CN109871555B - 一种汽车仪表板的简化建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种汽车仪表板的简化建模方法。所述方法包括：通过删除部件对完整的仪表板进行结构简化，得到简化的仪表板；将简化的仪表板划分为上部分和下部分，上部分为人体腿部不能接触到的部分，下部分为人体腿部能够接触到的部分；根据仪表板的结构特性，将所述下部分划分成不同的区域；对简化的仪表板进行建模，对所述上部分的部件单独进行刚度特性设置，对所述下部分的各个区域单独进行刚度特性设置。本发明通过简化仪表板的结构和划分区域，简化了仪表板模型，提高了建模速度；通过将仪表板划分为不同的部分和区域，并对不同的部分和区域进行刚度特性设置，使所建仪表板模型能够准确模拟人体腿部与仪表板的接触响应过程。

Description

一种汽车仪表板的简化建模方法

技术领域

本发明属于汽车乘员约束系统技术领域，具体涉及一种汽车仪表板的简化建模方法。

背景技术

汽车乘员约束系统是汽车被动安全性领域的主要研究内容之一。约束系统的仿真主要用于模拟整车碰撞试验中假人的损伤情况，约束系统仿真模型主要由乘员舱、仪表板、座椅、方向盘、安全带、气囊、假人等组成。目前，约束系统的建模方法主要包括以下两种：

第一种方法是利用LS-DYNA软件建立约束系统仿真模型，其中仪表板模型如图1所示。利用第一种方法建立仪表板模型的缺点是：仪表板的建模需要完整的仪表板数据，在项目开发中，往往需要所有内饰数据确定后才能开始建立模型，导致约束系统的仿真工作滞后，跟不上项目开发的节拍；由于仪表板数据特征复杂、筋条多、厚度变化不均，导致仪表板建模的工作量大，需要花费大量的人力和时间。同时模型的网格尺寸小、网格数量多，导致整个约束系统模型计算时间长，不利于约束系统的快速匹配。

第二种方法是利用Madymo软件建立约束系统仿真的多刚体模型，其中仪表板模型如图2所示。利用第二种方法建立仪表板模型的缺点是：由于多刚体仪表板模型为刚体，碰撞中不会发生变形，假人腿部的受力通过设置腿部与仪表板的接触刚度来体现，无论腿部接触到仪表板上的任何位置，腿部的受力均相同，因此不能模拟腿部与仪表板的接触响应过程，不利于腿部损伤分析；另外，由于多刚体仪表板模型为刚体，碰撞中不会发生变形，无法模拟真实仪表板的型面、材料、厚度及安装结构特征对仪表板刚度的影响，从而无法判断仪表板刚度设计是否合理并给出指导意见。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种汽车仪表板的简化建模方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种汽车仪表板的简化建模方法，包括：

