专利名称：汽车部件的碰撞性能评价方法以及其所使用的部件碰撞试验机的制作方法
技术领域：
本发明涉及在汽车的开发设计阶段中进行的汽车部件的碰撞性能评价方法以及该碰撞性能评价方法所使用的部件碰撞试验机。本申请基于2009年8月4日在日本申请的日本特愿2009-181208号主张优先权， 将其内容援用到本说明书中。
背景技术：
在汽车的开发设计阶段中，对车体的碰撞性能进行评价是不可或缺的，汽车制造厂在造成试制车之后利用其实施碰撞试验，并在确认了能够确保符合目的的碰撞性能后开始量产。但是，在一部分部件的强度不足的情况下，必须实施使该部件的强度提高的对策， 并重新制作试制车来再次实施碰撞试验。在这样的步骤中，不仅增加开发成本而且需要大量时间，对开发工序造成很大影响。为了解决该问题，以往进行了部件单位的碰撞性能评价。可以根据以往的知识和见解知晓对汽车的碰撞性能影响大的基本的部件，例如在侧面碰撞的情况下，中柱(center pillar)、侧门框(side sill)是最重要的部件。如果能够将这些部件以单体的形式在与组装到实际的车体的状态(整车状态)同样的条件下进行性能评价，则能够节约重新制作试制车的成本和期间。但是，在将这些部件以单体的形式进行单纯的3点弯曲试验等时，与以组装到实际的车体的状态进行碰撞试验的情况相比，由于无法充分反映部件的支承方法以及从周围的部件受到的影响，所以对于实车采用的判断而言存在评价精度低的问题。另一方面，在计算机上进行汽车部件的碰撞性能评价的方法也被广泛应用。例如在专利文献1中公开了一种通过采用了 CAE (Computer Aided Engineering :计算机辅助工程)模型的显示有限元分析法来进行碰撞时中柱的屈曲特性的方法。由于整车状态下的基于CAE模型的解析能够高精度评价进行性能评价的部件与其他部件的相互作用，所以是一种用于评价碰撞性能的有效方法。但是，由于整车状态下的碰撞模拟负荷非常高，其执行需要很大的计算机能力和数日单位的计算时间，所以难以试行足够次数。另外，即使能够确保计算时间，在基于CAE模型的解析中，也无法准确地反映在制作部件的步骤中发生的加工固化、焊接时的热影响、材料的断裂现象。因此，针对实车采用的判断即便是整车的基于CAE 模型的解析也不能充分确保可靠性。虽然鉴于上述的情况开发了各种技术，但依然难以高效、高精度地进行实施汽车部件的碰撞性能评价。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2006-281964号公报
发明内容
发明要解决的问题鉴于上述的以往问题，本发明的目的在于，提供一种能够以与试制车的整车状态下的碰撞试验同等的可靠性，对汽车部件的碰撞性能进行评价的汽车部件的碰撞性能评价方法以及该汽车部件的碰撞性能评价方法所使用的部件碰撞试验机。用于解决问题的方法为了解决上述课题，本发明的各方式提供了以下的方案。(1)本发明的一个方式涉及的汽车部件构造的性能评价方法具备运算步骤A，利用部分构造CAE模型进行解析，求出上述部分构造CAE模型中的碰撞性能评价参数的值，所述部分构造CAE模型是将组合了车辆的部件中作为评价对象的部件和进行上述部件的碰撞试验的碰撞试验机的模块模型化后得到的模型；存储步骤B，存储上述运算步骤A中的上述碰撞性能评价参数的值；运算步骤C，将上述部分构造CAE模型中的上述碰撞性能评价参数与预先取得的整车CAE模型中的上述碰撞性能评价参数比较，以该差异为规定的范围的方式决定上述部分构造CAE模型的边界条件；存储步骤D，存储在上述运算步骤C中求出的上述部分构造CAE模型的上述边界条件；运算步骤E，根据在上述存储步骤D中存储的上述部分构造CAE模型的上述边界条件，决定实物的部件碰撞试验机中的设定条件；存储步骤 F，存储由上述运算步骤E决定出的上述部件碰撞试验机的上述设定条件；和试验步骤G，根据由上述存储步骤F存储的上述设定条件，使用上述部件碰撞试验机的实物与上述部件的实物进行碰撞试验。