CN101034040A - 汽车碰撞的多功能仿真分析方法及可移动壁障 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车碰撞的多功能仿真分析方法及可移动壁障，方法包括：建立可移动壁障模型，将可移动壁障的车架、轮胎、安装板定义为不发生变形和相对位移的刚体，将可移动壁障的上、下蜂窝吸能块的模型建立在所述安装板上，并将所述可移动壁障的相关尺寸设置为具体的模型参数，将实际车辆的车辆参数对应带入到所述可移动壁障的模型参数中，从而利用所述可移动壁障仿真所述待测车辆来进行车辆的各种碰撞测试分析。本发明在碰撞模拟仿真分析计算当中可提高计算精度和分析可靠性，并且提高计算收敛性和缩短计算时间，有利于定义接触，可防止在碰撞模拟仿真分析计算当中出现死机或退出计算等现象。本发明对提高我国汽车自主研发能力有巨大意义。
Description
技术领域
本发明涉及汽车碰撞仿真技术，特别是汽车碰撞仿真分析的多功能可移动壁障及建模方法。
背景技术
目前在国内汽车企业和研究单位所做的汽车碰撞仿真试验，缺乏一种多功能可移动壁障，既能做多种汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验，又能做汽车交通事故再现的模拟仿真试验。国外现有碰撞仿真中的可移动壁障均为单一用途，例如欧洲使用的可移动壁障只能做ECE R95侧面碰撞试验。而且现在国内外没有一种可移动壁障可作为汽车交通事故再现的模拟仿真试验的肇事车辆使用，需要花大量的时间和精力去建立肇事车辆的模型。
我国的《汽车侧面碰撞的乘员保护》即将于2006年7月1日出台，国内汽车企业和研究单位必然要开展大量的汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验和汽车交通事故再现的模拟仿真试验。随着我国汽车出口量逐年增大，我国自主品牌的汽车将大量出口欧洲、美国和日本等地，就必须根据输入国的法规要求做相应的汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验，并且还要根据做交通事故再现的模拟仿真试验来提高汽车的安全性能，所以急需一种多功能可移动壁障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种汽车碰撞的多功能仿真分析方法及可移动壁障，解决现有碰撞仿真技术用途单一，不能通用于不同的碰撞标准的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种汽车碰撞的多功能仿真分析方法，其特点在于，包括：建立可移动壁障模型，将可移动壁障的车架、轮胎、安装板定义为不发生变形和相对位移的刚体，将可移动壁障的上、下蜂窝吸能块的模型建立在所述安装板上，并将所述可移动壁障的相关尺寸设置为具体的模型参数，将实际车辆的车辆参数对应带入到所述可移动壁障的模型参数中，从而利用所述可移动壁障仿真所述待测车辆来进行车辆的各种碰撞测试分析。
上述的多功能仿真分析方法，其特点在于，具体包括如下步骤：
步骤一、建立可移动壁障的车架、轮胎、安装板模型，将所述车架、轮胎、安装板定义为不发生变形和相对位移的刚体，将可移动壁障的相关尺寸设置为具体的尺寸模型参数；
步骤二、建立可移动壁障的上、下蜂窝吸能块模型，将吸能块的相关尺寸设置为吸能块模型参数；
步骤三、将可移动壁障的质量和质心位置设置为质量模型参数和质心模型参数；
步骤四、定义蜂窝吸能块的接触关系和各接触面的摩擦系数；
步骤五、对应所述可移动壁障的各模型参数测量待测车辆的实际车辆参数，将所述实际车辆参数对应带入到所述可移动壁障的各模型参数，从而利用所述可移动壁障仿真所述待测车辆来进行车辆的各种碰撞测试分析。
上述的多功能仿真分析方法，其特点在于，在所述步骤四之后，还包括：定义所述蜂窝吸能块为采用无质量点焊连接安装在所述安装面上，检查自动接触定义，防止出现单元干涉或出现负质量。
上述的多功能仿真分析方法，其特点在于，所述尺寸模型参数包括：车架的长、宽、前后轮距、轴距、轮胎直径以及安装板的长与宽。
上述的多功能仿真分析方法，其特点在于，所述吸能块模型参数包括：吸能块的长、宽、上蜂窝吸能块厚度、下蜂窝吸能块厚度、单元尺寸和蜂窝吸能块的刚度。
