CN103017722A - 一种基于cae的正面碰撞仿真测量车身变形量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于CAE的正面碰撞仿真测量车身变形量的方法。根据车身结构建立模型后，在车身后部地板纵梁上选取不变形区域的一个点为基础，创建一个三个方向的刚性梁单元，在前围挡板、A柱、IP横梁及转向管柱上分别选取若干测量目标点，在测量目标点和梁单元的原点之间设置三向弹簧单元，根据试验需要加载碰撞条件进行碰撞仿真，对碰撞后模型的每个测量目标点输出三向弹簧单元的各向变形量。本发明能利用计算机仿真模拟碰撞后前围挡板、A柱、IP横梁及转向管柱的变形量，评估车身结构是否满足设计要求，减少车辆设计过程中的试验成本。

Description

一种基于CAE的正面碰撞仿真测量车身变形量的方法
技术领域
本发明涉及一种计算机辅助设计领域，具体地说是一种基于CAE的正面碰撞仿真测量车身变形量的方法。
技术背景
正面碰撞试验是汽车车身结构检验的必须项目，以正面碰撞中的偏置碰撞为例，偏置碰撞侧重于车身结构的考核，由于车辆前端只有一侧参与碰撞，并吸收能量，因此，车身前部结构变形较大，乘员舱侵入会造成车内乘员严重伤害。偏置碰撞主要考察乘员舱结构完整性，具体评价指标是前围挡板、A柱后移量、IP横梁的后移量及转向管柱的后移量和上移量。如果制作试验用车进行试验，测试中需在车内安置假人，一次试验的成本很高。在车辆结构设计过程中采用计算机进行仿真模拟碰撞，并模拟得到车身变形量数据，可以评价各种结构、材料对车身结构强度的影响，并排除很大一部分的结构设计缺陷，减少试验车试验次数，降低试验成本。而在进行在碰撞仿真中，如何合理并有效的测量目标侵入量尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于针对汽车正面碰撞试验试验成本高的问题，提供一种基于CAE的正面碰撞仿真测量车身变形量的方法，对车身结构设计进行仿真验证，减少试验成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于CAE的正面碰撞仿真测量车身变形量的方法，具有以下步骤：
a、根据车身结构建立模型；
b、在车身后部地板纵梁上选取不变形区域的一个点为基础，创建一个三个方向的刚性梁单元，梁单元的方向与整车坐标系一致，并与附近地板上的节点连接，在梁单元上建立一个向量坐标系，梁单元的X、Y、Z方向与该向量坐标系的X、Y、Z方向一致；
c、在前围挡板、A柱、IP横梁及转向管柱上分别选取若干测量目标点，在测量目标点和梁单元的原点之间设置三向弹簧单元，所述三向弹簧单元包括三根弹簧，三根弹簧分别单一计量X、Y、Z方向的变形量；
d、根据试验需要加载碰撞条件进行碰撞仿真，对碰撞后模型的每个测量目标点输出三向弹簧单元的各方向的变形量。
正面碰撞中，汽车后侧的地板纵梁可认为是相对不动的点，在后侧地板纵梁选取固定点建立相对不动的坐标系，其中，车身前后方向为X向、车身左右方向为Y向，车身上下方向为Z向。并采用三向弹簧计量碰撞前后车身测量目标点相对坐标系原点的变形，可以根据变形量评估车身结构是否满足设计要求。
作为优选，所述步骤c中前围挡板的测量目标点至少为三点，分别选取离合器踏板、刹车踏板、油门踏板在前围挡板上的投影点。上述三个点为碰撞中前围挡板变形最具代表性的点，能反应出前围挡板变形对驾驶室的侵入量。
作为优选，所述离合器踏板、刹车踏板、油门踏板在前围挡板上的投影点的上方和下方分别等间距选择另外的测量目标点。在离合器踏板、刹车踏板、油门踏板在前围挡板上的投影点上下选取更多的测量目标点，可以使仿真数据更加完整反应前围挡板整体的变形情况。
作为优选，所述c步骤中单根A柱上选取测量点至少为三点，分别位于前车门上铰链处、前车门下铰链处以及前车门上下铰链中间点。A柱的变形量可以评估正面碰撞对车门变形的影响，A柱变形量小，则车门在碰撞后卡死难以打开的可能性越小。
作为优选，所述c步骤中IP横梁上等间距选取测量目标点，所述相邻测量目标点间距不超过200mm。IP横梁上等距选点，可以反应不同碰撞位置时，IP横梁变形的整体趋势，可以有效地指导车身结构改进。
作为优选，所述c步骤中转向管柱测量目标点选取为方向盘中心与转向管柱的对应点。转向管柱测量目标点可以反应方向盘中心在碰撞后的位移，评估碰撞后方向盘中心安全气囊位置能否保证在设计方位内，为乘员提供有效保护。
作为优选，所述c步骤中前围挡板、A柱、IP横梁上的测量目标点仅激活三向弹簧中计量X方向变形量的弹簧，转向管柱上的测量目标点仅激活计量X、Z方向变形量的弹簧。正面碰撞试验中，偏置碰撞主要考察乘员舱结构完整性，具体评价指标是前围挡板、A柱后移量、IP横梁的后移量及转向管柱的后移量和上移量，因此可根据需要冻结一些方向的弹簧，减少数据输出，提高仿真运算效率。
本发明提供一种基于CAE的正面碰撞仿真测量车身变形量的方法，能利用计算机仿真模拟碰撞后前围挡板、A柱、IP横梁及转向管柱的变形量，评估车身结构是否满足设计要求，减少车辆设计过程中的试验成本。
附图说明
图1是本发明整车结构中前围挡板及转向管柱上测量目标点选取示意图。
图2是本发明前围挡板上测量目标点选取示意图。
图3是本发明图1中前围挡板上测量目标点的X向侵入量及转向管柱上测量目标点的Z向侵入量测量结果图。
图中：1.前围挡板，2.转向管柱，3.A柱，4.三向弹簧单元。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。
实施例：一种基于CAE的正面碰撞仿真测量车身变形量的方法，步骤如下：
a、根据车身结构建立模型；
b、在车身后部地板纵梁上选取不变形区域的一个点为基础，创建一个三个方向的刚性梁单元，梁单元的方向与整车坐标系一致，并与附近地板上的节点连接，在梁单元上建立一个向量坐标系，梁单元的X、Y、Z方向与该向量坐标系的X、Y、Z方向一致；
c、在前围挡板、A柱、IP横梁及转向管柱上分别选取若干测量目标点，在测量目标点和梁单元的原点之间设置三向弹簧单元4，所述三向弹簧单元包括三根弹簧，三根弹簧分别单一计量X、Y、Z方向的变形量；
d、在驾驶室一侧前方做64km/h的偏置碰撞仿真，对碰撞后模型的每个测量目标点输出三向弹簧单元4中各方向的变形量，其中，前围挡板1、A柱3、IP横梁可仅对X向的弹簧变形数据进行评估，而转向管柱2则对X、Z向变形数据进行评估。
如图1、图2所示，前围挡板1上选取三个点，分别为离合器踏板、刹车踏板、油门踏板在前围挡板上的投影点，依次标记为A点、B点、C点。转向管柱2上选取方向盘中心顺着方向盘轴在转向管柱2上的投影点作为测量目标点，标记为D点。
图上未标记的测量目标点点还包括：在A柱3上分别选取前车门上铰链处、前车门下铰链处以及前车门上下铰链中间点作为测量目标点，在IP横梁上以150mm等间距选取测量目标点。
图3中四条曲线从上到下依次为图1中A、B、C三点的X向侵入量及D点的Z向侵入量与时间的关系图，根据仿真结果，可以得到与图3类似的各个测量目标点各向的侵入量数据图表，对车身结构进行评估。