(2)在上述(1)的性能评价方法中，可以利用上述整车CAE模型的解析结果或者整车碰撞试验结果中的至少一个结果，来选定进行碰撞性能评价的部件。(3)上述(1)或者(2)的性能评价方法可以如以下那样实施在上述运算步骤A 中，使用预先在存储步骤D中存储的部分构造CAE模型的边界条件，对于具有与上述部件不同形状的部件，通过上述部分构造CAE模型求出上述碰撞性能评价参数的值，决定该碰撞性能评价参数的值满足规定的目标值那样的部件的形状；对于具有上述决定的形状的实物的部件，根据在存储步骤F中存储的上述试验条件，进行上述部件碰撞试验机的基于实物的碰撞试验。(4)上述(1) (3)中任意一个性能评价方法可以如以下那样实施由上述运算步骤A求出的上述部分构造CAE模型的上述性能评价参数可以包括变形模式、变形量、变形速度、变形能量中的至少一个。(5)上述(1) 中任意一个性能评价方法可以如以下那样实施上述部件碰撞试验机以单个或者多个支承点支承部件，由上述运算步骤E决定的上述部件碰撞试验机的试验条件包括上述部件在各支承点处的旋转自由度、平移自由度、变形阻力、旋转变形阻力中的至少一个。(6)本发明的一个方式涉及的碰撞试验机被用于汽车部件的碰撞性能的评价。该碰撞试验机具备对成为调查对象的部件进行支承的单个或者多个支承点；针对上述部件赋予旋转自由度、平移自由度中的至少一个的可动支承部；针对上述部件赋予旋转变形阻力、平移变形阻力中的至少一个的阻力赋予部；和按压上述实物部件的负载施加装置。(7)在上述(6)的碰撞试验机中，上述可动支承部含有旋转轴；上述阻力赋予部含有与上述旋转轴连接的飞轮。(8)在上述(7)的碰撞试验机中，上述旋转轴具有单向离合器。(9)在上述⑴ (5)中任意一个性能评价方法中，使用上述(6) ⑶任意一项所记载的碰撞试验机。发明效果在上述(1)的碰撞性能评价方法中，按照部分构造CAE模型中的上述碰撞性能评价参数与整车CAE模型中的上述碰撞性能评价参数的差异为规定的范围的方式，来决定上述部分构造CAE模型的边界条件。通过该步骤，在部分构造CAE模型中也能够与整车CAE 模型同样，准确地反映在碰撞时从周围的部件受到的影响，并能够通过计算负荷小的部分构造CAE模型，以与整车CAE的解析以及整车状态下的实际的碰撞试验几乎相同的精度高效地评价部件的碰撞性能。上述(6)的碰撞试验机通过具备支承点、可动支承部、阻力赋予部，能够精度良好地再现碰撞时部件受到的影响，而且，可容易地设定试验条件。该碰撞试验机可在上述(1)的碰撞性能评价方法中使用。
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的方法的流程的流程图。图2是表示汽车的骨架部件的构造的立体图。图3是上述实施方式涉及的部件碰撞试验机的立体图。图4是上述部件碰撞试验机的侧视图。图5是表示基于部分构造模型CAE解析的边界条件的配合调节结果的图。图6是利用3种不同的条件作为部件碰撞试验机的支承部的边界条件，模拟了部分构造碰撞的结果。
具体实施例方式以下对本发明的优选实施方式进行说明。本实施方式可以作为对汽车部件的性能进行评价的技术方法来实施，另外，也可以作为在构成本实施方式的各步骤中，利用计算机程序以及系统加以执行的开发系统来实施。图1是表示实施本发明的一个实施方式的各步骤的流程图。对于现有车的整车碰撞试验结果、开发设计中的汽车的整车CAE解析结果等整车信息，取得现有的信息等并预先保存到数据库中。在信息取得步骤中，系统从数据库取得这些整车信息。数据库不是必须的，也可以由技术人员适当地将必要的整车信息输入到系统中。在整车信息中，关于汽车的多个骨架部件，包括碰撞试验中的变形信息(碰撞性能评价参数)的信息。基于这些整车信息，从构成汽车骨架的部件(单个或者多个部件的集合体)中选择对碰撞性能影响大的部件(重要部件)。所选择的部件按照本实施方式的方法成为解析以及碰撞性能评价的对象。