一种基于CAE的可变形移动壁障碰撞仿真方法及计算机存储介质与流程

本发明涉及车辆安全性检测技术领域，尤其涉及一种基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法及计算机存储介质。

背景技术：

cae仿真分析，已经成为汽车开发设计过程中的主导技术，在提高产品的设计质量，降低开发成本，缩短开发周期方面都发挥了重要作用。在整车碰撞安全开发过程中，cae仿真分析与试验分析对标的相似度，对整车后续整改实验验证、整车总成零部件开发都有至关重要的作用。

正面40％重叠可变形壁障碰撞试验，按照c-ncap试验程序进行，试验车辆40％重叠正面冲击固定可变形壁障。碰撞速度为64±1km/h，偏置碰撞车辆与可变形壁障碰撞重叠宽度应在40％车宽±20mm的范围内。在前排驾驶员和乘员位置分别放置一个hybridiii型50百分位男性假人，用以测量前排人员受伤害情况。在第二排座椅最左侧座位上放置一个hybridiii型5百分位女性假人，用以测量第二排人员受伤害情况。对于两门单排座车型，仅在前排驾驶员和乘员位置分别放置一个hybridiii型50百分位男性假人，用以测量前排人员受伤害情况。

偏置碰撞试验中，当转动的车轮与可变形壁障接触时，可变形壁障会产生向下运动的趋势。这个过程中，可变形壁障与车辆前端的接触位置会时刻发生变化，对车辆前端防撞横梁变形也会产生影响。

然而，目前，在仿真分析中，车轮转动对可变形壁障的影响并没有在cae仿真分析中体现出来，导致cae仿真分析可变形壁障变形与试验中可变形壁障变形并不一致，严重时还会影响纵梁变形，从而影响cae仿真分析的准确性。

因此，提供一种基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法及计算机存储介质。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法，解决cae仿真分析可变形壁障变形与实际试验中可变形壁障变形不一致的问题，准确地模拟出偏置碰撞分析中壁障与车体在变形过程中的相对位置关系，提高了偏置碰撞仿真分析对标试验的精度，从而进一步保证了仿真分析结果的可靠性。

根据本发明的一个方面，提供一种基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法，包括：

根据整车实际参数构建虚拟车辆，根据假人实际参数构建虚拟假人，根据可变形移动壁障实际参数构建可变形移动虚拟壁障，并在可变形移动虚拟壁障上选取移动区域；

按照实际测试要求模拟虚拟车辆、虚拟假人与可变形移动虚拟壁障的相对位置，向虚拟车辆和虚拟假人施加对可变形移动虚拟壁障的碰撞速度，同时，向移动区域施加随时间变化的位移，获取虚拟车辆与可变形移动虚拟壁障的相对运动动画；

该相对运动动画与实际碰撞试验录像进行对标，判断相对运动动画与实际碰撞试验录像的对标结果，若对标一致，则以可变形移动壁障碰撞仿真试验代替实际碰撞试验。

进一步地，上述基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法，还包括：通过实际碰撞试验中可变形移动壁障随时间变化的位移，向移动区域施加随时间变化的位移。

进一步地，实际碰撞试验中可变形移动壁障随时间变化的位移，具体获取过程如下：

记录实际碰撞试验中车辆轮胎与可变性移动壁障刚接触时，可变性移动壁障距离地面的初始高度和当前的初始时刻；

记录实际碰撞试验中车辆轮胎与可变性移动壁障相对运动后，车辆轮胎停止转动时，可变性移动壁障距离地面的最终高度和当前的最终时刻；

根据初始高度、初始时刻、最终高度和最终时刻绘制实际碰撞试验中可变形移动壁障的时间位移曲线。

进一步地，通过以下步骤选取移动区域：

测量实际碰撞试验中车辆与可变性移动壁障碰撞前车辆轮胎轮心与地面之间的第一距离；

在可变形移动虚拟壁障与虚拟车辆轮胎接触，并且可变形移动虚拟壁障与虚拟车辆轮胎轮心之间的第二距离与第一距离相等时，可变形移动虚拟壁障与虚拟车辆轮胎之间的接触面积作为移动区域。

进一步地，上述基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法，还包括：存储实际碰撞试验录像和用于对标的实际碰撞试验结果。

进一步地，对标为可变形移动壁障运动姿态对标。

进一步地，实际碰撞试验中可变形移动壁障随时间变化的位移，具体获取过程如下：

记录实际碰撞试验中车辆轮胎与可变性移动壁障刚接触时，可变性移动壁障距离地面的初始高度和当前的初始时刻；

记录实际碰撞试验中车辆轮胎与可变性移动壁障相对运动过程中，可变性移动壁障距离地面的过程高度和当前的过程时刻；

记录实际碰撞试验中车辆轮胎与可变性移动壁障相对运动后，车辆轮胎停止转动时，可变性移动壁障距离地面的最终高度和当前的最终时刻；

根据初始高度、初始时刻、过程高度、过程时刻、最终高度和最终时刻绘制实际碰撞试验中可变形移动壁障的时间位移曲线。

进一步地，上述基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法，还包括：若相对运动动画与实际碰撞试验录像的对标结果不一致，则重新绘制实际碰撞试验中可变形移动壁障的时间位移曲线，直到该时间位移曲线使可变形移动虚拟壁障的位移满足对标结果一致为止。

