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整車安全開發(fā)中的試驗與計算機仿真

文檔作者：胡經(jīng)國胥峰夏云文檔來源：浙江省寧波市卡達克機動車質(zhì)量檢驗中心(寧波)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 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)中的試驗與計算機仿真
胡經(jīng)國，胥峰，夏云
(315336浙江省寧波市卡達克機動車質(zhì)量檢驗中心(寧波)有限公司)
[摘要]為了改善主機廠在汽車安全研發(fā)中重仿真輕試驗的做法，提高計算機仿真的可信度，更好地進行汽車安
全開發(fā)目標(biāo)的控制，降低項目運行的風(fēng)險，以試驗與仿真有機結(jié)合為思路，提出了一種在被動安全開發(fā)過程中
增加零部件試驗與仿真對標(biāo)的方法，從而提高整車仿真可信度。通過加強中間過程的控制以確保整車被動安全
目標(biāo)的實現(xiàn)。實際應(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．比較接近試驗數(shù)據(jù)。
[關(guān)鍵詞]被動安全，試驗，計算機仿真零部件
[中圖分類號]u462．2 [文獻標(biāo)志碼】B [文章編號]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
在整車被動安全開發(fā)過程中，碰撞試驗與計
算機仿真是不可或缺的兩個技術(shù)手段。計算機仿
真以能夠有效縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本的優(yōu)
點受到主機廠的青睞。得到廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。當(dāng)
今的計算機仿真技術(shù)可以在開發(fā)前中期發(fā)現(xiàn)大量
的潛在風(fēng)險因素與設(shè)計缺陷。但依然無法取代試
驗的地位。整車碰撞試驗仍然是綜合評價車輛安
全性能最基本的方法，也是唯一的設(shè)計驗證手段。
雖然各大主機廠家都有采用試驗與計算機仿真這
兩大手段，但兩者并沒有很好地結(jié)合使用。國內(nèi)主
機廠通常的做法是在開發(fā)的前中期僅僅依靠計算
機仿真，試驗不會參與到開發(fā)過程中。在整車結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)凍結(jié)后，樣車制造出來后進行整車碰撞試驗，
作為設(shè)計驗證的手段。這一做法存在的問題與風(fēng)
險便是整車結(jié)構(gòu)耐撞性能如果在試驗中表現(xiàn)不好
收稿日期：2016—0l一28 修回日期：2016—02一05
(計算機仿真一旦不準(zhǔn))，達不到設(shè)計目標(biāo)，將會導(dǎo)
致整個項目的延期，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。
針對上述提到的問題，大多數(shù)主機廠家采取
的應(yīng)對策略是通過仿真與試驗對標(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)驗積累而得．往往是
上一輛車的對標(biāo)為下一輛車服務(wù)．而且非常依賴
于工程師的能力。作者曾在主機廠從事安全研發(fā)
工作，覺得可以通過試驗與仿真的有機結(jié)合。加大
零部件試驗投入，讓試驗參與到開發(fā)的前中期。以
開發(fā)流程進行過程控制，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安全目標(biāo)
后，將整車目標(biāo)合理分解到零部件，通過試驗和仿
真的手段確保子系統(tǒng)的被動安全性能達到設(shè)計目
標(biāo)，那么最終的整車被動安全性能就會得到有效
萬方數(shù)據(jù)
74 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程2016年
保證。零部件試驗在開發(fā)的前中期就可以進行，不
影響開發(fā)周期，費用低，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
此零部件試驗提前參與到研發(fā)中。使試驗與仿真
模擬結(jié)合得更好，可以有效保證整車被動安全設(shè)
計目標(biāo)的實現(xiàn)。
對所有的零部件都進行試驗是沒有必要的。
選擇與被動安全相關(guān)性比較大的關(guān)鍵零部件進行
試驗與仿真也是一件需要工程師認真考慮的事
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，單個零部件試驗的
設(shè)計應(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。本文只選擇了一個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
強對前縱梁的變形、吸能特性及運動特征的研究是
研究車身耐撞性能乃至乘員保護的關(guān)鍵所在閣。
通過前縱梁零部件試驗與計算機仿真的方法
得到某車型前縱梁前段的壓潰變形、吸能情況及
承載能力，從而驗證前縱梁是否達到設(shè)計目標(biāo)，降
