专利名称：设计安全气囊的系统及方法
技术领域：
本发明总地涉及安全气囊的设计；安全气囊是在汽车碰撞过程中增强乘员安全的车辆安全装置。更具体地，本发明涉及由完全充气配置下的安全气囊的三维计算机化模型创建织物面板(fabric panel)的多个二维网格模型(例如，有限元分析模型)的方法及系统；其中，所述织物面板形成安全气囊。
背景技术：
安全气囊由缝合在一起的多个织物面板制成，其安装在汽车内从而在汽车碰撞时提供乘员约束。安全气囊包含设计为在撞车时迅速充气的柔性包覆物(envelope)，以防止车辆乘员撞击内部物体，例如撞击方向盘或车窗。现代车辆可能在乘客就座位置的各个侧面和正前方位置设有多个安全气囊，各个传感器基于碰撞类型和严重性、以可变速度在冲击区配置一个或多个安全气囊。随着计算机技术的出现，两组工程师/设计者共同协作、使用计算机辅助工程分析(例如有限元分析(finite element analysis,FEA))来设计安全气囊。第一组负责当安全气囊在汽车碰撞中完全充气时来保护车辆乘员，第二组则负责安全气囊的可制造性。为满足这些设计目标，第一组使用安全气囊完全充气时的三维几何形状，而第二组使用面板的二维平坦几何形状。由于设计流程是从第一组到第二组，因此需要这样的方法和系统:其由安全气囊在完全充气配置下的三维计算机化模型来数字创建、织物面板相应的二维模型。
发明内容
本发明公开了由完全充气的安全气囊的三维(3-D)计算机化模型数字创建多个织物面板的相应二维(2-D)网格模型的系统、方法及软件产品；所述多个织物面板形成安全气囊。根据本发明的一个示范性实施例，定义了完全充气的安全气囊的3-D计算机化模型(例如，有限元分析模型、栅格模型等)。3-D计算机化模型包括多个节点和多个壳有限元(shell finite element)。每个壳元指定给多个织物面板的其中一个,而多个织物面板形成属于其的安全气囊。每个织物面板占据安全气囊的连续表面积。使各个三维拓扑结构或几何形状中的特定织物面板的壳有限元一次性(at a time)展开为织物面板的二维网格模型。将特定织物面板的总表面积与相应2-D网格模型的总面积进行比较。调节该2-D网格模型，直至其面积在预设公差的范围内。进一步地，将最终的“总面积匹配的”2_D网格模型定位于经纬线的织物材料坐标系中，从而确定其可制造性。根据另一方面，使每个壳元的标识符(例如，元素号、元素标签等)在3-D模型和2-D模型中保持不变，而使节点的标识符(例如，节点号、节点标签等)在这两个模型中相互区别开。根据另一方面，展开操作中原本包含了安全气囊通风孔的面积，随后从最终的2-D网格模型中去除安全气囊通风孔的面积；其中，最终的2-D网格模型的面积与3-D模型的表面积相匹配。
结合以下描述、所附的权利要求和附图将更好地理解本发明的各个特征、方面和优点。附图如下所示:
图1是根据本发明一实施例的由完全充气的3-D计算机化模型创建安全气囊的织物面板的2-D网格模型的示范性过程的流程 图2是根据本发明一实施例的、安全气囊在完全充气配置下的3-D计算机化模型的透视 图3是根据本发明一实施例的将3-D计算机化模型展开为2-D网格模型的方案的示意
图4-5是由图2的3-D计算机化模型展开得来的2-D网格模型的示意 图6是根据本发明一实施例的在织物材料坐标系中使用的示范性经纬线定义的示意图；以及
图7是显示示范性计算机的突出组件的功能图，在所述示范性计算机中可实施本发明的一个实施例。
具体实施例方式图1是根据本发明一实施例的设计安全气囊的示范性过程100的流程图；图1尤其是由完全充气配置下的安全气囊的3-D计算机化模型创建安全气囊的织物面板的2-D网格模型的示范性过程的流程图；其中，安全气囊在汽车碰撞时用作增强乘员安全的车辆安全装置。优选地，结合前述各图来理解过程100，过程100在软件中得以实施。通过在步骤102中接收完全充气配置下的安全气囊的3-D计算机化模型(例如，有限元分析模型)来开始过程100。3-D计算机化模型包括多个节点和多个壳有限元(例如，四边形元、三角形元等)。