通过删除部件对完整的仪表板进行结构简化，得到简化的仪表板；

将简化的仪表板划分为上部分和下部分，上部分为人(驾驶员或副驾驶侧的乘员)体腿部不能接触到的部分，下部分为人体腿部能够接触到的部分；

根据仪表板的结构特性，将所述下部分划分成不同的区域；

对简化的仪表板进行建模，对所述上部分的部件单独进行刚度特性设置，对所述下部分的各个区域单独进行刚度特性设置。

进一步地，所述通过删除部件对完整的仪表板进行结构简化，具体包括：

从完整的仪表板中去掉除仪表板表面和储物盒外的其它部件。

进一步地，所述根据仪表板的结构特性，将仪表板的下部分划分成不同的区域，具体包括：

将驾驶侧的护膝板划分为4个区域，将副驾驶侧的储物盒和护膝板部分划分为3个或4个区域。

进一步地，所述刚度特性包括材料参数和厚度。

进一步地，所述方法还包括：通过比较仿真结果和碰撞试验结果校准仪表板的模型。

更进一步地，所述通过比较仿真结果和碰撞试验结果校准仪表板的模型，具体包括：

根据碰撞试验中假人的膝盖接触点位置调整仿真时的膝盖接触点位置；

比较仿真和碰撞试验得到的大腿受力的大小，根据比较结果调整各个划分区域的刚度特性，使仿真和碰撞试验得到的大腿受力大小的误差小于设定的阈值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过对完整的仪表板进行结构简化得到简化的仪表板，将简化的仪表板划分为上部分和下部分，根据仪表板的结构特性，将所述下部分划分成不同的区域，对简化的仪表板进行建模，对所述上部分的部件单独进行刚度特性设置，对所述下部分的各个区域单独进行刚度特性设置，得到了仪表板的简化模型。本发明通过简化仪表板的结构和划分区域简化了仪表板模型，提高了建模速度；通过将仪表板划分为不同的部分和区域，并对不同的部分和区域进行刚度设置，使所建立的仪表板模型能够模拟人体腿部与仪表板的接触响应过程；由于简化的仪表板模型保留了仪表板的几何外形，因此，既提高建模速度又能准确地模拟人体腿部与仪表板的接触响应过程。

附图说明

图1为利用LS-DYNA软件建立的仪表板模型的示意图；

图2为利用Madymo软件建立的仪表板模型的示意图，(a)为驾驶侧的示意图，(b)为副驾驶侧的示意图；

图3为仪表板简化模型的示意图；

图4为仿真与碰撞试验得到的大腿受力对比曲线，(a)、(b)分别为驾驶侧的左腿和右腿受力对比曲线，(c)、(d)分别为副驾驶侧的左腿和右腿受力对比曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例一种汽车仪表板的简化建模方法，包括以下步骤：

步骤101，通过删除部件对完整的仪表板进行结构简化，得到简化的仪表板；

在本步骤中，为了简化仪表板的模型，对完整的仪表板进行结构简化。完整仪表板结构非常复杂，包含的结构部件很多、厚度变化大，如仪表板表面的各种仪表、储物盒、加强筋、按钮、出风口格栅以及安装卡扣等。如果不简化仪表板的结构，将使仪表板模型相当复杂，大大影响仿真速度。由于利用约束系统仿真模型模拟整车碰撞试验中假人的损伤情况时，加强筋、按钮等很多部件对损伤大小的影响较小，因此，可以从完整的仪表板中去掉那些对损伤大小影响较小的部件，从而得到简化的仪表板。由于简化的仪表板模型保留了仪表板的几何外形，因此模型简化对仿真精度的影响并不明显。

步骤102，将简化的仪表板划分为上部分和下部分，上部分为人体腿部不能接触到的部分，下部分为人体腿部能够接触到的部分；

在本步骤中，将简化的仪表板划分为上部分和下部分。如图3所示，仪表板上下分界线以上的部分为上部分，上部分位置较高，人体腿部接触不到；仪表板上下分界线以下的部分为下部分，下部分位置较低，人体腿部能够接触到。将仪表板划分为上下两部分，是为了在建模时对不同的部分进行不同的处理，比如，对上部分的部件单独设置刚度特性。

步骤103，根据仪表板的结构特性，将所述下部分划分成不同的区域；

本步骤在上一步划分上下两部分的基础上，对划分的下部分进一步进行区域划分。划分的方法是根据仪表板的结构特性，将结构相近的部分划分在同一个区域，结构相差较大的部分划分在不同的区域。划分不同区域的目的是在建模时对不同的区域设置不同的刚度特性，对同一区域设置单一的刚度特性，从而进一步简化模型提高仿真速度。

步骤104，对简化的仪表板进行建模，对所述上部分的部件单独进行刚度特性设置，对所述下部分的各个区域单独进行刚度特性设置。

本步骤是对简化后的仪表板进行建模。建模时采用仪表板的初版数据。初版数据可以理解为草版数据，是指细节特征不是很完善的数据。在项目造型阶段，内饰A面(A面指造型面，人坐在汽车内可以看到摸到的表面)初版数据发布后仪表板的初版数据基本可以完成。具体的建模方法很多，比如常用的有限元法。由于具体的建模方法属于很成熟的现有技术，因此这里不具体介绍建模方法。与对完整的仪表板建模不同的是：本步骤是基于前面上下部分的划分以及对下部分的区域划分对仪表板进行建模，对上部分的部件单独进行刚度特性设置，对所述下部分的各个区域单独进行刚度特性设置。进行刚度特性设置可以使所建立的仪表板模型能够模拟人体腿部与仪表板的接触响应过程。

