优化座椅元件的几何结构的方法
【专利摘要】本发明涉及一种优化座椅组件的几何结构以用于以单个姿势或多种姿势的多种个体体型的方法。所述方法包括：限定具有给定变形特征或弹性特征的膜的二维形状，所述二维形状被优化以支撑呈给定姿势或多种姿势的限定的人群。
【专利说明】优化座椅元件的几何结构的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通用型座椅，其中，使用初始为平面的膜作为座椅底部部件或座椅背部部件来支撑座椅上的成员。该膜可为机织物或针织物或其它材料，可有弹性也可无弹性。
【背景技术】
[0002]飞机乘客座椅需要尽可能的轻，并且使乘客安全和舒服。乘客的舒适度在一定程度上取决于坐的时间，而坐的时间本身就是随装载和卸载时间、滑行时间和飞行时间变化的变量。相对短程、单座类型通勤班机中的座椅通常重量较轻并且缓冲较少。通常，座椅底板和靠背支撑部由纤维膜形成，所述纤维膜跨管状框架构件伸展，并且初始是平面，即，当不承受载重时，它们跨一定宽度跨度形成单个二维平面。该膜可盖有坐垫。当承受载重时，叠置的坐垫和该膜的联合变形加大了与座椅成员的屁股(臀部)、大腿和背部的接触表面积，并且从而减小了作用在座椅成员的屁股(臀部)、大腿和背部上的压力。
[0003]在规定重量、g_载荷、材料、舒服度和磨损寿命标准的限定范围内，确定座椅底部膜或座椅背部膜在其“松弛”状态下的最佳特征，是在该膜在张力下安装并承受重量引起的载重时提供舒服座椅所需的基础。
[0004]在飞机座椅设计规定的参数内确定最佳座椅尺寸和形状尤其具有挑战性。相对于椅子购买者选择和购买适合其个人或少数已知身体类型需要的座椅的能力，椅子必须能适应各种各样的体形。会议室座椅、剧院座椅和其它组座椅可能不在重量方面但在舒适度方面与飞机乘客座椅一样具有挑战性，这是因为个人没有机会选择个性化的座椅。因此，尽管在本申请中对发明的解释和描述特别涉及优化飞机座椅的几何结构，但本申请中阐述的方法也能应用在不同地方中使用的其它类型的座椅中。
[0005]已知的膜悬置式座椅设计未提供用于优化座椅以便用于在人群中存在的各种各样的体形或多种姿势的机构。因此，所需的是可应用于重量轻的座椅膜的机构，以及用于优化座椅膜以便用于常见范围内的乘客和坐姿的方法。
【发明内容】
[0006]在一方面中，本文提供了 一种限定座椅组件的几何结构的方法，所述座椅组件被优化以使其适用于处于单个姿势或多个姿势的各种个体体形。
[0007]在另一方面中，所述方法包括以下步骤:限定具有给定变形特征或弹性特征的膜的二维形状，优化所述二维形状以支撑处于给定姿势或多种姿势的限定(或全部)人群。
[0008]在另一方面中，所述方法包括:将身体表面的三维图转变为用于支撑就坐的个体的二维膜和相关结构的优化值。
[0009]在另一方面中，所述方法包括:确定用于支撑处于给定姿势的多种体形的二维膜和相关结构的优化值。
[0010]在另一方面中，所述方法包括:确定用于支撑处于多种姿势的多种体形的二维膜的优化值。[0011]在另一方面中，所述方法包括:确定框架构件的优化形状，所述框架构件用于悬置二维膜，所述二维膜用于支撑处于给定姿势的多种体形。
[0012]在另一方面中，所述方法包括:确定框架构件的优化形状，所述框架构件用于悬置二维膜，所述二维膜用于支撑处于多种姿势的多种体形。
[0013]在另一方面中，所述方法包括:确定二维膜中局部弹性的优化值，所述二维膜用于支撑处于给定姿势的多种体形。
[0014]在另一方面中，所述方法包括:确定二维膜中局部弹性的优化值，所述二维膜用于支撑处于多种姿势的多种身体形状。
[0015]为了实现上述和其它方面和优点，在一个实施例中，一种用于优化座椅膜的几何结构的方法包括以下步骤:(a)通过将一个或多个限定的参考平面划分为多个横向带，而形成以预定姿势就坐的对象的接触身体部的三维图；(b)将各个带分成多个单元，并计算所述单元从一个或多个参考平面的平均位移；(C)相对于各个带限定支撑所述座椅膜的各个端部的框架构件的位置；(d)识别从框架构件的位置到带的切线单元，并计算从框架构件的各个位置到其切线单元的距离；(e)为各个带确定所述座椅膜的、桥接对象的身体表面上的凹部区的、区域末端的位置，并计算支撑带跨凹部区的桥接距离；(f)计算所述支撑带与身体接触的长度；(g)计算各个支撑带在载重下的总长度；(h)计算各个支撑带的平均压力乘子；(i )计算各个支撑带的垂直于平面的期望总载重量；(j )计算各个支撑带在未安装在所述框架构件上时松弛长度；(k)基于框架位置和座椅膜的弹性计算各个支撑带在未安装在所述框架构件上时的松弛长度，以限定座椅膜在未安装在所述框架构件上时的最佳松弛形状；(I)利用各个支撑带在未安装在所述框架构件上时在松弛长度上的变化来优化座椅膜的弹性，以便适应多种对象。