由于安全气囊由多个织物面板制成，因此进一步将每个壳有限元指定给各个织物面板的其中一个。换言之，每个织物面板包含3-D计算机化模型的一部分壳元。图2中显示了完全充气配置下的安全气囊的示范性3-D计算机化模型200的透视图。安全气囊200由三个织物面板201、202、203制成(隐藏第三面板203)。接下来在步骤104，通过以下方式为每个织物面板创建2-D网格模型:使代表特定织物面板的那些壳有限元由完全充气配置下的第一方位(orientation)展开为平坦几何形状的第二方位。在3-D计算机化模型中通过一组节点号定义第一方位，而通过另一组节点号定义2-D网格模型的第二方位。每个展开的有限元的元素标识符(例如，元素号、元素标签)保持不变。作为将3-D物体展开为2-D物体的操作的示例，图3示范性地显示了将3-D计算机化模型302展开为2-D网格模型304。3-D计算机化模型302代表由一组节点312限定的一部分弯曲的穹隆结构(dome structure),其中该组节点312具有第一组节点号。2-D网格模型304代表平坦化的3-D计算机化模型302，并由具有第二组节点号的另一组节点314对2-D网格模型进行限定。图4和图5中分别显示了织物面板201和202的2-D网格模型401和502。
过程100接着移至决定106 ;当将2-D网格模型的总面积与代表3_D计算机化模型的特定织物面板的那些壳元的总表面积进行比较时，在该步骤中确定2-D网格模型的总面积是否在公差范围内。采用已知技术建立公差，例如由用户定义的差值百分比。若否，过程100移至步骤108，在该步骤中调节2-D网格模型，以使其与总表面积相匹配。接下来在决定110中，如果在安全气囊中存在更多待展开的面板，过程100移回步骤104，以对另一织物面板重复该过程。否则，过程100移至步骤112，将2-D网格模型分别定位在经纬线的织物材料坐标系中，以确定可制造性。最后，在步骤114中，在过程100结束如从相应的2-D网格模型去除安全气囊通风孔占据的面积408 (图4)。图6显示了示范性的经线602和纬线604的定义。根据一个方面，本发明涉及一个或多个能够执行本文所描述的功能的计算机系统。图7显示了计算机系统700的一示例。计算机系统700包含一个或多个处理器，例如处理器704。处理器704与计算机系统内部的通信总线702连接。依据这一示范性计算机系统描述各个软件实施例。在阅读这一描述之后，非常明显的是，本领域技术人员将了解如何使用其他计算机系统和/或计算机体系结构实现本发明。计算机系统700还包含主存储器708 (优选为随机存取存储器(random accessmemory，RAM))，其也可包含辅助存储器710。例如，辅助存储器710可包含一个或多个硬盘驱动器712和/或一个或多个可移除存储驱动器714，其代表为软盘驱动器、磁带驱动器、光盘驱动器等。可移除存储驱动器714以公知方式读取和/或写入可移除存储单元718。可移除存储单元718的代表为由可移除存储驱动器714读取和写入的软盘、磁带、光盘等。应该理解的是，可移除存储单元718包含其上存储有计算机软件和/或数据的计算机可用存储介质。在替代性实施例中，辅助存储器710可包含其他相似装置，从而允许将计算机程序或其他指令载入计算机系统700中。例如，这种装置可能包含可移除存储单元722和接口 720。上述装置的示例可包含(例如在视频游戏装置中存在的)程序盒式存储器和盒式接口、可移除存储芯片(例如可擦可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory, EPROM)、通用串行总线(Universal Serial Bus, USB)闪存、或 PROM)和相关插口、和其他允许将软件和数据由可移除存储单元722传递到计算机系统700的可移除存储单元722和接口 720。一般而言，由操作系统(operating system，OS)软件来控制和协调计算机系统700，所述操作系统软件执行诸如进程调度、内存管理、联网和1/0服务的任务。还可能存在与总线702连接的通信接口 724。