可以由技术人员基于经验、外部信息来选择任意的部件，也可以由系统自动选择部件。例如，对于汽车中含有的多个骨架部件，可以利用基于整车CAE模型的解析结果或者整车碰撞试验结果中的至少任意一个结果，来计算出碰撞试验时的各个骨架部件对于汽车整体的变形的贡献度，并选出贡献度最高的部件(部件选择步骤)。例如对于侧面碰撞而言，公知图2所示的中柱1、侧门框2对车体的影响大，可以基于这样的认知来选择部件。作为在本实施方式中进行评价的部件的一个例子，举出中柱1与侧门框2的复合体来进行说明。其中，在该说明书中，部件可以是加工单位上或者材质上的单一部件，也可以是如上述的例子那样将多个部件通过焊接、粘合、螺栓固定等方法组合而成的复合体。另外，在以下的记载中，将上述部件被组装到车辆中的状态(整车状态)的碰撞试验称为整车碰撞试验。而且，在以下的记载中将整车碰撞试验的CAE模拟称为整车碰撞模拟。与此相对，在以下的记载中将只把上述部件装到碰撞试验机(部件碰撞试验机)而进行的碰撞试验称为部件碰撞试验。而且，将该部件碰撞试验的CAE模拟称为部分构造碰撞模拟。在选定了进行碰撞性能评价的部件之后，在CAE上设计将部件与用于进行部件 (例如中柱1与侧门框2的复合体)的碰撞试验的部件碰撞试验机组合的模块(部分构造 CAE模型制成步骤)。以下，对按照本实施方式的方法由技术者人员制成部分构造CAE模型的步骤进行说明。此外，部分构造CAE模型的制成也可以基于预先输入的信息和目标参数， 由计算机系统自动实施。部分构造CAE模型通过有限要素法将部件和支承该部件的部件碰撞试验机的复合体模型化，可以模拟基于部件碰撞试验机的部件的碰撞状态。作为在部分构造CAE模型中使用的部件的信息，在该阶段采用上述数据库中保存的现有的整车信息所含有的形状以及物性上的数据。在部分构造CAE模型中，可以自由地制成实际进行部件的碰撞试验的部件碰撞试验机的构造。通常使用后述的基本框架，通过向该基本框架安装能够更换的各种部件，来制成与各种形状的部件对应的部件碰撞试验机。在进行特殊的部件碰撞试验时，也可以重新制作基本框架本身。图3以及图4是本实施方式涉及的部件碰撞试验机的说明图。作为基本的构造， 部件碰撞试验机中含有支承部件的支承器具10、和对部件赋予负载的负载施加装置30。图 3、4的支承器具10以及负载施加装置30的具体构造是本实施方式的一个实施例，被设计成特别适合中柱1与侧门框2的部件碰撞试验的形状。本发明的部件碰撞试验机以及方法、 程序不限定于中柱与侧门框的碰撞性能评价，还能够对不同种类的部件加以应用。支承器具10具备基本框架(水平承载构件(base) 11、垂直承载构件12以及倾斜梁13)、和安装于该基本框架的多个支承点16、24。支承器具10通过各支承点对部件可动支承。各支承点处的支承的方式在部分碰撞模拟中成为对部件赋予的边界条件的一部分。各支承点的支承方式如以下说明那样，通过组合旋转自由度、平移自由度、与它们对应的旋转变形阻力、和平移变形阻力来决定。各支承点通过单个或者多个可动支承部和阻力赋予部被安装于基本框架。结果，各支承点具有特定的变形自由度和变形阻力来支承部件。对作为可动支承部而使用的具体部件而言，例如可举出缸体25、摆动臂21、滑块、旋转轴20等。 对作为阻力赋予部而使用的具体部件而言，可举出具有惯性阻力的配重或飞轮(旋转变形阻力)、具有粘性阻力的油压缸或汽缸、具有弹簧阻力的金属弹簧、具有摩擦阻力的制动器、 具有塑性变形阻力(弯曲变形阻力)的阻力体等。此外，也可以通过调整上述可动支承部本身的重量、力矩，来赋予惯性阻力。成为可动支承部以及阻力赋予部的各部件的阻力特性 (粘性阻力、弹簧阻力、摩擦阻力、塑性变形阻力)通过部件的规格(spec)或者实际的测定值来取得，在CAE模拟上再现。各阻力赋予部的阻力值能够在满足实机再现性的范围内变动。在该变动范围内，在CAE模型上将该阻力值设定为适当的值或者范围，使部分碰撞CAE 模型上的部件的变形特性与整车状态的部件的变形特性匹配。