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整車安全開發(fā)中的試驗(yàn)與計(jì)算機(jī)仿真

文檔作者：胡經(jīng)國(guó) 胥峰夏云文檔來源：浙江省寧波市卡達(dá)克機(jī)動(dòng)車質(zhì)量檢驗(yàn)中心(寧波)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月10日
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第54卷第4期
Vol-54 No．4
農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程
AGRICU唧RAL EQUIPMENT&amp;amp;VEHICLE ENGINEERING
2016年4月
A曲l 2016
doi：10．3969／j．iSsn．1673—3142．2016．04．019
整車安全開發(fā)中的試驗(yàn)與計(jì)算機(jī)仿真
胡經(jīng)國(guó)，胥峰，夏云
(315336浙江省寧波市卡達(dá)克機(jī)動(dòng)車質(zhì)量檢驗(yàn)中心(寧波)有限公司)
[摘要]為了改善主機(jī)廠在汽車安全研發(fā)中重仿真輕試驗(yàn)的做法，提高計(jì)算機(jī)仿真的可信度，更好地進(jìn)行汽車安
全開發(fā)目標(biāo)的控制，降低項(xiàng)目運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)，以試驗(yàn)與仿真有機(jī)結(jié)合為思路，提出了一種在被動(dòng)安全開發(fā)過程中
增加零部件試驗(yàn)與仿真對(duì)標(biāo)的方法，從而提高整車仿真可信度。通過加強(qiáng)中間過程的控制以確保整車被動(dòng)安全
目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。實(shí)際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)整車仿真數(shù)據(jù)的精度與可信度大大提高．比較接近試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[關(guān)鍵詞]被動(dòng)安全，試驗(yàn)，計(jì)算機(jī)仿真零部件
[中圖分類號(hào)]u462．2 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B [文章編號(hào)]1673—3142(2叭6)04—0073一03
Test and Computer Simllla60n of VeMcle Safbty DeVelopment
Hu Jingguo，Xu Feng，Xia Yun
(CA7n～RC Automotive Quality Inspection center(Ningbo)Co．，I』d．，Ningbo city，zhejiang ProVince 315336，China)
[Abstlmct]IrI orderto change tIle way of automobiIe m鋤ufacturing plants that pay more attention to simulation while i印。打ng
experiment in mIt伽otive s小t)r res鋤h and development，to impmve the reliability of computer simulation，and to better con—
tml auto刪ve safe哆devel叩ment，明d tlIen礎(chǔ)ce the risk of operating山e pmject，this paper presents a method for compo—
nent test蚰d 8imlllation in tlIe proces8 of p姻sive safbty development，so as to impmve the reliability of the whole Vehicle simu—
lation，肌d to粕sIⅡe tlIe弛al礎(chǔ)ion of tlle vellick passive safety goal山mugh str℃ngt}lening the contml of intermediate process．
After pme6cal appHc撕on，tlle accu瑚Icy蛐d地liability of the whole vehicle simulation data is greatly impmved，and the data is
closeto山etest data．
[Key wo川s]p嘲ive s如ty；t船tiIIg；co呷uter 8imulation；component
0引言
在整車被動(dòng)安全開發(fā)過程中，碰撞試驗(yàn)與計(jì)
算機(jī)仿真是不可或缺的兩個(gè)技術(shù)手段。計(jì)算機(jī)仿
真以能夠有效縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本的優(yōu)
點(diǎn)受到主機(jī)廠的青睞。得到廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。當(dāng)
今的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以在開發(fā)前中期發(fā)現(xiàn)大量
的潛在風(fēng)險(xiǎn)因素與設(shè)計(jì)缺陷。但依然無法取代試
驗(yàn)的地位。整車碰撞試驗(yàn)仍然是綜合評(píng)價(jià)車輛安
全性能最基本的方法，也是唯一的設(shè)計(jì)驗(yàn)證手段。