上述的多功能仿真分析方法，其特点在于，所述碰撞测试分析为欧洲ECE R95标准汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验，具体包括：从所述模型参数中选择该欧洲标准需要的模型参数输入到该欧洲标准的测试模块中，并进一步输入可移动壁障的碰撞位置、碰撞高度和碰撞速度，根据该欧洲标准的测试模块的输出结果得到碰撞加速度和人受伤害的各项指标，从而分析汽车侧面碰撞性能。
上述的多功能仿真分析方法，其特点在于，所述碰撞测试分析为美国FMVSS 214标准汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验，具体包括：从所述模型参数中选择该美国标准需要的模型参数输入到该美国标准的测试模块中，并进一步输入可移动壁障的碰撞位置、碰撞高度和碰撞速度，定义并输入可移动壁障与汽车撞击面的接触间隙，根据该美国标准的测试模块的输出结果得到碰撞加速度和人受伤害的各项指标，从而分析汽车侧面碰撞性能。
上述的多功能仿真分析方法，其特点在于，所述碰撞测试分析为中国《汽车侧面碰撞的乘员保护》汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验。
上述的多功能仿真分析方法，其特点在于，所述碰撞测试分析为汽车交通事故再现的模拟仿真试验，具体包括：根据汽车事故调查，将肇事车辆保险杆高度定义为蜂窝吸能块的碰撞高度，根据车型的碰撞刚度来定义蜂窝吸能块的刚度；根据肇事车辆的具体测量数据来定义可移动壁障的外形尺寸、质量和质心位置；根据事故现场对肇事车辆调查，定义可移动壁障的碰撞位置、碰撞角度、碰撞方向和碰撞速度；将以上所定义的参数输入到测试模块中，根据测试模块的输出结果，分析汽车碰撞事故发生的原因，分析乘员受伤的原因。
为了更好的实现本发明的目的，本发明还提供了一种用于汽车碰撞的多功能仿真分析的可移动壁障，其特点在于，包括车架、安装在所述车架的轮胎、安装在所述车架前端的安装板以及安装在所述安装板上的上、下蜂窝吸能块；所述可移动壁障的建模模型的车架、轮胎、安装板定义为不发生变形和相对位移的刚体，将可移动壁障的上、下蜂窝吸能块的模型建立在所述安装板上，并将所述可移动壁障的相关尺寸设置为具体的模型参数，将实际车辆的车辆参数对应带入到所述可移动壁障的模型参数中，从而利用所述可移动壁障仿真所述待测车辆来进行车辆的各种碰撞测试分析。
本发明的技术效果在于：本发明在碰撞模拟仿真分析计算当中可提高计算精度和分析可靠性，并且提高计算收敛性和缩短计算时间，有利于定义接触，可防止在碰撞模拟仿真分析计算当中出现死机或退出计算等现象。本发明的汽车碰撞仿真分析的多功能可移动壁障，既能作为多种汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验的碰撞台车使用，又能作为汽车交通事故再现的模拟仿真试验的肇事车辆使用。本发明对提高我国汽车自主研发能力有巨大意义。
下面结合附图进一步说明本实用新型的具体实施例。
附图说明
图1是本发明的建模和使用流程示意图；
图2是本发明做多种汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验的流程示意图；
图3是本发明做汽车交通事故再现的模拟仿真试验的流程示意图；
图4是本发明的多功能可移动壁障模型结构示意图；
图5是本发明的上蜂窝吸能块和下蜂窝吸能块结构示意图；
图6是本发明在汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验计算前的示意图；
图7是本发明在汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验计算后的示意图；
图8是本发明在汽车碰撞事故再现模拟仿真试验的示意图；
其中，附图标记说明如下：
11-车架
12-轮胎
13-安装板
14-上蜂窝吸能块
15-下蜂窝吸能块
41-被撞击的试验车辆
具体实施方式