通信接口 724允许将软件和数据在计算机系统700和外部装置间进行传递。通信接口 724的示例可包含调制解调器、网络接口(例如以太网卡)、通信端口、个人计算机存储卡国际协会(Personal Computer MemoryCard International Association,PCMCIA)插槽和卡等。计算机700通过数据网络、基于一组特殊规则(即协议)与其他计算装置通信。其中一种常见协议是在因特网中普遍使用的TCP/IP (传输控制协议/互联网协议)。一般而言，通信接口 724对于以下过程实施管理:将数据文件组装为在数据网络上传输的较小数据包、以及将接收的数据包重组为原始数据文件。另外，通信接口 724处理每个数据包的地址码(address part)，以便其到达正确目标或拦截目标是计算机700的数据包。在这一文件中，术语“计算机程序介质”和“计算机可用介质”通常用于指以下媒介:例如，可移除存储驱动器714和/或安装在硬盘驱动器712中的硬盘。这些计算机程序产品是为计算机系统700提供软件的装置。本发明涉及这些计算机程序产品。计算机系统700还可包含输入/输出(I/O)接口 730，其为计算机系统700提供存取监控器、键盘、鼠标、打印机、扫描仪、绘图仪和类似物。在主存储器708和/或辅助存储器710中，计算机程序(也称为计算机控制逻辑)存储为应用模块706。还可通过通信接口 724接收计算机程序。当执行时，这些计算机程序使得计算机系统700能够执行本文所讨论的本发明的特征。尤其地，当执行时，计算机程序使得处理器704执行本发明的特征。因此，上述计算机程序代表计算机系统700的控制器。在使用软件实现本发明的实施例中，软件可存储在计算机程序产品中，并使用可移除存储驱动器714、硬驱动器712或通信接口 724将其载入计算机系统700中。当处理器704执行应用模块706时，应用模块706使处理器704执行本文所描述的本发明的各功能。主存储器708可载有一个或多个应用模块706，在有或没有通过I/O接口 730的用户输入的情况下，一个或多个处理器704可执行一个或多个应用模块，从而实现希望实现的任务。在操作中，当至少一个处理器704执行其中一个应用模块706时，结果得到计算并保存在辅助存储器710中(即硬盘驱动器712)。以文本或图形表征的方式、通过I/O接口730向用户报导有限元分析的状态。在一个实施例中，应用模块706用于促进由完全充气的安全气囊的3-D计算机化模型创建2-D网格模型。应用模块706进一步允许采用织物材料坐标系定位2-D网格模型。在另一实施例中，应用模块706用于促进将安全气囊通风孔的面积从2-D网格模型中去除。尽管结合其特定实施例对本发明进行描述，但这些实施例仅仅是对本发明的阐释而非限制。本文向本领域技术人员暗示了对特别公开的示范性实施例的各个调整或变化。例如，虽然为实现本发明的一个实施例显示和描述了特定类型的安全气囊，但其他类型的安全气囊也可用于实现相同目的。进一步地，虽然已显示和描述用三个织物面板形成安全气囊，但其他数量的面板也可用于实现相同目的。最终，3-D计算机化模型和2-D网格模型已经显示和描述为示例，而具有其他网格密度或网格形状的模型可用于实现本发明的目标。总之,本发明的范围不应受限于本文所公开的特定示范性实施例,所有已提示过本领域技术人员的、容易做出的所有调整均应包含在这一申请的精神和追求的范围内，并且也包含在所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种设计安全气囊的方法，所述安全气囊用作汽车碰撞时增强乘员安全的车辆安全装置，其特征在于，所述方法包括: 接收代表完全充气配置下的安全气囊的三维(3-D)计算机化模型，所述3-D计算机化模型包含多个壳有限元，其中，将每个所述壳有限元指定给形成所述安全气囊的多个织物面板的其中一个； 通过使每个所述那些壳有限元从完全充气配置下的第一方位展开为二维(2-D)网格模型的平坦几何形状的第二方位，通过使用指定给所述每个织物面板的那些壳有限元创建2-D网格模型； 当将所述2-D网格模型的总面积与指定给所述每个织物面板的所述那些壳元的总表面积进行比较时，调节所述2-D网格模型，以便所述2-D网格模型的总面积在公差范围内；以及 采用经纬线的织物材料坐标系定位所述2-D网格模型，所述经纬线的织物材料坐标系适合于确定可制造性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:在所述2-D网格模型中保持所述3-D计算机化模型的每个所述那些壳元的元素标识符。