VIRTUAL SEAT

SOLUTION

以虚拟样机方式设计、开发和制造市场上安全、轻质、舒适的革命性座椅

从座椅设计构思到产品制造,目标是扫清生产座椅过程中可能遇到的障碍。然而,现实往往难以如愿。在开发过程中,工程人员可能会遇到一些问题,但由于时间和成本的限制,无法进行修改、测试新的想法或达到预期的性能。同样地,在验证过程中,工程人员可能会意识到座椅未达到重量或者舒适度的目标,但由于设计冻结点已过,工程人员几乎不能进行任何更改。抑或,挑战来自于各部门的各自为政,这导致部门间沟通不畅,而错失了设计和制造出市场上具革新性的座椅的机会。

ESI 虚拟座椅解决方案能够让您避开以上问题,打造出市场上安全、具革新性并且可靠性高的座椅,同时无需担心与物理样机相关的成本和前置周期问题。

ESI 虚拟座椅解决方案已通过业界领先企业的验证,它能够使用人性化的专业工具来评估座椅的性能,即使在开发过程的早期也是如此。该解决方案利用座椅统一核模型技术,能够涵盖座椅开发必要的性能测试,帮助工程团队以及他们的供应链对乘员舒适性(静态、动态和热)以及安全性进行仿真测试。从设计到预验证,工程人员可以对更多的座椅设计方案进行仿真测试、降低成本、预测潜在的问题、确保座椅稳定性,同时根据虚拟座椅性能,做出恰当的取舍,使得在实际制造实物之前就能得到完美的座椅。

虚拟座椅解决方案的优势

 

  • 在开发过程早期预测可能存在的生产和性能问题,从而降低成本并缩短上市时间
  • 使用统一核模型技术评估座椅不同的性能,并对多个座椅方案进行轻松迭代和虚拟测试,对设计初期互相冲突的座椅设计要求进行管理和取舍
  • 通过考虑制造工艺的影响保证座椅性能仿真结果的准确性
  • 软件内嵌用于舒适度评估的专用人体模型库——低成本地使用不同乘员人体模型对不同的座椅进行虚拟测试
  • 面向仿真专家 (FE) 和非仿真专家 (non-FE) 的专业且人性化的流程模板,使效率得到提升

 

汽车虚拟座椅解决方案

电动汽车和自动驾驶汽车颠覆了汽车内饰的设计和使用方式。工程团队面临着一个艰巨的挑战,他们需要革新座椅和座舱设计,同时还需保证汽车兼具舒适性和高性能。首先,他们必须确保座椅符合规范,特别是确定 H 点位置和通过 NCAP 鞭打测试。同时,还要确保座椅能满足其他要求,如座椅的舒适度能够满足不同性别、年龄、体重和身高的人群的需求吗?座椅能否充分吸收路面崎岖引起的颠簸振动?内部热系统的效率如何?

汽车虚拟座椅解决方案的优势

 

  • 符合NCAP(欧洲)、JNCAP(日本)、C-NCAP(中国)和 IIHS(美国)测试的要求,特别是鞭打测试
  • 在开发早期利用专用假人来准确预测 H 点和姿势测量结果,确保乘员姿势正确
  • 考虑座椅面套包覆工艺的影响可确保获得良好的乘坐姿势评估(假人和人体模型),从而保证仿真分析的准确性
  • 使用代表不同人体测量数据和人群的人体模型库预测座椅的舒适度(静态、动态和热)
  • 通过预测可能出现的制造问题(包括面套包覆)来确保按时交货

 

航空座椅

航空工业现代化的中心是舒适度、飞机运载能力、空间优化以及减重。但是,由于航空认证和标准十分严格,概念设计与座椅开发之间会存在差距。同时,碰撞假人不断改变,座椅的结构件开始使用复合材料等新材料,由于真实物理样机测试的成本高昂,所以对仿真测试的需求也与日俱增。这些变化还包括座椅法规的修改,这使得座椅认证更具挑战性。  

通过航空虚拟座椅解决方案,飞机座椅工程师在设计初期就能够创造出航空座椅虚拟样机并且进行座椅性能评估(例如 HIC 和舒适度),同时根据座椅仿真性能,做出恰当的取舍。它使座椅专家能够快速地尝试各种航空座椅创新设计,在合理的成本范围内更多地尝试不同的方案,并在生产物理样机之前对设计进行最终预认证。

 

当在航空工业领域中设计和制造颠覆性的座椅解决方案时,通过 16G EASA 和 FAA 认证是两个最重要的挑战。与既耗时又需使用昂贵原型的常规测试相比,ESI 航空虚拟座椅解决方案是我们评估座椅性能以及以更快的速度和更低的成本预测问题的有力工具。我们可以对不同的设计和材料选择进行仿真测试,通过多次迭代通过座椅的虚拟预认证。如此一来,我们节省了用于纠正真机测试失败的时间和费用,大幅缩短了 TiSeat 的上市时间。

Benjamin Saada
首席执行官
Expliseat

航空虚拟座椅解决方案的优势

 

  • 对座椅进行虚拟预认证,确保首次试验即可成功通过认证
  • 预测经济舱和商务舱乘客以及飞行员的乘坐舒适度
  • 对安全带和安全气囊弹出进行仿真测试,从而确保乘员安全
  • 考虑座椅实际会出现的变形,预测活动空间
  • 对座椅性能进行仿真测试,以适应乘客的不同身型和坐姿

 

航空座椅认证 (HIC) 和座椅鞭打试验

认证要求推动了航空和汽车组件的设计与制造发展,例如座椅,因为座椅在保护乘员和安全方面起着至关重要的作用。多数测试需要使用物理样机完成。但是,如果在物理测试阶段发现任何问题,解决起来将费时、费力、费钱。更理想的选择是使采用虚拟样机方式,因为它们足够精确,可以在进入实物原型阶段时避免对原型进行微调。