在决定支承器具的构造时，考虑进行评价的部件与其他部件的连接方式以及碰撞方式等，来设定必要的支承器具的支点数和各支点的位置，并设定用于在该支承点处使用的可动支承部以及阻力赋予部的组合。在它们的设定时，能够实际制成支承器具和负载施加装置整体，按照能够承受冲击试验的负载并在试验时具有足够的安全性的方式来组合部件。如此对所有支承点设定可动支承部、阻力赋予部。另外，按照对部件受到的碰撞的冲击进行模拟的方式，预设计负载施加装置30的重量、碰撞初速、碰撞部位的形状、碰撞方向等。然后，利用CAE将含有组合了部件的支承器具、被其支承的部件以及负载施加装置这3 者的复合体(模块)模型化。在该阶段，制成了部分构造CAE模型的初始形状。此时，预决定各支承点对部件赋予的边界条件。作为负载施加装置，可以使用被高输出的油压缸推动的冲击台车(冲击机)或者通过重力下落来获得速度和能量的装置。图3例示的负载施加装置30是油压缸式的冲击台车。接下来，利用制成的部分构造CAE模型，进行部件碰撞模拟。在该部件碰撞模拟中，使CAE模型中的负载施加装置30动作，让部件碰撞。通过该模拟，能够基于后述的评价指标(碰撞性能评价参数)定量地进行，将部件的变形特性与整车碰撞模拟中的评价指标的值比较。根据该比较结果，进一步调整部件碰撞试验机的构成，以使部件模拟与整车模拟之间的对应的评价指标值的差异尽可能变小。作为调整方案，进行可动支承部以及阻力赋予部的追加、删除、置换、以及各阻力赋予部所赋予的阻力值的再调整等。在基于部分构造CAE模型的模拟中，求出基于部件碰撞试验机的部件的变形特性，按照其相对于整车CAE模型的模拟结果满足规定条件的方式，来决定部分构造CAE模型中的部件碰撞试验机的边界条件。为了定量评价该变形特性的一致程度，选定一个或多个代表部件的变形特性的评价指标(碰撞性能评价参数)，每当进行模拟便计算出这些评价指标的值(运算步骤A)。计算出的评价指标的值被存储到系统中。(存储步骤B)作为变形特性的评价指标，例如可以使用从变形模式的分布(主要与部件的塑性有关)、变形量(主要与部件的强度和冲击的大小有关)、特定位置处的截面力、变形速度 (主要与部件的强度和冲击的大小有关)、变形能量(主要与冲击的强度和塑性变形有关) 等适当选择的一个或者多个指标。反复进行部件碰撞试验机的CAE上的调整和部件碰撞模拟，以使这些指标值在整车碰撞模拟与部件碰撞模拟中尽可能高精度一致(运算步骤C)。此外，整车碰撞试验中的部件的变形模式、变形量、变形速度、变形能量等可以通过对系统取得的整车信息进行解析来取得。在将整车碰撞模拟与部件碰撞模拟的结果进行比较，变形特性的所有指标的值在一定的允许偏差内一致时，部分构造CAE模型的调整结束。系统自动地反复进行模拟，直到与预先设定的指标一致，可以通过在各循环中试行不同部件构成的组合、阻力值的方式进行调整，也可以在系统的辅助下由技术人员通过手动来进行模型的变更。经由上述过程，可以按照部分碰撞CAE模型上的基于碰撞试验机的部件的变形特性与整车CAE模型上的碰撞试验的变形特性一致的方式，来决定部分构造CAE模型的边界条件，该边界条件被存储到系统中(存储步骤D)。
系统中存储的边界条件在后面进行的实机的碰撞试验中，作为部件碰撞试验机的试验条件而使用。接下来的部件形状的最佳化步骤仅在必要的情况下实施。利用在存储步骤D中存储的部分构造CAE模型，进行部件形状的改进、最佳化。在该最佳化时，除了碰撞时的变形特性之外，从轻型化的观点和降低成本的观点出发，还可以改进部件。具体而言，在部分构造CAE模型上，以部件碰撞试验机的设定为固定的状态使部件的形状变化。对形状变化后的部件进行CAE部件碰撞模拟，求出碰撞性能评价参数，并按照该碰撞性能评价参数的值满足规定的目标值的方式，来决定部件的形状。如此决定的部件的形状不仅能够确保在模型上实车安装，而且在重量方面、成本方面也被最佳化。接下来，对实机中的部件碰撞试验步骤进行说明。