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述3-D计算机化模型中通过第一组节点定义每个所述那些壳元，在所述2-D网格化模型中通过第二组节点号定义每个所述那些壳兀。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用所述第一组节点号定义所述第一方位，而采用所述第二组节点号定义所述第二方位。
5.根据权利要求 1所述的方法，其特征在于，所述壳有限元包含四边形元。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述壳有限元包含三角形元。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括从所述2-D网格模型去除安全气囊通风孔占据的面积。
8.一种设计安全气囊的系统，所述安全气囊用作汽车碰撞时增强乘员安全的车辆安全装置，其特征在于，所述系统包括: 主存储器，用于为应用模块存储计算机可读代码； 与所述主存储器连接的至少一个处理器，所述至少一个处理器执行所述主存储器中的计算机可读代码，以使得所述应用模块通过以下方法执行各操作: 接收代表完全充气配置下的安全气囊的三维(3-D)计算机化模型，所述3-D计算机化模型包含多个壳有限元，其中，将每个所述壳有限元指定给形成所述安全气囊的多个织物面板的其中一个； 通过使每个所述那些壳有限元从完全充气配置下的第一方位展开为二维(2-D)网格模型的平坦几何形状的第二方位，通过使用指定给所述每个织物面板的那些壳有限元创建2-D网格模型， 当将所述2-D网格模型的总面积与指定给所述每个织物面板的所述那些壳元的总表面积进行比较时，调节所述2-D网格模型，以便所述2-D网格模型的总面积在公差范围内；以及 采用经纬线的织物材料坐标系定位所述2-D网格模型，所述经纬线的织物材料坐标系适合于确定可制造性。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括:在所述2-D网格模型中保持所述3-D计算机化模型的每个所述那些壳元的元素标识符。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述3-D计算机化模型中通过第一组节点号定义每个所述那些壳元，在所述2-D网格化模型中通过第二组节点号定义每个所述那些壳元。
11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括从所述2-D网格模型去除安全气囊通风孔占据的面积。
全文摘要
本发明公开了由完全充气的安全气囊的3-D计算机化模型数字创建多个安全气囊织物面板的相应2-D网格模型的系统及方法。3-D计算机化模型包括多个节点和多个壳有限元。每个壳元分给多个织物面板的其中一个，而多个织物面板形成属于其的安全气囊。每个织物面板占据安全气囊的连续表面积。使特定织物面板的壳有限元一次性展开为织物面板的2-D网格模型。将特定织物面板的总表面积与相应2-D模型的总面积进行比较。调节该2-D网格模型，直至其面积在预设公差的范围内。进一步地，将最终的“总面积匹配的”2-D网格模型定位于经纬线的织物材料坐标系中，从而确定其可制造性。
文档编号G06F17/50GK103177148SQ20121036595
公开日2013年6月26日 申请日期2012年9月27日 优先权日2011年12月21日
发明者迪利普·穆吉·巴哈索德 申请人:利弗莫尔软件技术公司