借助 ESI 虚拟座椅解决方案,工程师们可以在首次试验时对座椅设计进行虚拟预认证。可考虑座椅面套包覆工艺的影响,同时,座椅使用的虚拟人体模型和假人必须制造精良,这样乘员坐姿才能准确,认证结果的准确性才能得到保证。

ESI 虚拟座椅解决方案的界面专业又易于使用,并且内置了法规协议。所有结果都记录在端到端的虚拟流程中,使每次设计迭代的虚拟认证变得简单又经济。

飞机的座椅及约束系统设计必须能够在紧急着陆时保证每一位乘员的安全。认证测试的其中一项就是测试在向下减速时座椅传递给乘员的载荷。另一测试是与 16G 侧向减速过程中地板的“俯仰与滚动”变形有关。最后,还要考虑头部损伤指数 (Head Injury Criteria, HIC),以确保乘客和飞行员的安全。通过 ESI 虚拟座椅解决方案,工程师可以进行虚拟安全认证测试,包括测试诸如安全带和安全气囊等安全设备,并确保座椅在“紧急着陆动态条件”下符合碰撞安全法规(SAE AS8049B 或 FAR25.256)。

针对汽车座椅进行鞭打试验,以评估汽车在遭遇追尾时的乘员安全性。ESI 虚拟座椅解决方案 中完全嵌入了欧洲 NCAP、日本 NCAP、中国 C-NCAP 以及美国 IIHS 等标准法规,同时得益于精准的座椅建模和逼真的假人试坐,让每次设计迭代的虚拟认证高度可靠又轻松实惠。

必须在乘员坐姿符合实际的情况下进行座椅碰撞性能评估。ESI 的虚拟座椅解决方案能够准确预测假人的坐姿,提高了碰撞和安全性预测的准确度。这大大减少了我们必须制作和测试的实物原型数量。

Okano 先生
CAE 工程测试部门经理
测试工程部
TACHI-S

 

 

H 点和座椅舒适度

在设计座椅初期时,内饰设计师会先设定一个人体工学点,即 H 点。当 H 点处于最佳位置时,车中的设备应都处于合适的触及范围内。这就是座椅工程师们要实现的目标。通常使用假人(HPM1 或者 HRMD)来测试 H 点。但是,这种传统方法存在一些缺陷。

在敲定设计之前,由于相关的成本限制和对工期延误的担忧,工程师很少有机会对实物原型进行迭代。因此,相比尝试一些创新但有风险的设计,他们不得不沿用传统方法。在敲定设计之后,往往会发现 H 点位置不合适或者座椅舒适度不足(静态座椅舒适度或动态座椅舒适度)的问题。由于这种情况发生在开发过程的后期,修改设计需要成本高昂措施,并且会造成相应的工期延误。   

所以,如何解决以上问题以持续创新并按时完成设计呢?答案是利用虚拟仿真技术。

ESI 虚拟座椅解决方案使工程师们可以在构建实物样机之前,对所有这些方面进行虚拟验证。ESI 虚拟座椅解决方案(ESI VSS)通过 HPM1 或 HRMD 假人重现真实人员乘坐状态的同时,亦考虑到了制造工艺影响,以确保座椅设计的准确性。一些国际标准(例如规定 H 点位置的 SAEJ826 标准)已完全嵌入ESI VSS 软件中,便于设置和分析。对其他坐姿测量数据(例如使用 HPM2 假人对腰背值和腰部舒适度进行的评估)也被嵌入到软件中。

 

模拟出 H 点位置后,就能继续评估座椅的舒适度。ESI VSS 中涵盖了完整且可扩展的人体模型(第 5、50、95 百分位假人;老年人;超重人士;残障人士)。借助于不同的人体模型,用户可以利用内嵌且可自定义的舒适度标准来绘制人体压力分布,从而评估座椅舒适度。此外,还可以测量动态舒适度(座椅吸收路面崎岖引起的颠簸振动),以改善长途舒适度和热舒适度

面套包覆和泡沫制造工艺

“我们对尚在开发中的福特座椅的缝制和包裹过程进行了仿真模拟。我们预测到一些工艺问题——面套的褶皱和缝隙,并且使用物理原型进行了确认。”

福特出版物“虚拟座椅原型在座椅工艺中的应用,舒适度与安全性”,NAFEMS 2011

对面套包覆和泡沫制造工艺进行仿真测试非常重要,因为这种工艺会极大地影响乘员坐姿,进而影响 H 点预测和座椅舒适度。快速面套包覆预测工具涵盖了座椅面套的制造和组装,使工程师无需使用座椅物理样机就能准确模拟人体模型或假人的坐姿。 

通过 ESI VSS 面套包覆虚拟制造工具,在座椅开发的各个阶段,您都能对座椅面套的制造和组装进行预测:

 

  • 快速面套包覆虚拟预测工具让座椅工程师能够对座椅面套和泡沫的应力和应变进行快速估算,以便在开发过程的早期就能基于有限的数据准确预测座椅性能。
  • 详细的缝制和组装工艺考虑了真实的物理过程——组装顺序以及弹簧和配件的变形,确保在投产前发现质量问题(例如面套褶皱或缝隙问题)。  工具能够预测制造过程中诸如 STO、面套裁片方案和发泡过度等问题,并能将信息共享给生产部门。

 

然后,可以使用适应性座椅设计迭代工具来测试座椅方案、修改面套裁片方案、缝合线以及材质等。同样地,可以通过 FPM(有限元法)预测发泡工艺过程,从而改进和优化这种工艺。

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