在该步骤中，使用具有与如上述那样决定的部分构造CAE模型中的部件碰撞试验机同样性能的部件碰撞试验机，进行部件的碰撞试验。部件碰撞试验机具备支承部件的多个支承点；对部件赋予旋转自由度、平移自由度中的至少一个的可动支承部；对实物部件赋予旋转变形阻力、平移变形阻力中的至少一个的阻力赋予部；和按压实物部件的负载施加装置。作为部件碰撞试验机的设定，将由部分构造CAE模型决定的支承点通过可动支承部与阻力赋予部安装于实机的基本框架。 在制动器压力等阻力赋予部的阻力值可变的构造的情况下，该可变阻力值也基于部分构造 CAE模型的解析结果来设定。同时，负载施加装置30的构成、设定也基于部分构造CAE模型的解析结果来设定。具体而言，例如将冲击台车相对部件的位置和射出方位调整成与部分构造CAE模型的状态一致。另外，通过恰当设定冲击台车的射出用的油压缸的压力，可以再现与CAE模型上的模拟相同的冲击机的初速。在碰撞试验机实机的设定中，当部件碰撞试验机的实机的各支承点支承部件时， 需要使部件受到的旋转阻力、平移阻力等支承方式与在部分构造CAE模型上决定的条件一致。根据在存储步骤D中存储的部分构造CAE模型的边界条件，来决定部件碰撞试验机的试验条件(运算步骤E)。由于部分碰撞CAE模型上的部件碰撞试验机与实机中的部件碰撞试验机是基本相同的规格，所以在部分碰撞CAE模型中决定的边界条件可以作为实机中的部件碰撞试验机的试验条件直接使用，但在试验装置的构成上将边界条件直接作为试验条件时，有时无法发挥在部分构造CAE模型中确认后的部件试验机的能力。此时，可以调整部件碰撞试验机的试验条件，以便成为目标的碰撞试验机的能力。由该运算步骤E决定的部件碰撞试验机的试验条件包括部件的各支承点处的旋转自由度、平移自由度、变形阻力、旋转变形阻力中的至少一个。所决定的试验条件被存储到系统中(存储步骤F)。使如上述那样调整(配合调节)了支承点的条件后的部件碰撞试验机支承部件， 实际进行部件的碰撞试验。根据部分构造CAE模型的解析结果而求出的部件碰撞试验机的试验条件在存储步骤F中被存储，根据该信息由部件碰撞试验机进行部件的碰撞试验(试验步骤G)。由此，能够以与试制车的整车状态下的碰撞试验同等的可靠性评价部件的碰撞性能。这样，根据本发明，由于可以与试制车的整车状态下的碰撞试验同等地高可靠性评价汽车部件的碰撞性能，所以能够廉价地飞越性地进行多个碰撞试验。结果，可以防止在最终阶段没有预期的开发成本、开发工序的增加。此外，也可以生成用于实现本发明的各实施方式涉及的汽车部件的碰撞性能评价方法的功能的计算机程序。该程序可以记录到计算机可读取的记录介质。可以通过由计算机系统执行上述程序，来实施各功能。其中，上述计算机系统包括操作系统、执行所必要的硬件。另外，上述记录介质包括磁盘、硬盘、光磁盘、CD-ROM等。(实施例)下面，表示本发明的实施方式涉及的方法的一个实施例。在本实施例中，对侧面碰撞中的中柱1以及侧门框2的变形进行了解析。进行了适合该解析的部分构造CAE模型的制成和调整、部件碰撞试验的模拟、以及实机中的部件碰撞试验机。作为整车信息，取得现有的整车CAE模拟的结果，对碰撞时的中柱1以及侧门框2 的变形特性进行了解析。作为边界条件的决定所使用的中柱1的变形特性的指标，使用了中柱的沿着冲击方向的最大移动量L、和变形后的中柱整体的轮廓曲线(profile)。如图5 表示整车碰撞试验前后中柱的轮廓曲线。对该轮廓曲线解析的结果是，整车CAE模拟前后的中柱的最大移动量L为234mm。利用上述评价指标，在部分构造CAE模型上实施了部件碰撞试验机的设计。支承器具10的基本框架具备水平承载构件11、和在其后部形成的垂直承载构件12，并按照在两者间能够承受碰撞试验的负载的方式配置有倾斜梁13。将对中柱1和侧门框2的复合体进行支承的支承点在中柱1的上部设置1处，在下部的侧门框2的左右设置2处共计3处，并在CAE模型上对各支承点配置旋转轴承14作为可动支承部，配置飞轮17等作为模拟旋转变形阻力的阻力赋予部。