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车企如何优化绩效并降低召回风险?

  • Ellison
  • 7
  • 2021-07-26 16:31

利用虚拟现实仿真实现整车性能目标管理与验证

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汽车行业的发展日新月异,安全性已经逐渐成为广大车主购车时考虑的首要因素,即使由于资金等现实因素制约,潜意识里仍将安全性列为重点,为了推进机动车辆安全标准的研究,各国都开展了“试验安全车”的研究,来推动汽车安全性能的全面研究,通过研究和试验,找到制定安全标准的依据。

安全气囊对行车安全的作用不言而喻,当汽车发生碰撞时,车内感应模块会快速对碰撞信号做出处理,当发生碰撞的冲击力超出安全带的保护能力时,便以 1/100 秒的速度释放气囊,使乘员的头部、胸部与较为柔软的气囊接触,从而减轻撞击对车内乘员的伤害 使汽车安全性大大提高。

对于安全气囊的测试研究,汽车安全行业将均匀压力法( UPM )广泛地用于气囊展开仿真。根据 UPM 的假设性定义,气囊中的压力在膨胀过程中会在空间上保持一致,使得该方法特别适用于已完全膨胀气囊的“就位”( IP )分析。相比之下,另一种分析可以被表征为“非就位”( OOP )分析,如果乘客在气囊完全展开之前就与之相互作用,在完全膨胀之前气囊中存在巨大的空间压力梯度,这与 UPM 方法的假设前提不符。

气囊法规和技术的发展要求考虑 OOP 场景。因此开展准确的分析需要一种能够仿真膨胀过程中气流的流动的工具。

达索系统通过 Abaqus/Explicit 提供一种高精密的耦合欧拉—拉格朗日( CEL )技术,用于仿真气囊中的动态气流。这种基于气流的 CEL 方法能够更加真实地预测气囊展开各个阶段的气囊形状和压力分布。

在使用 UPM 方法仿真气囊膨胀时,压力会随时间变化,但在任何瞬时压力的空间分布都是均匀的。假设的有效性在完全膨胀时最高,因此 UPM 传统上用于仿真乘客撞击完全膨胀的气囊时的 IP 负载情况。在静态 OOP 安全测试下,乘客与气囊的相互作用开始于气囊部分展开时。在膨胀的初期阶段,气囊内部存在巨大的空间压力梯度。紧密折叠气囊的部分区域在气囊展开之前不会有膨胀气体进入。 UPM 假设气囊中的气体运动必须将这种情况加以考虑。耦合欧拉—拉格朗日( CEL )技术为仿真气囊内部的气流提供了更加真实的方法。因此,即便是在膨胀的早期阶段,这种方法也能够预测更加真实的展开并准确地计算气囊中的空间和时间压力变化过程。下图便是使用这两种方法对最初处于折叠状态的气囊在展开 16 ms 时的形状的预测对比。

拉格朗日气囊使用膜元离散化。纤维构成模型为各项异性和非线性,并从填充、折叠和剪切三个组成方向中的每一个采集气囊编织物质的独立加载、卸载、机械响应。

在传统的拉格朗日分析中,材料被固定在网格内,材料随着网格变形而变形。拉格朗日单元的材料往往是 100% 填充,因此材料边界与网格边界重叠。与此相反的欧拉分析中节点固定在空间中,材料流经不发生形变的网格。欧拉元素一般不会全部填充材料,许多欧拉元为半空或全空。用于这些仿真的欧拉网格是一个构造简单的网格,能够理想地延伸到欧拉材料边界之外,赋予物质移动和形变的空间。

气囊充气机用多个位置贴近进气点的节点表示。在每个充气节点上设定一个向量,用于代表气流的方向。充气元件节点上的速度通过根据输入质量流速率、面积和方向向量求解动量方程求得。进入气囊的气体在充气元件节点上的温度和质量流速率则设定为充气时间的函数。在实验中充气的气体组成构成会随时间改变,但在仿真中充气气体成分被假定为恒定。

拉元件能够同时包含多种材料。在每个时间增量计算每种材料的欧拉体积分数( EVF ),并根据 EVF 确定每个元件的材料表面。这些欧拉材料表面能够与拉格朗日面相互作用,比如气囊。欧拉域最初冲满空气。在充气机点火时,气体填满气囊,并将空气推出。用Abaqus/Explicit一般接触功能采集拉格朗日接触和欧拉—拉格朗日接触。后者仅定义在充气机和气囊之间的气体。外界气体和气囊之间没有定义接触。因此可以有把握地推测,由于高膨胀压力,空气无法再次进入气囊。

平摊气囊展开,实验结果和CEL预测

折叠气囊展开,实验结果和CEL预测

平摊气囊和折叠气囊两种方式下仿真的头部加速度对比

两种模型都使用 5mm 的均匀欧拉网格。通过上面三幅图分别在平摊、折叠、已经两种方式下的头部加速度对比,就两种气囊模型而言,加速历程和气囊展开与相关实验合理地吻合。

良好地捕获加速历程: CEL 仿真更准确地捕获了初始峰值加速度和最大峰值加速度。两种气囊模型, CEL 仿真都能更好地在加速图中捕获加速曲线的振荡。

上述实验与 CEL  方法之间的关联说明 Abaqus /Explicit 能够预测现实结果,即便是在气囊展开之初也能预测现实的结果。因此这种方法能成功用于“非到位”负载工况。

通过 Abaqus/Explicit 耦合欧拉—拉格朗日( CEL )技术,不仅更加完整的测试各种情况下安全气囊的可靠性,也大大精准了分析了反应过程中的安全性。安全气囊的测试仅仅是仿真技术在汽车行业应用的一种。领先的汽车制造企业通过采用仿真解决方案,释放宝贵的时间和资源,用于创新打造更优秀的汽车,这些解决方案支持更加优异的测试、虚拟和物理样机的管理和增强型审核与验证,能显著地提升产品性能和质量。这一做法正在赢得战略性竞争优势。



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