进一步地，虚拟车辆对可变形移动虚拟壁障的碰撞速度为64±1km/h。

根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求上述方法的步骤。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

本发明的基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法将可变性移动壁障的下移加载在仿真过程中，准确地模拟出偏置碰撞分析中壁障与车体在变形过程中的相对位置关系，提高了偏置碰撞仿真分析对标试验的精度，从而进一步保证了仿真分析结果的可靠性。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法步骤图；

图2为壁障时间位移曲线。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

由于车轮转动的能量，会对车辆车轮与壁障接触的位置产生一个竖直方向的切向力，这个切向力会导致壁障产生向下的位移，目前，可变形移动壁障碰撞仿真中缺失虚拟车辆撞到可变形移动虚拟壁障后可变形移动虚拟壁障向下运动这一部分，因此，本发明提供一种基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法，加载了虚拟车辆撞到可变形移动虚拟壁障后可变形移动虚拟壁障向下运动这一部分。

图1是本发明的基于cae(computeraidedengineering，计算机辅助工程)的可变形移动壁障碰撞仿真方法步骤图，参见图1，本发明提供的基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法，包括：

根据整车实际参数构建虚拟车辆，根据假人实际参数构建虚拟假人，根据可变形移动壁障实际参数构建可变形移动虚拟壁障，并在可变形移动虚拟壁障上选取移动区域；

按照实际测试要求模拟虚拟车辆、虚拟假人与可变形移动虚拟壁障的相对位置，向虚拟车辆和虚拟假人施加对可变形移动虚拟壁障的碰撞速度，同时，向移动区域施加随时间变化的位移，获取虚拟车辆与可变形移动虚拟壁障的相对运动动画；

该相对运动动画与实际碰撞试验录像进行对标，判断相对运动动画与实际碰撞试验录像的对标结果，若对标一致，则以可变形移动壁障碰撞仿真试验代替实际碰撞试验。

其中，虚拟车辆对可变形移动虚拟壁障的碰撞速度为64±1km/h。

本发明的基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法将可变性移动壁障的下移加载在仿真过程中，准确地模拟出偏置碰撞分析中壁障与车体在变形过程中的相对位置关系，提高了偏置碰撞仿真分析对标试验的精度，从而进一步保证了仿真分析结果的可靠性。

上述基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法，还包括：通过实际碰撞试验中可变形移动壁障随时间变化的位移，向移动区域施加随时间变化的位移。

具体地，实际碰撞试验中可变形移动壁障随时间变化的位移，具体获取过程如下：

记录实际碰撞试验中车辆轮胎与可变性移动壁障刚接触时，可变性移动壁障距离地面的初始高度和当前的初始时刻；

记录实际碰撞试验中车辆轮胎与可变性移动壁障相对运动后，车辆轮胎停止转动时，可变性移动壁障距离地面的最终高度和当前的最终时刻；

根据初始高度、初始时刻、最终高度和最终时刻绘制实际碰撞试验中可变形移动壁障的时间位移曲线。

进一步地，通过以下步骤选取移动区域：

测量实际碰撞试验中车辆与可变性移动壁障碰撞前车辆轮胎轮心与地面之间的第一距离；

在可变形移动虚拟壁障与虚拟车辆轮胎接触，并且可变形移动虚拟壁障与虚拟车辆轮胎轮心之间的第二距离与第一距离相等时，可变形移动虚拟壁障与虚拟车辆轮胎之间的接触面积作为移动区域。

进一步地，实际碰撞试验中可变形移动壁障随时间变化的位移，具体获取过程如下：

记录实际碰撞试验中车辆轮胎与可变性移动壁障刚接触时，可变性移动壁障距离地面的初始高度和当前的初始时刻；

记录实际碰撞试验中车辆轮胎与可变性移动壁障相对运动过程中，可变性移动壁障距离地面的过程高度和当前的过程时刻；

记录实际碰撞试验中车辆轮胎与可变性移动壁障相对运动后，车辆轮胎停止转动时，可变性移动壁障距离地面的最终高度和当前的最终时刻；

根据初始高度、初始时刻、过程高度、过程时刻、最终高度和最终时刻绘制实际碰撞试验中可变形移动壁障的时间位移曲线。

进一步地，上述基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法，还包括：若相对运动动画与实际碰撞试验录像的对标结果不一致，则重新绘制实际碰撞试验中可变形移动壁障的时间位移曲线，直到该时间位移曲线使可变形移动虚拟壁障的位移满足对标结果一致为止。

本发明通过调整实际碰撞试验中可变形移动壁障的时间位移曲线，将调整后的时间位移曲线加载在可变形移动虚拟壁障上，并对实际试验和虚拟试验进行对标，进一步提高虚拟试验的精度，使得在精确的前提下，虚拟试验能够替代实际试验。

