CN108229079A - 车辆的车体和约束系统匹配的设计方法和车辆 - Google Patents

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郭鹏伟
陈伟刚
魏洪革
刘雪慧
张月佳
王俊青
曲恒伟
闵瑞
石刚
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Abstract

本发明公开了一种车辆的车体和约束系统匹配的设计方法和车辆，包括以下步骤：将车辆的车体前舱与车体分别作为一维线性弹簧质量模型中的弹簧和质量块，将约束系统和乘员分别作为一维线性弹簧质量模型中的弹簧和质量块，根据弹簧质量系统特性，可得正碰时的车体最大动态位移量和正碰时的乘员最大动态位移量，进而可以得正碰时的乘员相对车体的最大位移量。分析多组已有车辆的正碰数据，在坐标系中获取车体最大动态位移量和乘员相对车体最大位移量的线性方程。模拟设计车辆的约束系统与上述线性方程的关系，在线性方程直线上方，不满足要求，调整约束系统；在方程直线上或下方，满足要求。由此，可以减少匹配工作的工作量，缩短整车安全的研发周期。

Description

车辆的车体和约束系统匹配的设计方法和车辆
技术领域
本发明涉及车辆制造领域，具体而言，涉及一种车辆的车体和约束系统匹配的设计方法和车辆。
背景技术
目前，车辆的设计过程中，车辆的安全性是整车厂的核心设计内容。相关技术中，在车辆的约束系统和车体结构的匹配关系上还存在不足，不能根据设计初期的车体结构评估较为匹配的约束系统的参数，进而增加后期的匹配工作的工作量，需要进行较多的试验而获得理想的结果。这样不仅浪费资源，而且会延长整车安全的研发周期。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种车辆的车体和约束系统匹配的设计方法和车辆，所述车辆的车体和约束系统匹配的设计方法可以有效地加快车辆的开发进度。
本发明还提出一种车辆，所述车辆采用上述的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法设计。
根据发明第一方面实施例的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法，包括以下步骤：
将车辆的车体前舱与车体分别作为一维线性弹簧质量模型中的弹簧和质量块，根据弹簧质量系统特性，可得正碰时的车体最大动态位移量，其中，t1,t2是其波形起止时刻；t1<t2，单位为s，A为T1的幅值，单位为m/s2；
将约束系统和乘员分别作为一维线性弹簧质量模型中的弹簧和质量块，根据弹簧质量系统特性，可得正碰时的乘员最大动态位移量，其中，t3为预紧安全带的起爆时刻后导致乘员加速度上升的时刻，t4为乘员胸部加速度归零时刻，B为T2的幅值，单位为m/s2；
根据上述公式，可得正碰时的乘员相对车体的最大位移量：
分析多组已有车辆的正碰数据，在坐标系中获取车体最大动态位移量和乘员相对车体最大位移量的线性方程y＝Cx+D；
模拟设计车辆的约束系统与上述线性方程的关系，在线性方程直线上方，不满足要求，调整约束系统；在方程直线上或下方，满足要求。
根据本发明实施例的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法，在车体设计初期，通过模拟在车辆发生正碰时乘员相对车体的位移，可以得到多组参数，并获取车体最大动态位移量和乘员相对车体最大位移量的线性方程，进而将乘员的实际位移与线性规律比较，进而可了解车体和约束系统是否符合设计需求，有效地减少匹配工作的工作量，节省开发资源，缩短整车安全的研发周期。
根据本发明的一些实施例，230m/s2≤A≤270m/s2。
根据本发明的一些实施例，A＝250m/s2。
根据本发明的一些实施例，260m/s2≤B≤300m/s2。
根据本发明的一些实施例，B＝280m/s2。
根据本发明的一些实施例，-0.53≤C≤-0.33。
根据本发明的一些实施例，C＝-0.43。
根据本发明的一些实施例，D＝0.56。
根据本发明的一些实施例，所述约束系统包括：安全带和安全气囊。
根据本发明第二方面实施例的车辆，采用上述的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法设计。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的某车型正碰加速度X方向波形；