低項目成本與風(fēng)險。利用試驗數(shù)據(jù)來開展模擬仿
真的對標(biāo)工作，提高模擬仿真的精度，更精準(zhǔn)地發(fā)
現(xiàn)設(shè)計缺陷。
對如圖1所示的前縱梁樣件進行正面碰撞試
驗。樣件通過連接件固定在試驗小車上。通過外力
牽引小車，以特定速度運行，使前縱梁撞擊剛性
墻。試驗過程中，采用高速攝像機記錄縱梁的壓潰
變形情況，采用傳感器測量車體的加速度值。試驗
小車前邊安裝兩根長度為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。試驗如圖2所示。
圖1縱梁碰撞試驗樣件
Fig．1 Fronl怕¨c陀sh test sample
圖2縱梁正碰試驗前
Fig．2 BefO陀fronl怕¨crash test
根據(jù)縱梁試驗來建立有限元模型。并進行計
算，對比試驗數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)。在對比結(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
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．使其與試驗的結(jié)果較為一
致性M。
正碰試驗和仿真對標(biāo)后的最終變形圖對比如
圖3、圖4所示。
圖3正碰試驗變形圖
Fig．3 DefomlatiOn diag怕m OffrontaIImpact lest
圖4正碰仿翼對標(biāo)變形圖
開g．4 DefOmlatIon diag陪m from computer simulatIOn
正碰試驗和對標(biāo)仿真后的運動曲線對比情況
如圖5所示。
如果結(jié)果不滿足設(shè)計目標(biāo)，在校準(zhǔn)后的仿真
模型上進行設(shè)計改進與優(yōu)化，使之滿足既定的目
標(biāo)，并再次進行零部件試驗進行驗證，直到滿足設(shè)
計目標(biāo)為止。
通過進行零部件試驗與仿真，確保達到兩個
目的：零部件達到安全設(shè)計要求：仿真模型得到校
萬方數(shù)據(jù)
第54卷第4期胡經(jīng)國等：整車安全開發(fā)中的試驗與計算機仿真75
鼉
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景
時同／s
圖5加速度一時問曲線對比圖
?。? 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整車碰撞試驗與仿真
通過零部件仿真與試驗對標(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)這種整車模型的計算結(jié)果去改進設(shè)計將更有
針對性，可以更快地達到設(shè)計目標(biāo)。在整車結(jié)構(gòu)數(shù)
據(jù)凍結(jié)后，樣車制作出來進行整車碰撞。驗證整車
模型的仿真精度。圖6表明校準(zhǔn)過的整車仿真模
型的計算結(jié)果與整車碰撞試驗的結(jié)果一致性較
高，說明根據(jù)這個模型仿真發(fā)現(xiàn)的設(shè)計問題與改
進都是有效的，降低了因模型精度問題導(dǎo)致改進
鼉
髓
制曩
時間／s
圖6整車正碰試驗與仿真的B柱底部加速度對比田
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)錯誤的風(fēng)險。
因為開發(fā)過程中只是選擇了與被動安全相關(guān)
性較高的關(guān)鍵零部件進行試驗與仿真校準(zhǔn)．所以
整車模型的仿真結(jié)果與試驗仍有不一致的地方。
整車模型校準(zhǔn)的工作仍然要進行．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
時間，將工作重心放在設(shè)計改進與優(yōu)化上，早日達
到設(shè)計目標(biāo)，縮短開發(fā)周期。同時因為仿真模型的
可信度較高，所以能夠適當(dāng)減少試驗的次數(shù)，大量
的工作可以依靠模擬仿真來進行。
4結(jié)論
通過上述研究可以發(fā)現(xiàn)：以零部件試驗為依
據(jù)，對仿真結(jié)果進行對標(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
與試驗的一致性更好：整車被動安全開發(fā)過程中
增加零部件試驗有利于計算機仿真工作的開展，
同時使整車安全目標(biāo)的實現(xiàn)得到保證；試驗與仿
真的有機結(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)計方向錯誤，可
以有效加快開發(fā)過程，減少開發(fā)成本與時間。
本文以實際例子來說明增加零部件試驗。將
試驗與仿真互相有機結(jié)合的好處。但如何讓二者
更好地結(jié)合起來為被動安全開發(fā)服務(wù)．還需要更
深入的研究與探討。
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SAE 1k啪cal Paper 2006-ol—0959，2006，doi：10．4”1，
2∞6—01．0959．
作者簡介胡經(jīng)國，卡達克機動豐質(zhì)量檢驗中心(寧波)有限公司，
部長，工程師，研究方向：汽車被動安全。E—fIlail：huji髂uo@catm
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