本实施例通过简化仪表板的结构和划分区域简化了仪表板的模型，提高了建模速度。采用由简化的仪表板模型组建的约束系统模型进行仿真，在40核的戴尔工作站上8小时即可完成计算，而采用完整的仪表板模型组建的约束系统模型进行仿真，在40核的戴尔工作站上需要12个小时才能完成计算。本实施例通过将仪表板划分为不同的部分和区域，并对不同的部分和区域进行刚度设置，使所建立的仪表板模型能够准确模拟人体腿部与仪表板的接触响应过程；由于简化的仪表板模型保留了仪表板的几何外形，因此，既提高建模速度又能准确地模拟人体腿部与仪表板的接触响应过程。仿真与碰撞试验得到的大腿受力对比曲线如图4(a)～(d)所示，纵轴Force表示大腿受力，单位为kN(千牛)；横轴Time表示时间，单位为ms(毫秒)。由图4(a)～(d)可知，仿真与碰撞试验获得的数据基本相符，说明采用简化的仪表板模型进行仿真能够满足精度要求。

作为一种可选实施例，所述通过删除部件对完整的仪表板进行结构简化，具体包括：

从完整的仪表板中去掉除仪表板表面和储物盒外的其它部件。

本实施例给出了一种对完整的仪表板进行结构简化的具体方案，即从完整的仪表板中去掉除仪表板表面和储物盒外的其它部件。如前所述，完整的仪表板结构非常复杂，包含的结构部件数量众多，但对损伤影响最大的只有仪表板表面和储物盒，加强筋、按钮等其它部件对人体损伤大小的影响较小，因此，可以从完整的仪表板中去掉除仪表板表面和储物盒外的其它所有部件。

作为一种可选实施例，所述根据仪表板的结构特性，将仪表板的下部分划分成不同的区域，具体包括：

将驾驶侧的护膝板划分为4个区域，将副驾驶侧的储物盒和护膝板部分划分为3个或4个区域。

本实施例给出了对仪表板的下部分进行区域划分的一种具体的技术方案，即根据仪表板的结构特性，将驾驶侧的护膝板划分为4个区域，将副驾驶侧的储物盒和护膝板部分划分为3个或4个区域。如图3所示，驾驶侧的护膝板划分为排列成田字型的区域1～4；副驾驶侧的储物盒为区域1’，副驾驶侧的护膝板划分为并列的区域2’和区域3’。副驾驶侧也可划分为4个区域，例如当副驾驶侧的乘员左腿和右腿在碰撞试验中得到的大腿受力大小相差较大时，可将区域1’划分为2个区域。由图3可知，驾驶侧和副驾驶侧划分的区域1～4、1’～3’并没有覆盖下部分的所有面积，这样划分主要是考虑到试验表明发生碰撞时膝盖与仪表板的接触点主要集中在所划分的区域1～4、1’～3’内。建模时所述划分区域未覆盖的部分按照其真实的材料及厚度信息单独设置刚度特性，在以后的模型校准中不改变这部分的刚度特性(只改变各个划分区域的刚度特性)。

