模版，通过修改尺寸就能得到多种规格的系列化零件，减少重复劳动。

所述型号驱动快速变型设计的实现步骤为：通用模块是座椅骨架的主要零件，它与变型设计中的驱动参数之间不存在耦合关系，但通用模块与型号关联，不同型号的座椅骨架其通用模块的结构尺寸不相同。基于其通用化特征，在快速变型设计中，通过函数识别、提取零件模型，进一步与其他模块的零件安装配合，实现座椅整体的快速变型。

所述模板驱动快速变型设计的实现步骤为：基于模板驱动的快速变型设计方法是将复杂的零部件模型转化为包含多个可以度量参数值的变型模板,通过对模板中可调参数值的变更实现汽车座椅骨架中对应零部件的变型。

所述汽车智能座椅骨架快速变型设计中差异化模块的驱动参数共有五个，包括如图4所示的背靠宽度19、背靠高度20、座框深度21、座框宽度22、座框高度23。

下面介绍一下本实施例明的一个汽车座椅骨架的可验证设计模式及其自动化设计方法的实施案例(本实施例在三维设计软件Catia平台下，通过二次开发实现)。

汽车座椅骨架的各模块以及骨架平台等的相关选择项均可视化地显示在座椅骨架设计软件平台上，通过在用户界面进行相关参数信息的选择，座椅骨架设计软件平台即可按照预定义的功能进行总体装配与校核验证功能，根据设计方案中各模块零件的相互关联性，快速完成座椅骨架整体装配的自动化设计。通过在自动化设计流程中嵌入检核验证功能模块，即可在设计完毕之后及时判断座椅骨架的设计是否符合要求，实现了设计与验证的同步协同。所有的操作均用封装好的代码来实现，客户只需按照需求在用户界面进行选择就可以快速完成座椅骨架的自动化设计及校核工作，可以大大提高汽车座椅骨架的设计质量与设计效率，降低设计成本，缩短研发周期。

实施例3

再如图1所示，图1为本实施例的流程示意图。用户只需在软件平台上的用户界面进行交互选择设定，后台自动完成将各模块按照所设定的方法在设计软件上进行变型与装配，并一键快速生成汽车座椅骨架三维模型。接着可进行关键零部件强度/刚度校核、可加工性验证、可装配性验证，验证成功则流程结束；验证失败，则跳转到用户界面重新完成汽车座椅骨架的设计。

在将汽车智能座椅骨架进行模块划分后，选择在CATIA平台的二次开发工具CAA环境下进行座椅骨架平台的设计开发。通过在用户界面上进行相应的设置、输入，即可快速自动化完成座椅骨架、整体装配设计以及相关的校核工作。所有的操作都是用封装好的代码来实现，提高了各模块零件的复用性，相比于只靠设计人员手工设计、装配节省了大量时间。

进一步介绍各模块的变型设计、安装步骤：

所述差异化模块是在骨架匹配过程中，适应客户不同的座椅造型、车内环境、乘坐空间等需求的零部件。在CAA二次开发环境下，采用参数化设计方法，对差异化模块进行参数化设计。基于预定义零件文件，通过给定一个或者多个参数，去驱动模型的相关尺寸发生变化，从而实现产品的快速建模。具体实现为：首先在CATIA操作界面设定驱动参数，接着在CAA开发环境下依次通过CATFrmEditor、CATDocument、CATIDocRoots接口的GetCurrentEditor()、GetDocument()、GiveDocRoots()方法获取文档的根节点Root,通过CATIParmPublisher接口的GetAllChildren()方法，获取参数特征集，通过名称匹配查找所设定的参数，进行赋值操作，最后更新模型即可完成参数化驱动。座椅骨架的后安装脚板(左)的驱动参数下侧长度、宽度、角度、空位置分别为：35mm,70mm,92deg,25mm；座椅骨架的后安装脚板(左)的驱动参数下侧长度、宽度、角度、空位置分别为：40mm,60mm,70deg,30mm。气囊安装支架的驱动参数中间焊接位置、宽度、开槽宽度、中间宽度分别为：10mm,55mm,36mm,29.5mm；气囊安装支架的驱动参数中间焊接位置、宽度、开槽宽度、中间宽度分别为：15mm,60mm,35mm,28mm。

所述标准化模块是型号与规格已经标准化、列系化的零部件，标准化模块采用数据库驱动方式实现快速变型设计。再如图2所示，通过导入在数据库中记录好标准模块的尺寸参数信息，即可调用标准模块，实现装配功能。采用数据库的驱动方式特点：可实现数据共享，减少数据的冗余，可实现数据集中控制，确保数据的一致性和可维护性，确保数据的安全性和可靠性。

所述通用模块的也是座椅骨架的主要零部件，是座椅强度和性能的保证，产品比较大，为增加生产效率，一般模具都会开成连续模。将通用模块的各个零部件直接通过CAA接口、函数实现模块导入总装配体，进行进一步的安装。具体包括：用接口CATIIniInteractiveSession中的open函数打开指定文件目录下的document并可视化显示；通过CATIDocRoots接口的GiveDocRoots方法获得该文件的RootProduct；再通过CATIProduct接口中的AddProduct函数将指定的零部件插入到该文件的RootProduct下。为完成零件产品的装配需要建立零件之间的约束关系。所述创建约束关系具体为：加载产品文档、采用GetProductConnector全局函数创建组件实例的连接、采用CreateConstraint全局函数创建组件约束。

基于步距/模数：2°、行程：有极360°、尺寸：φ83*14mm、解锁力矩：单只1.8N·m、强度：2000MPa、重量：0.35kg，采用数据库驱动方式可变型设计出规格为TJX2-L/R的电动调角器；基于步距/模数：2°、行程：有齿90°，空转90°、解锁角度：临界角度14°-17°最大角度：30°、尺寸：φ72.6*10.4mm、解锁力矩：小于2N·m、强度：1700MPa、重量：0.39kg，采用数据库驱动方式可变型设计出规格为L1000-L/R的电动调角器。

基于滑轨之间的距离：323.747mm，滑轨长度：400mm，采用数据库驱动方式可变型设计出类型为AUTO-4W-SYP01的滑轨；基于滑轨之间的距离：320.6mm，滑轨长度：384mm，采用数据库驱动方式可变型设计出类型为MANUAL-6W-SYP01的滑轨。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。