[0016]所述方法还可用于优化支撑所述座椅膜的框架构件的形状。
[0017]所述方法可进一步包括:为了另外的坐姿和多种对象而重复步骤(a)_ (I)。
[0018]所述参考平面可包括:与对象的背部平行的横向背部平面，和与对象的臀部和大腿下部平行的横向底部平面。可通过看所述横向带是面向于所述背部平面还是所述底部平面或通过其到所述背部平面和所述底部平面的相交部的距离来识别所述横向带。
[0019]所述切线单元可通过计算连接相邻框架构件位置与各个单元的连接线的斜率来识别，使得到左手侧框架构件位置具有最低斜率的单元是左手侧框架构件的切线单元，而到右手侧框架位置具有最高斜率的单元是右手侧框架构件位置的切线单元。
[0020]各个支撑带在载重下的总长度可以是，从框架构件位置至所述切线单元的左边距离和右边距离、桥接距离、以及右支撑带和左支撑带与身体接触的长度之和。
[0021 ] 在另一个实施例中，本文提供了 一种优化座椅组件的几何结构的方法，所述座椅组件用于处于多种姿势的多种体形，所述方法包括以下步骤:(a)将在乘客的载重下变形的座椅膜的三维图相对于参考平面分成横向于所述座椅膜的中心线的多个带；(b)将各个带分为相等的单元，并计算所述单元从所述参考平面的平均位移；(C)相对于各个带限定支撑所述座椅膜的端部的框架构件的位置；(d)识别从框架构件至所述带的切线单元；(e)计算从框架构件至切线单元的距离；(f)为每个带确定所述座椅膜的、桥接乘客身体表面上的凹部区的、区域的端部的位置，并计算所述带跨所述凹部区的桥接距离；(g)计算所述带与身体接触的长度；(h)计算各个带在载重下的总长度；(i)计算各个带的平均压力乘子；(j)计算各个带的垂直于平面的期望总载重量；(k)计算各个带在未安装在所述框架构件上时松弛长度；(I)基于框架位置和座椅膜的弹性计算各个带在未安装在所述框架构件上时的最佳松弛长度，以限定所述座椅膜在未安装在框架构件上时的松弛形状；以及(m)利用各个带在未安装在框架构件上时用于多对象的在松弛长度上的变化来优化座椅膜的弹性。
[0022]将在以下详细描述中阐述本发明的附加特征、方面和优点，这些特征、方面和优点在某种程度上对于本领域的技术人员来说根据该描述将是显而易见的，或者通过实施本文描述的发明可认识到。应理解，上文的一般描述和下文的详细描述两者描述了本发明的各种实施例，它们旨在提供用于理解所要求保护发明的本质和特征的概观和框架。所包含的附图用于提供对本发明的进一步理解，其结合到本说明书中并构成说明书的一部分。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]当参照附图阅读本发明的下列详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将能被最佳地理解，在附图中:
[0024]图1是表示对象以选定的姿势就坐时膜位移的三维图，；
[0025]图2是从图1的单个预定参考平面中截取的从对象的左边至右边或右边至左边的单个横向带的三维图，；
[0026]图3图示了在传统的二维数学平面上描绘的图2中的单个横向带。
【具体实施方式】
[0027]现将在下文中参照附图更加全面地描述本发明，在附图中图示了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，而不应理解为限于本文所述的代表性实施例。提供示例性实施例使得本公开将充分且完整，并将全面地表达本发明的范围，以及使本领域中的普通技术人员能制造、使用和实践本发明。贯穿各个附图，相同的附图标记指代相同的元件。