雖然各大主機(jī)廠家都有采用試驗(yàn)與計(jì)算機(jī)仿真這
兩大手段，但兩者并沒有很好地結(jié)合使用。國(guó)內(nèi)主
機(jī)廠通常的做法是在開發(fā)的前中期僅僅依靠計(jì)算
機(jī)仿真，試驗(yàn)不會(huì)參與到開發(fā)過程中。在整車結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)凍結(jié)后，樣車制造出來后進(jìn)行整車碰撞試驗(yàn)，
作為設(shè)計(jì)驗(yàn)證的手段。這一做法存在的問題與風(fēng)
險(xiǎn)便是整車結(jié)構(gòu)耐撞性能如果在試驗(yàn)中表現(xiàn)不好
收稿日期：2016—0l一28 修回日期：2016—02一05
(計(jì)算機(jī)仿真一旦不準(zhǔn))，達(dá)不到設(shè)計(jì)目標(biāo)，將會(huì)導(dǎo)
致整個(gè)項(xiàng)目的延期，而且整車結(jié)構(gòu)更改的工作量
十分巨大，整車仿真模型的校準(zhǔn)也十分難做。
針對(duì)上述提到的問題，大多數(shù)主機(jī)廠家采取
的應(yīng)對(duì)策略是通過仿真與試驗(yàn)對(duì)標(biāo)從而提高仿真
的精度，加大模擬仿真的可信度。但這一方法僅僅
是從仿真的角度出發(fā)，通過經(jīng)驗(yàn)積累而得．往往是
上一輛車的對(duì)標(biāo)為下一輛車服務(wù)．而且非常依賴
于工程師的能力。作者曾在主機(jī)廠從事安全研發(fā)
工作，覺得可以通過試驗(yàn)與仿真的有機(jī)結(jié)合。加大
零部件試驗(yàn)投入，讓試驗(yàn)參與到開發(fā)的前中期。以
開發(fā)流程進(jìn)行過程控制，從而有效解決這一問題。
1整車目標(biāo)的分解
在安全開發(fā)過程中制定好整車被動(dòng)安全目標(biāo)
后，將整車目標(biāo)合理分解到零部件，通過試驗(yàn)和仿
真的手段確保子系統(tǒng)的被動(dòng)安全性能達(dá)到設(shè)計(jì)目
標(biāo)，那么最終的整車被動(dòng)安全性能就會(huì)得到有效
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
74 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程2016年
保證。零部件試驗(yàn)在開發(fā)的前中期就可以進(jìn)行，不
影響開發(fā)周期，費(fèi)用低，易操作，數(shù)據(jù)結(jié)果可用于
仿真模型的校準(zhǔn)，增加整車模型仿真的可信度。因
此零部件試驗(yàn)提前參與到研發(fā)中。使試驗(yàn)與仿真
模擬結(jié)合得更好，可以有效保證整車被動(dòng)安全設(shè)
計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
對(duì)所有的零部件都進(jìn)行試驗(yàn)是沒有必要的。
選擇與被動(dòng)安全相關(guān)性比較大的關(guān)鍵零部件進(jìn)行
試驗(yàn)與仿真也是一件需要工程師認(rèn)真考慮的事
情。基本原則就是在保證能夠?qū)崿F(xiàn)整車安全目標(biāo)
的前提下減少開發(fā)成本投入，單個(gè)零部件試驗(yàn)的
設(shè)計(jì)應(yīng)該基于能還原其在整車碰撞中的變形與力
學(xué)特性【1】。一般情況下，關(guān)鍵零部件的數(shù)量應(yīng)不少
于10個(gè)。本文只選擇了一個(gè)作為例子來闡述與論
證這種方法的可行性與有效性。
2零部件試驗(yàn)與仿真
在整車前碰中．前縱梁是吸收碰撞能量的主要
結(jié)構(gòu)．也是主要的傳力路徑，對(duì)整車碰撞安全性能
起著重要的作用，是車身中十分關(guān)鍵的零部件。加
強(qiáng)對(duì)前縱梁的變形、吸能特性及運(yùn)動(dòng)特征的研究是
研究車身耐撞性能乃至乘員保護(hù)的關(guān)鍵所在閣。
通過前縱梁零部件試驗(yàn)與計(jì)算機(jī)仿真的方法
得到某車型前縱梁前段的壓潰變形、吸能情況及
承載能力，從而驗(yàn)證前縱梁是否達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，降
低項(xiàng)目成本與風(fēng)險(xiǎn)。利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)來開展模擬仿
真的對(duì)標(biāo)工作，提高模擬仿真的精度，更精準(zhǔn)地發(fā)
現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷。
對(duì)如圖1所示的前縱梁樣件進(jìn)行正面碰撞試
驗(yàn)。樣件通過連接件固定在試驗(yàn)小車上。通過外力
牽引小車，以特定速度運(yùn)行，使前縱梁撞擊剛性
墻。試驗(yàn)過程中，采用高速攝像機(jī)記錄縱梁的壓潰
變形情況，采用傳感器測(cè)量車體的加速度值。試驗(yàn)
小車前邊安裝兩根長(zhǎng)度為200 mm的圓形不銹鋼
管，用于吸收多余能量，防止小車撞到剛性墻造成
損壞。試驗(yàn)如圖2所示。
圖1縱梁碰撞試驗(yàn)樣件
Fig．1 Fronl怕¨c陀sh test sample
圖2縱梁正碰試驗(yàn)前
Fig．2 BefO陀fronl怕¨crash test
根據(jù)縱梁試驗(yàn)來建立有限元模型。并進(jìn)行計(jì)
算，對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)。在對(duì)比結(jié)果不理
想的情況下，需要從網(wǎng)格尺寸、應(yīng)變率效應(yīng)、焊點(diǎn)
失效、接觸參數(shù)等多方面考慮并校準(zhǔn)仿真模型。
提高仿真結(jié)果的精度．使其與試驗(yàn)的結(jié)果較為一
