一种基于CAE技术的汽车乘员约束系统优化方法与流程

本发明涉及一种基于cae(computeraidedengineering)技术的汽车乘员约束系统优化方法，属于汽车碰撞安全的仿真试验领域。

背景技术：

随着汽车产品激烈的市场竞争，不断要求汽车开发企业要用更短的时间，开发更好的产品。随着计算机技术的迅猛发展，cae技术得到了飞速发展和广泛的应用。在汽车开发过程中，对于被动安全的分析，cae技术已经突显其重要的作用并能够代替部分试验，为缩短开发周期提供了有力保障。目前汽车开发过程中，cae技术可以在较短的时间内验证多工况、多轮次的优化方案。

汽车乘员约束系统是指在汽车碰撞事故中对乘员起保护作用的装置，包括安全带、安全气囊、安全座椅、溃缩式转向管柱与转向盘、仪表板等。乘员保护系统中最早采用的是安全带，在汽车发生前碰及翻滚时约束乘员相对于车辆的运动，对保护乘员能起到显著的效果。安全气囊也常常用来保护车内的乘员，它与安全带联合使用可对乘员进行有效的保护。因此，乘员约束系统参数的选择和优化设计是汽车正面碰撞安全设计的关键问题之一。

乘员约束系统的性能直接影响车辆碰撞性能的最终评价结果，所以需要对车辆的乘员约束系统进行参数筛选和优化设计，良好的的乘员约束系统通过优化设计后能够与假人和车体合理匹配，满足性能设计要求。

技术实现要素：

本发明提供一种基于cae技术的汽车乘员约束系统优化方法，与假人及车体结构进行合理匹配，减少试验成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种基于cae技术的汽车乘员约束系统优化方法，包括如下步骤：s1.建立system.ref_space，作为参考空间。s2.车体运动加载和参考空间之间以自由铰连接来定位车体运动的加载位置，用以施加车体初速度和碰撞加速度，车体运动的加载位置，一般选择左右b柱下端的位置作为加载点。s3.驾驶舱及部件的乘员约束系统建模中，需要根据实际的尺寸及安装关系进行准确的建模，部件的尺寸可以来自总布置数据或设计工程图。s4.安全带模型及定位的准确性对模拟的结果准确性有着相当大的影响。根据卷收器、导向槽、高度调节器、d环、带扣、锚点等定位参数确定安全带模型的织带走向及连接关系，其可以通过使用正交各向异性摩擦系数来模拟安全带织物对假人身体表面的嵌入效应。s5.确保dab.airbag的housing为steering的一部分，pab.airbag的housing为ip的一部分，并定义各自相应的接触关系。安全气囊为有限元模型，大小和形状与实车安装状态相同。进行安全气囊材料和排气孔材料设置，定义气体发生器参数，包括气体发生器点火时刻，气体质量流和气体成分等。s6.建立驾驶员侧约束系统仿真模型和乘员侧约束系统仿真模型，根据人机工程尺寸布置确定驾驶员侧及乘员侧假人与乘员舱内部结构的定位关系。s7.在进行参数选择和优化时，可根据工程经验选择对乘员约束系统影响较大的因素作为doe参数。s8.对假人头部伤害值hic、胸部合成加速度c3ms、胸部压缩量ccomp、左大腿轴向压力ffl和右大腿轴向压力ffr、综合评价指标wic进行综合观察，找出可以保证假人性能的最优参数组合。

作为本发明的一种优选技术方案，约束系统部件包括安全带、预紧器、限力器、卷收器、安全气囊、气体发生器和点火时间。

作为本发明的一种优选技术方案，分析流程引用步骤s3：首先输入数据：1.cad几何；2.车体运动曲线；3.假人位置；4.基础约束系统参数。随后建立cae基础模型50frb/64odb，通过伤害对比。

作为本发明的一种优选技术方案，分析流程引用步骤s8：1.优化方向；2.优化参数；3.优化水平；4.优化矩阵。优化工况doe，随后对优化结果进行分析，确定优化工况最优参数，参数代入验证工况，验证工况验证，再确定验证工况最优参数；该种基于cae技术的汽车乘员约束系统优化方法，采用分步正交试验设计方法对正面乘员约束系统进行优化设计，提高优化精度和可控性。