这里，例如若使用惯性力矩大的飞轮17，则碰撞试验时下部的支承点16的旋转变形阻力变大，若使用惯性力矩小的飞轮17，则下部的支承点16的旋转变形阻力变小。对飞轮17的惯性力矩进行了调整，以便最佳地模拟整车碰撞时的选择部件的变形。此外，在该实施例中，判断为只使用飞轮17作为如此模拟支承点16的旋转变形阻力的机构最佳，但也可以根据情况，通过辅助性地配置制动器、或组合对规定量以上的变形加以阻止的限位器， 来获得更恰当的边界条件。在部分构造CAE上，进而设计了以下的可动支承部。鉴于整车碰撞后的中柱1的上下方向的移动量，在垂直承载构件12的上端部配置了能够以图4所示的轴20为中心摆动的摆动臂21 (可动支承部)。在摆动臂21的前端部与下部同样地配置了具备用于模拟旋转变形阻力的飞轮22(阻力赋予部)的旋转轴23。将中柱1的上端部固定在该旋转轴23 的中央部。旋转轴23与飞轮22构成上部的支承点M。并且，在CAE模型上对摆动臂21配置了从水平承载构件11向斜上方延伸的缸体25。该构造在整车碰撞试验时模拟中柱屈曲时从车体受到的弯曲变更阻力等。在整车状态下，由于中柱1的上端部被比下部的侧门框 2容易变形的顶棚构造支承，所以在支承器具的设计上，采用了上述的摆动臂21与旋转轴 23的组合。在该设计中，对于下部的支承点16可以调节旋转自由度和其旋转变形阻力、对于上部的支承点M可以调节旋转自由度和其旋转变形阻力、平移自由度和其变形阻力。另夕卜，将部分构造CAE模型上的负载施加装置30配置成对被支承器具支承的中柱1施加与侧面碰撞同样的负载的位置和角度。在部分构造CAE模型的碰撞模拟中，设冲击机的质量为350kg，射出速度为20km/ h。一边调整各支承点的飞轮的重量，一边反复进行模拟。
在部分碰撞模拟的前半部分，飞轮17、22沿恒定方向旋转，即使过了碰撞现象结束的时间，也会由蓄积的旋转能量进一步扭转侧门框，使整体的变形增加。结果，与整车CAE 结果的分歧变大。鉴于此，调整了 CAE模型，以便从飞轮对旋转轴只传递特定方向的旋转阻力。在实机中，通过在旋转轴与飞轮之间设置单向离合器，可以实现与该模型同等的试验条件。图5表示通过本实施方式的方法完成调整后的部分构造CAE模型的部分构造碰撞模拟的结果。对飞轮的力矩等支承器具的各部构成进行调整的结果如图5所示，模拟后的中柱的最大移动量L为M6mm，位于目标偏差的范围内。另外，中柱整体的轮廓曲线也成为与整车状态高精度一致的形状，在该阶段结束了 CAE模型的调整。图6是直接表示部件碰撞试验机的支承部的边界条件配合调节的有无对中柱在碰撞时的位移影响的样子的部分构造CAE模拟的结果。在该试验中，针对上述调整完成后的部分构造CAE模型，仅将各飞轮的旋转力矩作为可变参数，对该参数赋予3种值，进行了碰撞模拟。如上述那样，支承器具具有3个支点，分别通过飞轮支承中柱。这些飞轮的旋转力矩为可变参数。图中箭头表示负载赋予的位置和方向。(条件1旋转固定)在该条件下，成为在3个支点处飞轮被固定成完全不旋转的状态。(条件2带飞轮)在该条件下，在3个支点处各个飞轮具有通过调整而决定的旋转力矩，允许与图6的纸面平行的面内的旋转。各飞轮的力矩量被设定成最近似整车碰撞的状态。该条件2是与图5中的边界条件决定后的部分构造CAE模型相同的条件。(条件3旋转自由)在该条件下，各飞轮的围绕轴承的旋转力矩为0。中柱在3个支点处相对器具可以自由旋转。图6中表示了中柱的碰撞前的形状、和通过上述3个条件下的部分构造CAE解析而得到的中柱的碰撞后的形状。中柱的形状、由碰撞施加的冲击与图5的模拟相同。与图 5所示的整车CAE解析的结果最一致的明显是条件2 (带飞轮)下的结果。另一方面，在条件1 (旋转固定)中，与整车CAE解析结果比较，计算出碰撞后的位移在车宽度方向最大低32%左右。结果，如果进行使用了对支承部处的旋转完全限制的器具的实验，则位移量极低。