本发明的汽车碰撞仿真分析的多功能可移动壁障及建模方法，是以Ls-Dyna、Hypermesh等正版软件作为平台而开发出的。在建模过程当中，将可移动壁障的重心位置、质量、碰撞角度、碰撞速度、蜂窝吸能块的刚度都进行参数化设计，根据可移动壁障的用途输入相应数据，可直接进入软件程序计算得到相应的结果。本发明在碰撞模拟仿真分析计算当中可提高计算精度和分析可靠性，并且提高计算收敛性和缩短计算时间，有利于定义接触，可防止在碰撞模拟仿真分析计算当中出现死机或退出计算等现象。随着我国汽车产业的迅速发展和国家对汽车自主研发的日益重视，本发明对提高我国汽车自主研发能力有巨大意义。汽车碰撞仿真分析的多功能可移动壁障既能作为多种汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验的碰撞台车使用，又能作为汽车交通事故再现的模拟仿真试验的肇事车辆使用。
图1是本发明的建模和使用流程示意图。如图所示，本发明的汽车碰撞的多功能仿真分析方法的具体建立模型过程如下：
步骤101、建立车架、轮胎、安装板模型，采用参数化设计，将车架长、宽、前后轮距、轴距、轮胎直径、安装板长与宽都设置为具体的参数，将车架、轮胎、安装板定义为刚体，即在碰撞过程中不发生变形和相对的位置移动。
步骤102、建立上下蜂窝吸能块模型，采用蜂窝材料建立，将上下蜂窝吸能块模型长、宽、上蜂窝吸能块厚度、下蜂窝吸能块厚度、单元尺寸和蜂窝吸能块的刚度设置为相关参数。
步骤103、将可移动壁障的质量和质心位置设置为相关参数。
步骤104、定义蜂窝吸能块的接触关系为面对面接触，蜂窝吸能块安装在安装面上，采用无质量点焊连接。
步骤105、检查自动接触定义，防止出现单元干涉或出现负质量。
步骤106、定义材料特性和各接触面的摩擦系数，将车轮与地面的滑动摩擦系数、蜂窝吸能块与车体摩擦系数设置为相关参数。
步骤107、利用所述可移动壁障仿真待测车辆来进行车辆的各种碰撞测试分析。
图2是本发明做多种汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验的流程示意图；如图所示，所述的可移动壁障做欧洲ECE R95标准或美国FMVSS 214标准或中国的侧面碰撞模拟仿真试验，具体使用过程如下：
步骤201、根据所选择的欧洲ECE R95标准或美国FMVSS 214标准或中国的侧面碰撞标准的具体要求，输入可移动壁障的长、宽、前后轮距、轴距、轮胎直径、安装板长与宽；根据所选择标准法规的具体要求，输入上下蜂窝吸能块的长、宽、厚度和单元尺寸。
步骤202、根据所选择的标准的具体要求，输入可移动壁障的碰撞位置、碰撞高度和碰撞速度。
步骤203、定义可移动壁障与汽车撞击面的接触间隙。
步骤204、进入Ls-Dyna软件里进行模拟仿真试验，根据输出结果得到碰撞加速度，人受伤害的各项指标，分析汽车侧面碰撞性能。
图3是本发明做汽车交通事故再现的模拟仿真试验的流程示意图；如图所示，可移动壁障作为汽车交通事故再现的模拟仿真试验的肇事车辆使用，具体使用过程如下：
步骤301、根据汽车事故调查，将肇事车辆保险杆高度定义蜂窝吸能块的碰撞高度H，并根据车型的碰撞刚度来定义蜂窝吸能块的刚度k。
步骤302、根据汽车事故调查，将肇事车辆具体测量数据来定义可移动壁障的外形尺寸、质量M和质心位置(X，Y，Z)。
步骤303、根据事故现场对肇事车辆调查，定义可移动壁障的碰撞位置、碰撞角度、碰撞方向和碰撞速度V。
步骤304、进入Ls-Dyna软件里进行模拟仿真试验，根据输出结果，分析汽车碰撞事故发生的原因，分析乘员受伤的原因。
以下根据某十字路口发生的一起汽车碰撞事故进行鉴定，具体考虑碰撞车辆有没有超速行驶，并且对肇事车辆的碰撞速度进行鉴定，以便于划分事故责任，并将图3流程具体化如下：
1)首先交警对事故现场进行实际调查，根据动量守恒公式计算出肇事车辆的碰撞速度，但双方对碰撞速度都产生争议，采用汽车碰撞事故再现模拟仿真分析的方法进行鉴定
2)根据肇事车辆的车型尺寸，将肇事车辆简化成碰撞台车，设定车长为4.8米，宽1.8米，高1.65米，重量为1.6吨。
3)根据汽车事故调查，将肇事车辆保险杆高度定义蜂窝吸能块的碰撞高度H，并根据车型的碰撞刚度来定义蜂窝吸能块的刚度k。
4)根据汽车事故调查，将肇事车辆具体测量数据来定义可移动壁障的外形尺寸、质量和质心位置(X，Y，Z)。
5)根据事故现场对肇事车辆调查，定义可移动壁障的碰撞位置、碰撞角度、碰撞方向，再根据动量守恒公式计算出的速度V做为肇事车辆的碰撞速度。
6)建立被撞击车辆的模型。
7)进入Ls-Dyna软件里进行模拟仿真试验，根据输出结果，分析汽车碰撞事故发生的原因，分析乘员受伤的原因。
以下再根据某十字路口发生的一起汽车碰撞事故，将图3流程具体化如下：