[0028]获得三维图和限定期望的压力分布的方法本身是现有技术中已知的。例如，见公开的PCT专利申请W02010/112219A1和美国专利N0.3,081, 129，这两份公开的全部内容以引用方式并入本文。本发明的方法进一步提供:对用于支撑膜的框架构件的形状的优化，和对支撑膜的局部变形和/弹性的优化。这种三维图的创建和压力分布的定义不构成本发明的部分。
[0029]如本文所用到的，与膜相关的术语“平面”和“二维”是指膜平坦的、未载重的形状。该膜有厚度，因此不是真正的二维。为了执行本文描述的发明的方法，第三维(即，膜的厚度)并不重要。
[0030]本发明的一个实施例包括首先创建三维图，例如，如图1中所示的三维图。对于以预定姿势就坐并且预定的身体部分接触膜的各个对象，该图或这些图在一个或多个限定的参考平面中被分成多个横向带(即，从对象的左边至右边或右边至左边)，如图2和图3所
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[0031]如图2和图3所示的带例如为一厘米宽，并面向大体上平行于对象的背部的横向平面、或大体上平行于对象臀部和大腿的底部的横向平面。通过看该带是面向背部平面还是底部平面以及通过其与背部平面和底部平面的交叉点之间的距离来识别该带。
[0032]如图3所示，各个横向带20均被分为多个单元，并且计算各个单元从参考平面的平均位移D2。尽管单元被选定为一厘米宽，但也能想到其它值。根据一个实施例，带在图3中在原点右方和上方的第一象限中的传统笛卡尔二维数学平面上示出，其大体上在水平(x)轴线上伸展，并具有沿竖直(y)轴线显示的位移D2。用于支撑膜的各个端部的框架构件的位置30和31相对于各个带而被限定。
[0033]该方法接着识别和画出从框架构件的位置30、31到带20的线的切点或切线“单元”40、41。通过计算连接框架构件的位置与各个单元的连接线的斜率来识别切线单元40、41。到左手侧框架构件位置30具有最小斜率的单元就是左手侧框架构件位置的切线单元
40。到右手侧框架构件位置31具有最大斜率的单元就是右手侧框架构件位置的切线单元41。
[0034]该方法接着计算从框架构件的各个位置至相应的切线单元的距离D5、D6。这些距离可使用勾股定理计算从框架构件的位置30、31到相应的切线单元40、41的水平距离的平方与切线单元40、41相对于相应的框架构件的位置30、31的竖向位移的平方之和的平方根而被算出。在30、31处安装在框架构件上的未载重(即，未被占据)的膜的位置可近似为框架构件的位置30、31之间画出的直线35，并且可用作用于测量位移的可选的参照。
[0035]该方法接着为每个横向带确定支撑膜的一区域的末端位置50、51，其中在该区域中支撑膜将桥接身体表面上沿着脊柱的凹部区和在臀部和大腿之间的凹部区。
[0036]这些位置近似地作为带的左侧上具有最大位移量的单元50和带的右侧上具有最大位移的单元51。接着，计算支撑带跨凹部区的桥接距离D7。在本发明的一个优选实施例中，该桥接距离是使用勾股定理通过计算在带的左侧上具有最大位移的单元50和带的右侧上具有最大位移的单元51之间的水平距离的平方与带的左侧上具有最大位移的单元50和带的右侧上具有最大位移的单元51之间的位移差的平方之和的平方根来进行估算的。
[0037]接着计算支撑带与身体接触的长度L8和L9。
[0038]支撑带在左侧和在右侧与身体接触的长度L8和L9近似地为:从左侧上的切线单元40 (包括该单元)到左侧上具有最大位移的单元50 (包括该单元)的各个相邻单元的中心之间的距离之和以及从右侧上的切线单元41 (包括该单元)到右侧上具有最大位移的单元51 (包括该单元)的各个单元的中心之间的距离之和。相邻单元的中心之间的距离被计算为:相邻单元之间的水平距离的平方与相邻单元之间的位移差的平方之和的平方根。
[0039]该方法接着计算各个支撑带在载重下的总长度。
[0040]各个支撑带在载重下的总长度近似地为，从框架构件位置至切线单元间的距离(即，左边和右边)(来自步骤5中的D5+D6 )、桥接距离(来自步骤7中的D7 )、以及支撑带(左边和右边)与身体接触的长度(来自步骤8中的L8+L9)之和。
[0041]该方法接着为各个带计算平均压力乘子。压力乘子被计算为:从左手侧上的框架构件的位置30至左手侧切线单元40的距离与从右手侧上的框架构件的位置31至右手侧切线单元41的距离之和除以左手侧的切线单元40从框架构件的左手侧位置30的位移与右手侧的切线单元41从框架构件的右手侧位置31的位移之和。