另外，在条件3(自由旋转)中，与整车CAE解析结果比较，计算出碰撞后的位移在车宽度方向最大过度51%左右。该条件3模拟了将车体对中柱赋予的旋转阻力忽略的实验。例如，在通常的3点弯曲试验中，由于在各支承部被检体部件的旋转不受限制，所以可预测成为与该条件3接近的结果。根据上述的结果可知，中柱从车体受到的旋转阻力对碰撞后的中柱位移造成重要的影响。在使用了本实施方式的支承器具的试验中，通过进行利用飞轮模拟了适当的旋转阻力的部件碰撞试验机，与以往的3点弯曲方式或使用了完全固定式的器具的部件碰撞试验比较，可显著提高试验结果的精度。接下来，进行了对实机支承器具的支承点安装作业。作为实机的各阻力赋予部，下部的支承点16用的飞轮17使用了直径为500mm、厚度为IOOmm的进行圆板形且重量约为IMkg的飞轮。上部的支承点M用的飞轮22使用了直径为500mm、厚度为35mm的近似圆板形且重量约为Mkg的飞轮。对两个飞轮17、22的轴
承装备了单向离合器，在实验后半段，设定为空转的方向。设缸体25的平移阻力为5000kg重09kN)。按照冲击机质量为350kg，冲击机射出的初速度与CAE模拟上相同的20km/h的方式，设定了发射装置。(试验1)按照上述条件，利用中柱的实物部件，实施了部件碰撞试验。在中柱的实物的变形轮廓曲线与CAE模拟上的变形轮廓曲线之间，发现了有意义的差异。如果在试验实施后的实物的中柱上观察该差异的中心部分，则在中柱的长边方向中央部发现了点断裂。在CAE 模拟上，无论在整车CAE模型的碰撞模拟中，还是在部分碰撞CAE模型的碰撞模拟中该断裂都未再现。(试验2)鉴于此，在另外准备的新的中柱的与上述断裂相当的位置，通过进行TIG焊接附设了补强筋(bead)。然后，利用TIG焊接后的中柱，再次实施了实机上的部件碰撞试验。结果，对于TIG焊接后的中柱，无论是TIG焊接部分还是其以外的部分，都没有观察到点断裂。进而制作3根上述的TIG焊接补强后的中柱，利用它们进行了 3次实机部件碰撞试验。结果，中柱实物的最大变形量L的3次试行的平均值为237mm。变形后的中柱轮廓曲线也与整车以及选择部件的CAE上的碰撞试验结果高精度一致。在3次试行的任意一次中都为观察到点断裂，中柱的轮廓曲线也相互大致一致。因此可知，利用了部件碰撞试验机的实机的试验具有高的再现性。如上述那样，作为本发明的方法的实施例，制成部分碰撞CAE模型，在CAE上进行了边界条件的决定后，利用实机再现该边界条件，进行了部件碰撞试验。结果，在各变形评价指标下能够以高精度再现整车CAE模拟的结果。另外，在整车以及部件碰撞的CAE模拟中没有产生的碰撞时的点断裂现象，在使用了实机上的部件碰撞试验时产生。即，通过进行部分构造碰撞试验，可以使在整车CAE模拟上以及部分构造碰撞CAE模拟上没有表面化的部件潜在的问题点表露出来。当为了避免该断裂而通过TIG焊接对中柱实物进行了补强的情况下，部分碰撞 CAE模拟上的中柱的变形特性与使用了补强后的实物部件的部分碰撞试验上的变形特性一致。根据上述的实施例，通过本实施方式的方法，能够在实机上容易地再现至今难以在CAE模型上再现的断裂现象等。工业上的可利用性在本发明的碰撞性能评价方法中，由于利用将部件的变形特性调整为指标后的部分构造CAE模型进行碰撞模拟，所以能够确保部分构造CAE模型的边界条件在整车CAE模型中准确地反映了在碰撞时从其他部件受到的力学性影响。因此，即便使用计算负荷小的部分构造CAE模型，也能够以与整车CAE或整车碰撞试验几乎相同的精度评价部件的碰撞性能。从而，可以抑制开发成本、开发工序的增加。附图标记说明1-中柱；2-侧门框；10-主体；11-水平承载构件；12-垂直承载构件；13-倾斜梁； 14-轴承；16-下部的支承部；17-飞轮；20-轴；21-摆动臂；22-飞轮；23-旋转轴；24-上部的支承部；25-缸体；30-负载施加装置。
权利要求
