专利名称：利用有限元模型模拟车辆辅助约束装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟车辆充气式辅助约束装置的方法和系统。该装置包括但不限于驾驶员侧安全气囊(DAB)、乘客侧安全气囊(PAB)、侧面撞击安全气囊(SAB)和帘式气囊(CAB)。
背景技术：
模拟车辆乘员与如方向盘安全气囊或侧面安全气囊之类的辅助约束装置之间的接触是机动车碰撞模拟的一个重要方面。为了精确地预测车辆乘员与安全气囊之间的接触，必须在构造、安全气囊的内部压力和安全气囊的轨道和展开力量方面正确地模拟安全气囊。众所周知，不同的气囊折叠形式可以明显地影响安全气囊的展开特征和增加安全气囊与乘员之间的互相影响。所以，一个正确折叠的安全气囊的有限元模型在一个有限元模拟过程中是保征安全气囊和乘员适当的接触的重要的一步。另外，安全气囊的最终形状是影响乘员的运动特性和碰撞特征的另一重要因素，因此，使用一个直接来自它的完全展开形状的折叠安全气囊的有限元模型是十分必要的。然而，现有的安全气囊折叠工具是从压平的安全气囊制作折叠安全气囊的有限元模型的。因此，需要一种可以将3D安全气囊模型转变为2D模型以创建一个鲁棒安全气囊模型的方法。
本发明提出一种由一个完全展开的安全气囊的有限元模型创建一个折叠安全气囊的有限元模型的系统和方法。使用例如Radioss、LS-DYNA、MADYMO，或PAM-CRASH(三维碰撞冲击仿真模拟系统)的有限元显式工具模拟安全气囊折叠、装配和包装过程中的现实的折叠程序可以建立一个鲁棒有限元分析(FEA)模型。
发明内容
建立一个车辆充气辅助约束装置模型的方法的步骤包括用一个有限元模型建立一个完全充气状态下的约束装置模型，以及利用完全充气状态下输入到有限元模型的数据重新建立从完全充气到完全放气和压平状态的约束装置模型。然后，将符合完气放气和压平状态的结果输入到一个有限元模型，该模型模拟该约束装置从完全放气和压平状态到折叠状态的折叠。该方法可进一步的包括使用折叠状态模型的数据模拟该辅助约束装置的完全充气状态的步骤。最后，该方法还可以包括对一个模拟的折叠状态的包装尺寸和该约束装置在车辆的装配壳体的包装尺寸的比较步骤。
根据本发明的另一方面，该约束装置被折叠成无论是卷起状态还是蜷缩的状态或是星形状态或是所属技术领域的技术人员和受到本说明的启示的人员所了解的其它最终状态，都可以得到模拟。
根据本发明的另一方面，一个模拟车辆充气辅助约束装置的系统包括一个隐式有限元模型以模拟一个辅助约束装置从完全充气状态到完全放气状态和压平状态。该系统进一步包括一个使用隐式模型的模拟结果的显式有限元模型以模拟该放气的辅助约束装置折叠成适合车辆装配的包裹的过程。如上所述，本系统可以模拟该约束装置折叠到卷起、蜷缩、星形状态或其它状态。
本发明的优点是模拟一个辅助约束装置所需的时间和计算资源与已有的模拟技术相比大大地减少了。
本发明的又一个优点是根据本发明的方法和系统的系统产生的模拟结果与已有模拟系统产生的结果相比更加精确。
其它的优点与本发明的特点和目的，对于阅读本说明书的人将变得显而易见。
图1是一个完全充气的安全气囊在两个平板之间被挤压的示意图。
图2与图1相似，但是表示安全气囊被完全压平的状态。
图3表示图1和图2中的安全气囊被折叠成平面状态。
图4表示图1和图2中的安全气囊被折叠成卷起状态。
图5表示图1和图2中的安全气囊被折叠成蜷缩状态。
图6为一个星形辅助约束装置，表示其处于完全展开状态。
图7表示一个折叠的安全气囊放置在一个模拟的装配于车辆内的约束壳体内。
图8是表示根据本发明的方法的流程图。
具体实施例方式
如图1所示，本模拟从一个完全充气状态的安全气囊10开始。图1中的安全气囊与图6中的安全气囊相似，是用一个有限元模型模拟执行的结果。如图8步骤44所示。安全气囊10放置在基础平面18和平板14之间。图2中，模拟安全气囊10在平面18和平板14之间被挤压变成放气和压平状态，如图8步骤46所示。对该结构变形的模拟使用完全充气状态的模拟得出的数据。再一次，有限元模型的模拟继续进行。该压平过程的模拟包括模拟安全气囊10一致的气体压力。进一步地，模拟安全气囊10具有小放气孔以在模拟压平过程中释放气体。为了保持原始模型的质量和数值收敛，在压平过程的模拟中包括了安全气囊织物层的接触。
图3、图4和图5，表示了模拟连续折叠安全气囊10的全过程。该模拟是利用从之前的模拟压平工序的网格数据使用一个有限元模型，根据图8中的步骤48完成的。该有限元模型使用图8中步骤46的输入数据。该模型可以用于模拟步骤52以产生如图3所示的压平、折叠状态或如图4所示的卷起状态或如图5所示的蜷缩状态或产生如图6所示的完全充气星形状态所需的其它的折叠状态。在图3中，安全气囊10通过硬块22与平面18保持接触，同时通过折合板26折叠。在图4中，安全气囊10通过卷轴30卷起。最后，在图5中，安全气囊10通过折叠心轴34形成蜷缩状态。该每一种折叠都可以，例如，用一个显式有限元模型模拟。