[0042]该方法接着为各个支撑带计算期望的垂直于平面的总载重量。各个支撑带的垂直于平面的总载重量被计算为:在传统压力测量垫和乘坐者由可自由调节的垫支撑时由该传统压力测量垫沿着该带测量出的压力之和。
[0043]在为各个支撑带计算出期望的垂直于平面的总载重量后，计算各个带在未安装在框架构件上时的松弛长度。膜材料的弹性被定义为:
[0044]LL=LR+f (T)
[0045]其中，LL是载重下的长度，LR是松弛长度，T是施加在该材料上的张力。
[0046]施加在支撑带上的张力计算为:
[0047]T=LXMP
[0048]其中，L是期望的垂直于平面的载重量，MP是平均压力乘子，如上所述地事先计算出。
[0049]支撑带的松弛长度计算为:
[0050]LR=LL-f (LXMP)
[0051]其中，LL是如上所述计算出的载重下的长度。
[0052]当各个带未安装在框架构件上时，可能总是希望每个带的松弛长度均比框架构件位置30和31之间的距离要短。
[0053]该方法接着对于所描述的框架构件位置和膜的弹性为处于给定位置的各个带计算在未安装在框架构件上时的最佳松弛长度。
[0054]所有采样的个体的相应的支持带的松弛长度(S卩，在与背部平面和底部平面的相交部相距相同距离的同一平面上的长度)被一般成年人群中的个体身高出现的频率加权。计算出支撑带各个位置的算术平均值(如紧邻的上文所描述的那样计算和加权)作为最佳量。可确定和选择众数统计值、中值统计值或累计统计值作为替代性的最佳量。
[0055]该方法接着限定支撑膜在未安装在框架构件上时的松弛形状。最佳支撑膜在未安装在框架构件上时的松弛形状通过从背部平面与底部平面的相交部开始每一厘米(即，为带选定的宽度)的横向宽度来限定，其对应于相应的带的最佳松弛长度。
[0056]该方法接着使用相应的带在未安装在框架构件上时的松弛长度的变化(为多乘客计算)来指导对框架构件的形状的优化。接着计算出相应的带在未安装在框架构件上时的用于所有乘客的松弛长度的标准偏差。在发现异常的高变量(即，标准偏差)时，框架构件的位置就向外移和/或(在背部平面上)向前移或(在底部平面上)向上移，并且根据前面的方法步骤重新优化松弛的膜的形状。
[0057]接着，多个乘客的相应的带在未安装在框架构件上时在松弛长度上的变化被用于指导对膜的弹性的优化。如上面所述地计算出所有乘客的相应带的松弛长度的标准偏差。在发现异常高的变量(即，标准偏差)时，就在该带的区域中使用具有更大局部弹性的膜，并根据前面的方法步骤重新优化松弛的膜的形状。
[0058]为了优化座椅以用于多种姿势，可为其它姿势重复上面描述的该方法的步骤。
[0059]上面描述了用于优化二维座椅元件的几何结构的方法。在不偏离本发明的范围的情况下，可对本发明的多种细节进行修改。而且，上文对本发明的实施例和对用于实践本发明的最佳模式的描述仅仅是为了示例性的目的，而没有任何限制目的，本发明由权利要求所限定。
【权利要求】
1.一种用于优化座椅膜的几何结构的方法，所述方法包括: (a)通过将一个或多个限定的参考平面划分成多个横向带，形成以预定姿势就坐的对象的接触身体部的三维图； (b)将各个带分成多个单元，并计算所述单元从一个或多个参考平面的平均位移； (C)相对于各个带限定支撑所述座椅膜各个端部的框架构件的位置； (d)识别从框架构件的位置到带的切线单元，并计算从框架构件的各个位置到其切线单元的距离； (e)为每个带确定座椅膜的、桥接对象身体表面上的凹部区的、区域末端的位置，并计算支撑带跨所述凹部区的桥接距离； Cf)计算支撑带与身体接触的长度； (g)计算各个支撑带在载重下的总长度； (h)计算各个支撑带的平均压力乘子； (i)计算各个支撑带的垂直于平面的期望总载重量； (j)计算各个所述支撑带在未安装在框架构件上时的松弛长度； (k)基于框架的位置和座椅膜的弹性计算各个支撑带在未安装在框架构件上时的最佳松弛长度，以限定座椅膜在未安装在所述框架构件上时的松弛形状；以及 (I)利用各个支撑带在未安装在所述框架构件上时在松弛长度上的变化来优化座椅膜的弹性，以适应多种对象。