1.一种汽车部件的性能评价方法，其特征在于，具备运算步骤A，利用部分构造CAE模型进行解析，在上述部分构造CAE模型中求出碰撞性能评价参数的值，所述部分构造CAE模型是将组合了车辆中作为评价对象的部件和进行上述部件的碰撞试验的碰撞试验机的模块模型化后得到的模型；存储步骤B，存储上述运算步骤A中的上述碰撞性能评价参数的值； 运算步骤C，将上述部分构造CAE模型中的上述碰撞性能评价参数与预先取得的整车 CAE模型中的上述碰撞性能评价参数比较，以该差异为规定的范围的方式决定上述部分构造CAE模型的边界条件；存储步骤D，存储在上述运算步骤C中求出的上述部分构造CAE模型的上述边界条件； 运算步骤E，根据在上述存储步骤D中存储的上述部分构造CAE模型的上述边界条件， 决定部分构造碰撞试验机的边界条件；存储步骤F，存储由上述运算步骤E决定出的上述部分构造碰撞试验机的上述边界条件；和试验步骤G，根据由上述存储步骤F存储的上述部分构造碰撞试验机的上述边界条件， 使用上述部分构造碰撞试验机的实物和上述部件的实物进行碰撞试验。
2.根据权利要求1所述的汽车部件的性能评价方法，其特征在于，利用基于上述整车CAE模型的解析结果或者整车碰撞试验结果中的至少一个结果，来选定上述作为评价对象的部件。
3.根据权利要求1或2所述的汽车部件的性能评价方法，其特征在于，在上述运算步骤A中，利用预先在存储步骤D中存储的部分构造CAE模型的边界条件， 对于具有与上述评价对象的部件不同形状的部件，通过上述部分构造CAE模型求出上述碰撞性能评价参数的值，决定该碰撞性能评价参数的值满足规定的条件的部件的形状；对于由上述决定出的形状构成的部件，根据在存储步骤F中存储的上述边界条件，进行基于上述部分构造碰撞试验机的碰撞试验。
4.根据权利要求1 3中任意一项所述的汽车部件的性能评价方法，其特征在于， 通过上述运算步骤A求出的上述部分构造CAE模型的上述性能评价参数包括变形模式、变形量、变形速度、变形能量中的至少一个。
5.根据权利要求1 4中任意一项所述的汽车部件的性能评价方法，其特征在于， 上述部分构造碰撞试验机以单个或者多个支承点支承上述部件，通过上述运算步骤E决定的上述部分构造碰撞试验机的边界条件包括上述部分构造在各支承点处的旋转自由度、平移自由度、变形阻力、旋转变形阻力中的至少一个。
6.一种碰撞试验机，被用于汽车部件的碰撞性能的评价，其特征在于，具备 单个或多个支承点，对成为调查对象的实物部件进行支承；可动支承部，对上述实物部件赋予旋转自由度、平移自由度中的至少一个； 阻力赋予部，对上述实物部件赋予旋转变形阻力、平移变形阻力中的至少一个；和负载施加装置，对上述实物部件进行按压。
7.根据权利要求6所述的碰撞试验机，其特征在于， 上述可动支承部含有旋转轴；上述阻力赋予部含有与上述旋转轴连接的飞轮。
8.根据权利要求7所述的碰撞试验机，其特征在于， 上述旋转轴具有单向离合器。
9.根据权利要求1 5中任意一项所述的汽车部件的性能评价方法，其特征在于， 在上述试验步骤G中，使用权利要求6 8中任意一项所述的碰撞试验机。
全文摘要
本发明涉及汽车部件的碰撞性能评价方法以及其所使用的部件碰撞试验机。该汽车部件的性能评价方法具备利用部分构造CAE模型进行解析，在上述部分构造CAE模型中求出碰撞性能评价参数的值的运算步骤，所述部分构造CAE模型是将组合了车辆中作为评价对象的部件与进行上述部件的碰撞试验的碰撞试验机的模块模型化后得到的模型；决定上述部分构造CAE模型的边界条件的运算步骤；根据上述部分构造CAE模型的上述边界条件，决定部件碰撞试验机的试验条件的运算步骤；和根据上述部件碰撞试验机的上述边界条件，使用上述部件碰撞试验机的实物和上述部件的实物进行碰撞试验的试验步骤。
文档编号G01M7/08GK102472683SQ20108003429
公开日2012年5月23日 申请日期2010年8月4日 优先权日2009年8月4日
发明者伊藤泰则, 吉田博司, 广濑智史, 河野一之, 田中康治, 神田俊之 申请人:新日本制铁株式会社