Claims (7)

1. 一种基于CAE的正面碰撞仿真测量车身变形量的方法，其特征在于：具有以下步骤：
a、根据车身结构建立模型；
b、在车身后部地板纵梁上选取不变形区域的一个点为基础，创建一个三个方向的刚性梁单元，梁单元的方向与整车坐标系一致，并与附近地板上的节点连接，在梁单元上建立一个向量坐标系，梁单元的X、Y、Z方向与该向量坐标系的X、Y、Z方向一致；
c、在前围挡板、A柱、IP横梁及转向管柱上分别选取若干测量目标点，在测量目标点和梁单元的原点之间设置三向弹簧单元，所述三向弹簧单元包括三根弹簧，三根弹簧分别单一计量X、Y、Z方向的变形量；
d、根据试验需要加载碰撞条件进行碰撞仿真，对碰撞后模型的每个测量目标点输出三向弹簧单元的各向变形量。
2.根据权利要求1所述的一种基于CAE的正面碰撞仿真测量车身变形量的方法，其特征在于：所述步骤c中前围挡板的测量目标点至少为三点，分别选取离合器踏板、刹车踏板、油门踏板在前围挡板上的投影点。
3.根据权利要求2所述的一种基于CAE的正面碰撞仿真测量车身变形量的方法，其特征在于：所述离合器踏板、刹车踏板、油门踏板在前围挡板上的投影点的上方和下方分别等间距选择另外的测量目标点。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种基于CAE的正面碰撞仿真测量车身变形量的方法，其特征在于：所述c步骤中单根A柱上选取测量点至少为三点，分别位于前车门上铰链处、前车门下铰链处以及前车门上下铰链中间点。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于CAE的正面碰撞仿真测量车身变形量的方法，其特征在于：所述c步骤中IP横梁上等间距选取测量目标点，所述相邻测量目标点间距不超过200mm。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种基于CAE的正面碰撞仿真测量车身变形量的方法，其特征在于：所述c步骤中转向管柱测量目标点选取为方向盘中心与转向管柱的对应点。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种基于CAE的正面碰撞仿真测量车身变形量的方法，其特征在于：所述c步骤中前围挡板、A柱、IP横梁上的测量目标点仅激活三向弹簧中计量X方向变形量的弹簧，转向管柱上的测量目标点仅激活计量X、Z方向变形量的弹簧。
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