值得说明的是，本实施例只是给出了一种具体的区域划分方法，并不排斥其它不同的划分方法，比如将驾驶侧的护膝板划分成数量不同于4的区域。

作为一种可选实施例，所述刚度特性包括材料参数和厚度。

本实施例给出了建模时设置刚度特性的方法，即通过设置不同区域的材料参数和厚度来设置刚度特性。材料参数包括密度、弹性模量、泊松比以及材料的应力应变曲线。

作为一种可选实施例，所述方法还包括：通过比较仿真结果和碰撞试验结果校准仪表板的模型。

本实施例给出了一种通过比较仿真结果和碰撞试验结果校准仪表板的模型提高仿真精度的方法。由于建模时对仪表板进行了结构简化，仿真精度势必会受到一定影响，为了提高仿真精度，一般要对所建模型进行校准。碰撞试验是用假人代替驾驶员和副驾驶位置乘员的物理试验，试验精度较高，因此可将试验结果作为标准数据用于模型校准，以提高仿真精度。

作为一种可选实施例，所述通过比较仿真结果和碰撞试验结果校准仪表板的模型，具体包括：

根据碰撞试验中假人的膝盖接触点位置调整仿真时的膝盖接触点位置；

比较仿真和碰撞试验得到的大腿受力的大小，根据比较结果调整各个划分区域的刚度特性，使仿真和碰撞试验得到的大腿受力大小的误差小于设定的阈值。

本实施例给出了通过比较仿真和碰撞试验结果校准仪表板模型的一种具体方法。如前所述，仪表板的简化模型能够模拟人体腿部与仪表板的接触响应过程从而得到大腿受力曲线，因此，可以通过比较仿真和碰撞试验得到的大腿受力曲线，如图4所示，调整划分区域(如图3中的区域1～4、1’～3’)的刚度特性，减小仿真和碰撞试验得到的大腿受力的误差，直到所述误差小于设定的阈值。由于最初的刚度特性是按照真实厚度设定的，而简化的仪表板去掉了部分加强筋及其它结构，导致仪表板刚度变小，因此在进行实际的模型校准时，一般是先增加各个区域的弹性模量及厚度值，然后通过反复仿真、比较、调整，直到精度达到预期值。由于膝盖接触点位置对仿真结果影响较大，因此在进行校准前需要先根据碰撞试验得到的膝盖接触点位置，调整仿真时的膝盖接触点位置。约束系统仿真模型中主要通过调整假人腿部的摆放位置来控制其膝盖接触点的位置。

上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所做出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种汽车仪表板的简化建模方法，其特征在于，所述方法包括：

通过删除部件对完整的仪表板进行结构简化，得到简化的仪表板；

将简化的仪表板划分为上部分和下部分，上部分为人体腿部不能接触到的部分，下部分为人体腿部能够接触到的部分；

根据仪表板的结构特性，将所述下部分划分成不同的区域；其中，将结构相近的部分划分在同一个区域，结构相差较大的部分划分在不同的区域；

对简化的仪表板进行建模，对所述上部分的部件单独进行刚度特性设置，对所述下部分的各个区域单独进行刚度特性设置。

2.根据权利要求1所述的汽车仪表板的简化建模方法，其特征在于，所述通过删除部件对完整的仪表板进行结构简化，具体包括：

从完整的仪表板中去掉除仪表板表面和储物盒外的其它部件。

3.根据权利要求1所述的汽车仪表板的简化建模方法，其特征在于，所述根据仪表板的结构特性，将仪表板的下部分划分成不同的区域，具体包括：

将驾驶侧的护膝板划分为4个区域，将副驾驶侧的储物盒和护膝板部分划分为3个或4个区域。

4.根据权利要求1所述的汽车仪表板的简化建模方法，其特征在于，所述刚度特性包括材料参数和厚度。

5.根据权利要求1所述的汽车仪表板的简化建模方法，其特征在于，所述方法还包括：通过比较仿真结果和碰撞试验结果校准仪表板的模型。

6.根据权利要求5所述的汽车仪表板的简化建模方法，其特征在于，所述通过比较仿真结果和碰撞试验结果校准仪表板的模型，具体包括：

根据碰撞试验中假人的膝盖接触点位置调整仿真时的膝盖接触点位置；

比较仿真和碰撞试验得到的大腿受力的大小，根据比较结果调整各个划分区域的刚度特性，使仿真和碰撞试验得到的大腿受力大小的误差小于设定的阈值。

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