在实际应用中，测量左前轮轮心距离地面的距离r；通过由虚拟车辆、虚拟假人和虚拟壁障组成的cae模型找出轮胎与壁障接触时，轮胎与壁障的接触面积；通过实际试验录像分析，确定壁障与轮胎接触后，壁障的运动位移；在已经搭建好的偏置碰撞分析中，对壁障进行条件约束；进行仿真分析，观察仿真分析动画与高速试验录像相似度。

具体地，第一步，按照cncap(china-newcarassessmentprogram，中国新车评价规程)偏置碰撞准备试验要求，车辆配置完成，假人摆放完毕后，测量左前轮轮心距离地面的距离r。

第二步，在cae中，找到轮胎与壁障接触时的面积，此面积为cae仿真分析时，对壁障加载位移的区域，更详细地，将车辆与壁障碰撞前的壁障位置平行移动到车辆与壁障接触的壁障位置，车辆与壁障接触的壁障位置到车胎轮心的距离为r，此时轮胎穿过壁障的面积为s，此面积作为壁障加载位的区域。

第三步，观察实际试验动画，通过实际试验动画记录车辆轮胎与壁障刚接触时，壁障距离地面刻高度h1和此时的时刻t1，车辆车轮停止转动时，壁障距离地面刻高度h2和此时的时刻t2，绘制壁障时间位移曲线，作为壁障加载位的区域的位移加载曲线，在条件允许的情况下可以多测量几个时刻的点，这样时间位移曲线会更准确，或者在实际试验过程采用壁障上的位移传感器直接得到时间位移曲线，其中，如图2所示，绘制曲线时，t1时刻h1的高度定义为零，t2时刻h2的高度为(h1-h2)，z向位移表示竖直方向的位移。

第四步，在已经完成的偏置碰撞仿真分析中，选取壁障上对应面积s区域的单元，对壁障加载位的区域施加位移时间曲线。

第五步，提交计算，观察仿真中壁障相对于车辆的运动情况，与实际试验中壁障的变形进行对比。

本发明的对cae中壁障的加载方式，是为了保证仿真中壁障的运动姿态与试验中壁障的运动姿态一致，从而保证仿真分析时车辆前端受到壁障的作用力与试验状态更加一致。

进一步地，上述基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法，还包括：存储实际碰撞试验录像和用于对标的实际碰撞试验结果。

对标为可变形移动壁障运动姿态对标。具体地，可变形移动壁障运动姿态对标具体实施方式为：对比实际试验中可变形移动壁障与仿真试验中可变形移动虚拟壁障不同时刻在竖直方向的位移数值是否一致，若两者的位移数值在±10％范围内，表示对标一致。

本发明还提供了一种实现基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法的系统，该系统包括：测试物构建模块，用于根据整车实际参数构建虚拟车辆，根据假人实际参数构建虚拟假人，根据可变形移动壁障实际参数构建可变形移动虚拟壁障，并在可变形移动虚拟壁障上选取移动区域；虚拟测试模块，用于按照实际测试要求模拟虚拟车辆、虚拟假人与可变形移动虚拟壁障的相对位置，向虚拟车辆施加对可变形移动虚拟壁障的冲击力，同时，向移动区域施加随时间变化的位移，获取虚拟车辆与可变形移动虚拟壁障的相对运动动画；碰撞仿真试验筛选模块，用于该相对运动动画与实际碰撞试验录像进行对标，判断相对运动动画与实际碰撞试验录像的对标结果，若对标一致，则以可变形移动壁障碰撞仿真试验代替实际碰撞试验。

对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

此外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。

本实施例中，所述基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真系统集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

本发明实施例还提供了计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤s11、根据整车实际参数构建虚拟车辆，根据假人实际参数构建虚拟假人，根据可变形移动壁障实际参数构建可变形移动虚拟壁障，并在可变形移动虚拟壁障上选取移动区域；步骤s12、按照实际测试要求模拟虚拟车辆、虚拟假人与可变形移动虚拟壁障的相对位置，向虚拟车辆和虚拟假人施加对可变形移动虚拟壁障的碰撞速度，同时，向移动区域施加随时间变化的位移，获取虚拟车辆与可变形移动虚拟壁障的相对运动动画；步骤s13、该相对运动动画与实际碰撞试验录像进行对标，判断相对运动动画与实际碰撞试验录像的对标结果，若对标一致，则以可变形移动壁障碰撞仿真试验代替实际碰撞试验。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各基于物联网的知识产权许可系统实施例中各模块/单元的功能，例如基于cae的可变形移动壁障碰撞仿真方法的系统，该系统包括：测试物构建模块，虚拟测试模块，碰撞仿真试验筛选模块。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述基于物联网的知识产权许可系统中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成测试物构建模块，虚拟测试模块，碰撞仿真试验筛选模块。

所述计算机设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述计算机设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，上述计算机设备仅仅是计算机设备的示例，并不构成对计算机设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述计算机设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所述处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述计算机设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个计算机设备的各个部分。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述计算机设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。