利用本方法进行鉴定，具体考虑碰撞车辆是否超速行驶，双方司机是否违规驾驶，并且对肇事车辆的碰撞速度进行鉴定，以便于划分事故责任，具体如下：
1)首先交警对事故现场进行勘查，量出刹车滑痕距离，碰撞角度，根据动量守恒公式计算出双方车辆的碰撞速度，并以此为事故责任划分的依据。但双方对碰撞速度都产生争议，采用汽车碰撞事故再现模拟仿真分析的方法进行鉴定。
2)根据肇事车辆卡车的车型尺寸，因为只有其前部轻微变形，而车身其它部分没有发生任何变形，可将卡车简化成碰撞台车，设定卡车质量为16吨(包括货物质量)。
3)根据汽车事故勘查结果，将卡车保险杆高度定义蜂窝吸能块的碰撞高度H，设置为0.6米，碰撞宽度设置为2.4米，并根据卡车前部保险杆的碰撞刚度来定义蜂窝吸能块的刚度k，设置为200KN/m(千牛每米)。
4)根据汽车事故调查，将肇事车辆卡车具体测量数据来定义可移动壁障的质心位置(X，Y，Z)，设置为(6，0，1.6)。
5)根据事故现场对肇事车辆勘查，定义可移动壁障的碰撞位置、碰撞角度、碰撞方向，再根据动量守恒公式计算出的速度V，设置为20m/s(72公里每小时)做为肇事车辆卡车的碰撞速度。
6)建立被撞击车辆小面包车的模型，输入碰撞角度为105度，碰撞速度为15m/s(54公里每小时)。
7)定义接触类型为自动面对面接触，防止出现单元干涉或出现负质量；定义材料特性和各接触面的摩擦系数，设置为0.2；将车轮与地面的滑动摩擦系数，设置为0.25；蜂窝吸能块与车体摩擦系数，设置为0.18。
8)进入Ls-Dyna软件里进行模拟仿真试验，根据输出结果，根据输出结果与实际交通事故现场反复比对，得出分析结果。
9)再重复做几次碰撞试验，速度设定为几种极限情况，分析在这几种特殊情况下的结果，与事故现场反复对比。
10)根据分析结果，认为卡车超速行驶，卡车负主要责任。
图4是多功能可移动壁障模型结构示意图，图5是本发明的上蜂窝吸能块和下蜂窝吸能块结构示意图，图6是本发明在汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验计算前的示意图，图7是本发明在汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验计算后的示意图，图8是本发明在汽车碰撞事故再现模拟仿真试验的示意图。
如图，本发明中的车架11、轮胎12、安装板13定义为刚体，在碰撞过程中不发生变形，轮胎12固定在车架11的两边，安装板13固定在车架11的前端，并且车架11、轮胎12、安装板13耦合为一体，在碰撞过程中不发生三者之间的相对位移，轮胎12与地面的摩擦系数定义为轮胎12与地面的滚动摩擦系数。上蜂窝吸能块14和下蜂窝吸能块15分别由三块小吸能块拼接组成，固定在安装板13前端。在图6和图7汽车侧面碰撞仿真试验过程当中，上蜂窝吸能块14和下蜂窝吸能块15与试验车辆41侧面定义面对面接触，并且上蜂窝吸能块14和下蜂窝吸能块15发生塑性变形，吸收部分碰撞能量，而车架11、轮胎12、安装板13不发生变形。本发明在图6和图7的汽车侧面碰撞仿真分析中，因为上蜂窝吸能块14和下蜂窝吸能块15的网格单元尺寸小于10mm，提高了仿真分析的精度和数值可靠性；不变形区域的网格单元尺寸较大，节省了单元数，能提高计算收敛性和缩短计算时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依发明所作的等效变化与修改，都被发明的专利范围所涵盖。
Claims (10)
1、一种汽车碰撞的多功能仿真分析方法，其特征在于，包括：建立可移动壁障模型，将可移动壁障的车架、轮胎、安装板定义为不发生变形和相对位移的刚体，将可移动壁障的上、下蜂窝吸能块的模型建立在所述安装板上，并将所述可移动壁障的相关尺寸设置为具体的模型参数，将实际车辆的车辆参数对应带入到所述可移动壁障的模型参数中，从而利用所述可移动壁障仿真所述待测车辆来进行车辆的各种碰撞测试分析。
2、根据权利要求1所述的多功能仿真分析方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤一、建立可移动壁障的车架、轮胎、安装板模型，将所述车架、轮胎、安装板定义为不发生变形和相对位移的刚体，将可移动壁障的相关尺寸设置为具体的尺寸模型参数；
步骤二、建立可移动壁障的上、下蜂窝吸能块模型，将吸能块的相关尺寸设置为吸能块模型参数；
步骤三、将可移动壁障的质量和质心位置设置为质量模型参数和质心模型参数；