在图8中步骤50，用压平约束模型，在本例中为显式有限元模型，模拟充气约束，以校验折叠模拟的准确性，从而在碰撞模拟中验证折叠模型的使用。图8中含有另一个步骤52，该步骤将折叠约束10的尺寸与装配该约束的车辆的约束壳体38进行比较。该比较表示在图7中，再一次地，该安全气囊没有变成实在的样本，而是仍在软件中模拟，约束壳体38也是这样。作为图7所示步骤的的一部分，将安全气囊10插入壳体38最好包括确定折叠的安全气囊层与壳体的若干接触处。
虽然本发明已通过具体的实施例披露如上，然而应当知道，所属技术领域的技术人员可以在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围做出各种修正、更动和改变。
权利要求
1.一种模拟车辆充气式辅助约束装置的方法，包括以下步骤使用一个有限元模型模拟完全充气状态的约束装置；利用隐式有限元模型中模拟完全充气状态的数据，将该模拟的约束装置从完全充气状态改变为完全放气和压平状态；以及将符合完全放气和压平状态的结果，包括符合完全放气和压平状态的有限元网格数据和几何数据输入到一个有限元模型以模拟该约束装置从完全放气和压平状态到折叠状态的折叠过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是其进一步包括下述步骤使用折叠模拟的数据模拟该辅助约束装置的完全充气状态。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是其进一步包括下述步骤将折叠状态模型的包装尺寸与该约束装置的壳体尺寸相比较。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是该约束装置被折叠成卷起状态。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是该约束装置被折叠成蜷缩状态。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是该约束装置被折叠成星形状态。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是模拟该安全气囊被重新装配成上述的完全放气和压平状态时在安全气囊内具有一致的压力。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是模拟该安全气囊含有小放气孔，以在安全气囊压平过程中释放安全气囊中的气体。
9.一种模拟车辆充气式辅助约束装置的系统，包括一种模拟车辆辅助约束装置的有限元模型，该装置从完全充气状态转变为完全放气状态；和一个使用隐式模型结果的有限元模型以模拟该放气辅助约束装置的折叠。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征是该约束装置被折叠成卷起状态。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征是该约束装置被折叠成蜷缩状态。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征是该约束装置被折叠成星形状态。
13.一种模拟车辆充气式辅助约束装置的方法，包括以下步骤使用一个有限元模型模拟完全充气状态的约束装置；使用该有限元模型中完全充气状态模拟的数据，将该模拟的约束装置从完全充气状态改变为完全放气和压平状态；将符合完全放气和压平状态的结果输入到一个有限元模型以模拟该约束装置从完全放气和压平状态到折叠状态的折叠过程；将模型的折叠状态的包装尺寸与相应的该约束装置的壳体尺寸相比较；和利用该模拟的折叠状态模拟该辅助约束装置的完全充气状态。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征是模拟该安全气囊，在该安全气囊被重新装配成上述的完全放气和压平状态时该安全气囊中含有小放气孔和一致的压力。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征是在确定了一个折叠的多层安全气囊与壳体的接触处的情况下，通过模拟将该折叠的安全气囊插入上述壳体来比较上述安全气囊和壳体。
全文摘要
一种模拟车辆充气式辅助约束装置的方法和系统，包括根据第一步骤操作一个模拟系统，使用一个有限元模型模拟该约束装置的完全充气状态。然后放气和压平该模拟的安全气囊。用一个有限元模型模拟该压平的安全气囊的折叠。从该模拟的连续的步骤的结果取得的输入以用于后续的模拟步骤。
文档编号B60R21/00GK101013448SQ20061013795
公开日2007年8月8日 申请日期2006年10月31日 优先权日2006年2月2日
发明者吴富邦, 翟立, 里本·萨哈 申请人:福特全球技术公司