图2是根据本发明实施例的驾驶员胸部X方向加速度；
图3是根据本发明实施例的车体碰撞波形和正弦模拟函数；
图4是根据本发明实施例的车体速度与余弦模拟函数；
图5是根据本发明实施例的车体动态位移与正弦模拟函数；
图6是根据本发明实施例的驾驶员胸部加速度与正弦模拟函数；
图7是根据本发明实施例的驾驶员速度与余弦模拟函数；
图8是根据本发明实施例的驾驶员位移与正弦模拟函数；
图9是根据本发明实施例的驾驶员相对车体位移；
图10是根据本发明实施例的车体结构设计与约束系统匹配原理图；
图11是根据本发明实施例的车体结构和约束系统耦合的弹簧质量模型；
图12是根据本发明实施例的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参照图1-图12描述根据本发明实施例的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法。
根据本发明实施例的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法，包括以下步骤：将车辆的车体前舱与车体分别作为一维线性弹簧质量模型中的弹簧和质量块，根据弹簧质量系统特性，可得正碰时的车体最大动态位移量，其中，t1,t2是其波形起止时刻；t1<t2，单位为s，A为T1的幅值，单位为m/s2。
进一步地，根据弹簧质量系统特性，可以得到： 如图3所示，t1为波形零时刻，t2为加速度归零时刻，就车体波形而言，对车体波形进行积分两次，可以得到车体位移减速度以及位移公式：
和
从而可得到
其中t1＜t＜t2，单位为s。进而可以得到车体速度与余弦模拟函数(参照图4)和车体动态位移与正弦模拟函数(参照图5)。
参照图11，将约束系统和乘员分别作为一维线性弹簧质量模型中的弹簧和质量块，根据弹簧质量系统特性，可得正碰时的乘员最大动态位移量，
其中，t3为预紧安全带的起爆时刻后导致乘员加速度上升的时刻，t4为乘员胸部加速度归零时刻，B为T2的幅值，单位为m/s2。
需要说明的是，图11中的m模拟乘员，M模拟车体。其中，车体包括车体前舱，而且与m和M相连的弹簧为分别与其对应的模拟车辆发生正碰时受到作用力的等效弹簧。
进一步地，如图6所示，可以得到乘员X向胸部加速度。根据弹簧质量系统特性，可以得到：
其中，在约束系统中，t3为预紧安全带的起爆时刻后明显导致胸部加速度上升的时刻，t4为胸部加速度的归零时刻，并对其进行积分，可以得到乘员位移减速度以及位移公式：Velocity和 从而可以得到
进而可以驾驶员速度与余弦模拟函数(参照图7)和驾驶员位移与正弦模拟函数(参照图8)
根据上述公式，可得正碰时的乘员相对车体的最大位移量：
进一步地，也可以得到如图9所示的驾驶员相对车体位移的示意图。
分析多组已有车辆的正碰数据，在坐标系中获取车体最大动态位移量和乘员相对车体最大位移量的线性方程y＝Cx+D；
模拟设计车辆的约束系统与上述线性方程的关系(参照图10)，将驾驶员实际相对车体的位移与线性方程中的线性规律比较，在线性方程直线上方，不满足要求，调整约束系统；在方程直线上或下方，满足要求。
需要说明的是，在试验过程中，暂不考虑阻尼和摩擦因素等的影响，而且在实际正碰的关键时期认为乘员相对车体未发生转动，仅存在沿着车体X方向的移动。
根据本发明实施例的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法，在车体设计初期，通过模拟在车辆发生正碰时乘员相对车体的位移，可以得到多组参数，并获取车体最大动态位移量和乘员相对车体最大位移量的线性方程，进而将乘员的实际位移与线性规律比较，进而可了解车体和约束系统是否符合设计需求，有效地减少匹配工作的工作量，节省开发资源，缩短整车安全的研发周期。
在本发明的一个具体的实施例中，根据几款CNCAP中高星级车的正碰数据分析得出如下表格1：
在本发明的实施例中，通过调整车体最大位移量可以得到：230m/s2≤A≤270m/s2。
参照表格1，在本发明一个具体的实施例中，以某一车型数据为例，通过调整车体最大位移量可以得到：A＝250m/s2。
在本发明的实施例中，通过调整驾驶员最大位移量可以得到：260m/s2≤B≤300m/s2。
参照表格1，在本发明一个具体的实施例中，以某一车型数据为例，通过调整驾驶员最大位移量可以得到B＝280m/s2。
在本发明的实施例中，通过对得到数据进行线性回归分析，可以得到线性回归模型中-0.53≤C≤-0.33。
参照表格1，在本发明一个具体的实施例中，通过对得到数据进行线性回归分析，可以得到线性回归模型中C＝-0.43。