作为本发明的一种优选技术方案，安全气囊为有限元模型，大小和形状与实车安装状态相同。

作为本发明的一种优选技术方案，安全带采用mb+fe组合式安全带。

作为本发明的一种优选技术方案，参考空间基于madymo软件创建。

本发明所达到的有益效果是：采用分步正交试验设计方法对正面乘员约束系统进行优化设计，提高优化精度和可控性；筛选乘员约束系统参数，使其与假人和车体进行良好匹配，使乘员伤害值满足设计要求；利用cae技术，减少车辆设计过程中的试验验证时间和相关成本。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明分析流程图；

图2是本发明假人相对位置示意图及测量表图；

图3是本发明乘员约束系统各部件参数图；

图4是本发明根据工程经验确定的约束系统优化参数图；

图5是本发明驾驶员侧约束系统模型图；

图6是本发明乘员侧约束系统模型图；

图7是本发明假人伤害优化结果图；

图中：1、前挡风玻璃；2、驾驶员安全气囊；3、安全带上固定点；4、安全带；5、卷收器；6、安全带下固定点；7、驾驶员座椅；8、安全带锁扣；9、膝部气囊；10、放脚处；11、防火墙；12、仪表盘；13、方向盘及转向管柱；14、乘员侧安全气囊；15、乘员侧座椅；16、前地板；17、假人。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：如图1-7所示，包括如下步骤：s1.建立system.ref_space，作为参考空间。s2.车体运动加载和参考空间之间以自由铰连接来定位车体运动的加载位置，用以施加车体初速度和碰撞加速度，车体运动的加载位置，一般选择左右b柱下端的位置作为加载点。s3.驾驶舱及部件的乘员约束系统建模中，需要根据实际的尺寸及安装关系进行准确的建模，部件的尺寸可以来自总布置数据或设计工程图。s4.安全带模型及定位的准确性对模拟的结果准确性有着相当大的影响。根据卷收器、导向槽、高度调节器、d环、带扣、锚点等定位参数确定安全带模型的织带走向及连接关系，其可以通过使用正交各向异性摩擦系数来模拟安全带织物对假人身体表面的嵌入效应。s5.确保dab.airbag的housing为steering的一部分，pab.airbag的housing为ip的一部分，并定义各自相应的接触关系。安全气囊为有限元模型，大小和形状与实车安装状态相同。进行安全气囊材料和排气孔材料设置，定义气体发生器参数，包括气体发生器点火时刻，气体质量流和气体成分等。s6.建立驾驶员侧约束系统仿真模型和乘员侧约束系统仿真模型，根据人机工程尺寸布置确定驾驶员侧及乘员侧假人与乘员舱内部结构的定位关系。s7.在进行参数选择和优化时，可根据工程经验选择对乘员约束系统影响较大的因素作为doe参数。s8.对假人头部伤害值hic、胸部合成加速度c3ms、胸部压缩量ccomp、左大腿轴向压力ffl和右大腿轴向压力ffr、综合评价指标wic进行综合观察，找出可以保证假人性能的最优参数组合。

为了使该种基于cae技术的汽车乘员约束系统优化方法实用性强，约束系统部件包括安全带、预紧器、限力器、卷收器、安全气囊、气体发生器和点火时间，分析流程引用步骤s3：首先输入数据：1.cad几何；2.车体运动曲线；3.假人位置；4.基础约束系统参数。随后建立cae基础模型50frb/64odb，通过伤害对比。分析流程引用步骤s8：1.优化方向；2.优化参数；3.优化水平；4.优化矩阵。优化工况doe，随后对优化结果进行分析，确定优化工况最优参数，参数代入验证工况，验证工况验证，再确定验证工况最优参数；该种基于cae技术的汽车乘员约束系统优化方法，采用分步正交试验设计方法对正面乘员约束系统进行优化设计，提高优化精度和可控性，安全气囊为有限元模型，大小和形状与实车安装状态相同，安全带采用mb+fe组合式安全带，参考空间基于madymo软件创建。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。