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法用于优化框架构件的形状。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括:为了另外的坐姿和对象而重复步骤(a) - (I)的步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，从对象的左边至右边或从对象的右边至左边来对所述横向带进行划分。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，一个或多个预定的参考平面包括横向背部平面和横向底部平面。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，通过看横向带是面向所述背部平面还是所述底部平面、以及通过所述横向带到所述背部平面和所述底部平面的相交部的距离，来识别所述横向带。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过计算连接相邻框架构件的位置与各个单元的连接线的斜率来识别切线单元，使得到左手侧框架构件位置具有最低斜率的单元是左手侧框架构件的切线单元，而到右手侧框架位置具有最高斜率的单元是右手侧框架构件位置的切线单元。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，对于各个横向带，所述座椅膜的、桥接对象的身体表面上的凹部区的、区域的末端的位置是在所述横向带的左侧和右侧上具有最大位移的单元。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，计算从所述框架构件的各个位置到其相应的切线单元的距离的步骤包括:利用勾股定理作从框架构件位置至其相应的切线单元的水平距离的平方与切线单元相对于相应的框架构件的位置的竖向位移的平方之和的平方根。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，与身体接触的支撑带的长度是:从左侧上的切线单元到左侧上的具有最大位移的单元的各个相邻单元的中心之间的距离与从右侧上的切线单元到右侧上的具有最大位移的单元的各个单元的中心之间的距离之和，其中，所述从左侧上的切线单元包括该左侧上的切线单元，所述到左侧上的具有最大位移的单元包括该左侧上的具有最大位移的单元，所述从右侧上的切线单元包括该右侧上的切线单元，所述到右侧上的具有最大位移的单元包括该右侧上的具有最大位移的单元，其中，相邻单元的中心之间的距离被计算为相邻单元之间的水平距离的平方与相邻单元之间的位移差的平方之和的平方根。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，各个支撑带在载重下的总长度是:从框架构件位置到所述切线单元右边距离和左边距离、桥接距离、以及与身体接触的右支撑带和左支撑带的长度之和。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，各个支撑带的平均压力乘子是:从左手侧上的框架构件位置到左手侧切线单元的距离与从右手侧上的框架构件位置到右手侧切线单元的距离之和除以左手侧切线单元从框架构件左手侧位置的位移与右手侧切线单元从框架构件右手侧位置的位移之和。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，各个支撑带的垂直于平面的总载重量被计算为:在压力测量垫和对象由可自由调节的垫支撑时由该压力测量垫沿着该支撑带测量出的压力之和。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，各个支撑带在未安装在框架构件上时的松弛形状通过从背部平面与底部平 面的相交部开始的带的横向宽度来限定，该横向宽度对应于相应的带的最佳松弛长度。
【文档编号】A47C31/12GK103458738SQ201280015596
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年4月2日 优先权日:2011年3月31日
【发明者】K·R·布劳尔 申请人:Be航天股份有限公司