在本发明进一步的实施例中，通过对得到数据进行线性回归分析，可以根据已知的C值得到D值，当C＝-0.43时，可以得到D＝0.56。进而得到线性回归模型y＝-0.43x+0.56。
进一步地，如图10所示，可将实际试验得到的参数与线性回归模型比较，进而可了解车体结构是否符合设计需求，在安全性能提高的同时，缩短车辆安全开发周期。
具体地，当匹配点在直线上或直线以下的区域时，说明初步选定的约束系统参数与车体的结构设计匹配度较高，后期进行细节设计即可；当匹配点在直线以上的区域，说明初步选定的约束系统参数不合适，需要对其进行调整，通过约束系统的仿真软件进行参数的优化匹配，进而降低匹配点，使得约束系统参数与车体的结构设计匹配度提升。
在本发明的实施例中，约束系统包括安全带和安全气囊。其中，安全带和安全气囊在车辆发生正碰时可以给予驾驶员或成员有效地保护，进而需要对安全带的参数(如：预紧时刻，安全带限力等级等)和安全气囊的参数(如起爆时刻，气囊容积等)进行评估。从而可以更加全面地对车辆安全性能进行提高。
根据本发明实施例的车辆，采用上述的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法，从而可以在车体设计的初期对车体和约束系统之间的关系进行合理的开发，在地高安全性能的同时，有效地减少匹配工作的工作量，而且可以节省开发资源，缩短整车安全的研发周期。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种车辆的车体和约束系统匹配的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
将车辆的车体前舱与车体分别作为一维线性弹簧质量模型中的弹簧和质量块，根据弹簧质量系统特性，可得正碰时的车体最大动态位移量， 其中，t1,t2是其波形起止时刻；t1<t2，单位为s，A为T1的幅值，单位为m/s2；
将约束系统和乘员分别作为一维线性弹簧质量模型中的弹簧和质量块，根据弹簧质量系统特性，可得正碰时的乘员最大动态位移量，其中，t3为预紧安全带的起爆时刻后导致乘员加速度上升的时刻，t4为乘员胸部加速度归零时刻，B为T2的幅值，单位为m/s2；
根据上述公式，可得正碰时的乘员相对车体的最大位移量：
分析多组已有车辆的正碰数据，在坐标系中获取车体最大动态位移量和乘员相对车体最大位移量的线性方程y＝Cx+D；
模拟设计车辆的约束系统与上述线性方程的关系，在线性方程直线上方，不满足要求，调整约束系统；在方程直线上或下方，满足要求。
2.根据权利要求1所述的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法，其特征在于，230m/s2≤A≤270m/s2。
3.根据权利要求2所述的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法，其特征在于，A＝250m/s2。
4.根据权利要求1所述的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法，其特征在于，260m/s2≤B≤300m/s2。
5.根据权利要求4所述的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法，其特征在于，B＝280m/s2。
6.根据权利要求1所述的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法，其特征在于，-0.53≤C≤-0.33。
7.根据权利要求6所述的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法，其特征在于，C＝-0.43。
8.根据权利要求7所述的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法，其特征在于，D＝0.56。
9.根据权利要求1所述的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法，其特征在于，所述约束系统包括：安全带和安全气囊。
10.一种车辆，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的车辆的车体和约束系统匹配的设计方法。
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