步骤四、定义蜂窝吸能块的接触关系和各接触面的摩擦系数；
步骤五、对应所述可移动壁障的各模型参数测量待测车辆的实际车辆参数，将所述实际车辆参数对应带入到所述可移动壁障的各模型参数，从而利用所述可移动壁障仿真所述待测车辆来进行车辆的各种碰撞测试分析。
3、根据权利要求2所述的多功能仿真分析方法，其特征在于，在所述步骤四之后，还包括：定义所述蜂窝吸能块为采用无质量点焊连接安装在所述安装面上，检查自动接触定义，防止出现单元干涉或出现负质量。
4、根据权利要求2所述的多功能仿真分析方法，其特征在于，所述尺寸模型参数包括：车架的长、宽、前后轮距、轴距、轮胎直径以及安装板的长与宽。
5、根据权利要求2所述的多功能仿真分析方法，其特征在于，所述吸能块模型参数包括：吸能块的长、宽、上蜂窝吸能块厚度、下蜂窝吸能块厚度、单元尺寸和蜂窝吸能块的刚度。
6、根据权利要求2所述的多功能仿真分析方法，其特征在于，所述碰撞测试分析为欧洲ECE R95标准汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验，具体包括：从所述模型参数中选择该欧洲标准需要的模型参数输入到该欧洲标准的测试模块中，并进一步输入可移动壁障的碰撞位置、碰撞高度和碰撞速度，根据该欧洲标准的测试模块的输出结果得到碰撞加速度和人受伤害的各项指标，从而分析汽车侧面碰撞性能。
7、根据权利要求2所述的多功能仿真分析方法，其特征在于，所述碰撞测试分析为美国FMVSS 214标准汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验，具体包括：从所述模型参数中选择该美国标准需要的模型参数输入到该美国标准的测试模块中，并进一步输入可移动壁障的碰撞位置、碰撞高度和碰撞速度，定义并输入可移动壁障与汽车撞击面的接触间隙，根据该美国标准的测试模块的输出结果得到碰撞加速度和人受伤害的各项指标，从而分析汽车侧面碰撞性能。
8、根据权利要求2所述的多功能仿真分析方法，其特征在于，所述碰撞测试分析为中国《汽车侧面碰撞的乘员保护》汽车侧面法规碰撞模拟仿真试验。
9、根据权利要求2所述的多功能仿真分析方法，其特征在于，所述碰撞测试分析为汽车交通事故再现的模拟仿真试验，具体包括：根据汽车事故调查，将肇事车辆保险杆高度定义为蜂窝吸能块的碰撞高度，根据车型的碰撞刚度来定义蜂窝吸能块的刚度；根据肇事车辆的具体测量数据来定义可移动壁障的外形尺寸、质量和质心位置；根据事故现场对肇事车辆调查，定义可移动壁障的碰撞位置、碰撞角度、碰撞方向和碰撞速度；将以上所定义的参数输入到测试模块中，根据测试模块的输出结果，分析汽车碰撞事故发生的原因，分析乘员受伤的原因。
10、一种用于汽车碰撞的多功能仿真分析的可移动壁障，其特征在于，包括车架、安装在所述车架的轮胎、安装在所述车架前端的安装板以及安装在所述安装板上的上、下蜂窝吸能块；
所述可移动壁障的建模模型的车架、轮胎、安装板定义为不发生变形和相对位移的刚体，将可移动壁障的上、下蜂窝吸能块的模型建立在所述安装板上，并将所述可移动壁障的相关尺寸设置为具体的模型参数，将实际车辆的车辆参数对应带入到所述可移动壁障的模型参数中，从而利用所述可移动壁障仿真所述待测车辆来进行车辆的各种碰撞测试分析。
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Assignee: BEIJING FOTON DAIMLER AUTOMOTIVE CO., LTD. Assignor: Beiqi Futian Automobile Co., Ltd. Contract record no.: 2012990000022 Denomination of invention: Multifunctional simulation analytical method for automobile collision and movable counterguard Granted publication date: 20091118 License type: Common License Open date: 20070912 Record date: 20120118 |
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