致性M。
正碰試驗(yàn)和仿真對(duì)標(biāo)后的最終變形圖對(duì)比如
圖3、圖4所示。
圖3正碰試驗(yàn)變形圖
Fig．3 DefomlatiOn diag怕m OffrontaIImpact lest
圖4正碰仿翼對(duì)標(biāo)變形圖
開g．4 DefOmlatIon diag陪m from computer simulatIOn
正碰試驗(yàn)和對(duì)標(biāo)仿真后的運(yùn)動(dòng)曲線對(duì)比情況
如圖5所示。
如果結(jié)果不滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，在校準(zhǔn)后的仿真
模型上進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)與優(yōu)化，使之滿足既定的目
標(biāo)，并再次進(jìn)行零部件試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，直到滿足設(shè)
計(jì)目標(biāo)為止。
通過進(jìn)行零部件試驗(yàn)與仿真，確保達(dá)到兩個(gè)
目的：零部件達(dá)到安全設(shè)計(jì)要求：仿真模型得到校
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第54卷第4期胡經(jīng)國(guó)等：整車安全開發(fā)中的試驗(yàn)與計(jì)算機(jī)仿真75
鼉
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景
時(shí)同／s
圖5加速度一時(shí)問曲線對(duì)比圖
啊．5 compan∞n di明限m of acceIe陋tion-time puIse
準(zhǔn)，精度有效提高，為整車模型的建立與校準(zhǔn)提供
有效借鑒。
3整車碰撞試驗(yàn)與仿真
通過零部件仿真與試驗(yàn)對(duì)標(biāo)后。把零部件仿
真中的有限元建模方法與參數(shù)代入整車仿真模型
中，可以大大提高整車仿真模型的精度與可信度。
根據(jù)這種整車模型的計(jì)算結(jié)果去改進(jìn)設(shè)計(jì)將更有
針對(duì)性，可以更快地達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。在整車結(jié)構(gòu)數(shù)
據(jù)凍結(jié)后，樣車制作出來進(jìn)行整車碰撞。驗(yàn)證整車
模型的仿真精度。圖6表明校準(zhǔn)過的整車仿真模
型的計(jì)算結(jié)果與整車碰撞試驗(yàn)的結(jié)果一致性較
高，說明根據(jù)這個(gè)模型仿真發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)問題與改
進(jìn)都是有效的，降低了因模型精度問題導(dǎo)致改進(jìn)
鼉
髓
制曩
時(shí)間／s
圖6整車正碰試驗(yàn)與仿真的B柱底部加速度對(duì)比田
Fig．6 Cbmpa晦on of a∞eIeration of B column bottom
in ex∞r(nóng)iment and SimulatiOn of the whOIe怕h沁怕
方向出現(xiàn)錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。
因?yàn)殚_發(fā)過程中只是選擇了與被動(dòng)安全相關(guān)
性較高的關(guān)鍵零部件進(jìn)行試驗(yàn)與仿真校準(zhǔn)．所以
整車模型的仿真結(jié)果與試驗(yàn)仍有不一致的地方。
整車模型校準(zhǔn)的工作仍然要進(jìn)行．但工作量將大
大減少。且目的性更明確。這樣可以節(jié)約出大量的
時(shí)間，將工作重心放在設(shè)計(jì)改進(jìn)與優(yōu)化上，早日達(dá)
到設(shè)計(jì)目標(biāo)，縮短開發(fā)周期。同時(shí)因?yàn)榉抡婺Ｐ偷?
可信度較高，所以能夠適當(dāng)減少試驗(yàn)的次數(shù)，大量
的工作可以依靠模擬仿真來進(jìn)行。
4結(jié)論
通過上述研究可以發(fā)現(xiàn)：以零部件試驗(yàn)為依
據(jù)，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)標(biāo)，提高仿真的精度，從而
為整車仿真工作提供指導(dǎo)意義．可以使整車仿真
與試驗(yàn)的一致性更好：整車被動(dòng)安全開發(fā)過程中
增加零部件試驗(yàn)有利于計(jì)算機(jī)仿真工作的開展，
同時(shí)使整車安全目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)得到保證；試驗(yàn)與仿
真的有機(jī)結(jié)合可以有效增加整車仿真模型的可信
度，避免因仿真精度不高導(dǎo)致的設(shè)計(jì)方向錯(cuò)誤，可
以有效加快開發(fā)過程，減少開發(fā)成本與時(shí)間。
本文以實(shí)際例子來說明增加零部件試驗(yàn)。將
試驗(yàn)與仿真互相有機(jī)結(jié)合的好處。但如何讓二者
更好地結(jié)合起來為被動(dòng)安全開發(fā)服務(wù)．還需要更
深入的研究與探討。
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2∞6—01．0959．
作者簡(jiǎn)介胡經(jīng)國(guó)，卡達(dá)克機(jī)動(dòng)豐質(zhì)量檢驗(yàn)中心(寧波)有限公司，
部長(zhǎng)，工程師，研究方向：汽車被動(dòng)安全。E—fIlail：huji髂uo@catm
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