CN113177333A - 汽车吸能区设计方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车吸能区设计方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：赋予待设计车辆的各预设吸能区域内部件初始刚度以及初始长度；基于壁障或者测试台车对待设计车辆进行偏置碰撞测试；获取各预设吸能区域的截面力以及总动能，并获取轮胎压缩状态；根据初始长度以及轮胎压缩状态选取预设调整策略；根据总动能以及截面力通过预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，得到待设计车辆对应的吸能区域设计参数。通过上述方式，通过进行偏置碰撞测试，根据初始数据以及轮胎压缩状态选择不同的调整策略，对零部件刚度以及长度进行调整，考虑了吸能区域零部件的刚度以及尺寸布局，更准确的设计出安全的吸能空间布局。
Description
技术领域
本发明涉及汽车设计技术领域，尤其涉及一种汽车吸能区设计方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
在2021版的CNCAP(中国新车评价规程)的碰撞试验中将之前的ODB(40％重叠偏置碰撞)改为了MPDB(Mobile Progressive Deformable Barrier)(两辆车以相对100kmph的速度在50％车宽上做对碰)工况，以更加全面的考察两车碰撞的兼容性，使得车辆在碰撞事故中既能保护本车乘员(耐撞性)，又能减少对另一方碰撞车辆造成的伤害(攻击性)。
目前汽车碰撞吸能的设计与计算一般将驾驶舱(前围板为基准)前面的区域视为吸能区，尽量增大变形和压溃量，增加能量吸收和缓冲；后面的区域为保护区，尽量减少变形，保证乘员舱的完整性。现有的吸能区一般将前面区域又分为3个区。1区，2区和3区。纵向空间分别为D1，D2，D3，对应的刚度分别为K1，K2，K3，对应的截面力为F1，F2，F3。各区所吸收的能量为Q1＝F1*D1；Q2＝F2*D2；Q3＝F3*K3。
在汽车设计时，各个零部件、各区域的长度以及刚度仅凭机舱的布置要求确定，就无法保证汽车的安全性。而现有的偏置碰撞测试方法仅考虑是否满足吸能要求，难以为车辆设计提供有利的数据支持。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种汽车吸能区设计方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有的吸能区域设计方法无法保证汽车的安全性的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种汽车吸能区设计方法，所述方法包括以下步骤：
赋予待设计车辆的各预设吸能区域内部件初始刚度以及初始长度；
基于壁障或者测试台车对所述待设计车辆进行偏置碰撞测试；
获取各预设吸能区域的截面力以及总动能，并获取轮胎压缩状态；
根据所述初始长度以及所述轮胎压缩状态选取预设调整策略；
根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，得到所述待设计车辆对应的吸能区域设计参数。
可选地，所述获取轮胎压缩状态，包括：
获取受到挤压的轮胎对应的胎压以及后移量；
若所述胎压达到预设胎压阈值，则确定轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态；
若所述后移量达到预设长度阈值，则确定轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态；
若所述胎压未达到预设胎压阈值且所述后移量未达到预设长度阈值，则确定轮胎压缩状态为轮胎未压缩至阈值状态。
可选地，所述根据所述初始长度以及所述轮胎压缩状态选取预设调整策略，包括：
在所述轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态，且第一预设吸能区域对应的第一初始长度大于第二预设吸能区域对应的第二初始长度时，选取第一预设调整策略，其中，所述第一预设吸能区域为动力总成区域，所述第二预设吸能区域为轮毂区域；
根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，包括：
根据所述总动能以及所述截面力通过所述第一预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整。
可选地，所述根据所述初始长度以及所述轮胎压缩状态选取预设调整策略，包括：
在所述轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态，且第一预设吸能区域对应的第一初始长度小于或者等于第二预设吸能区域对应的第二初始长度时，选取第二预设调整策略，其中，所述第一预设吸能区域为动力总成区域，所述第二预设吸能区域为轮毂区域；
根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，包括：
根据所述总动能以及所述截面力通过所述第二预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整。
可选地，所述根据所述初始长度以及所述轮胎压缩状态选取预设调整策略，包括：
在所述轮胎压缩状态为轮胎未压缩至阈值状态时，选取第三预设调整策略；
根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，包括：
获取发动机的实际后移量；
根据所述发动机的实际后移量、所述总动能以及所述截面力通过所述第三预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整。
可选地，所述根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整之后，所述方法还包括：
在偏置碰撞测试过程中，获取动力总成对应的偏转角度；
基于所述偏转角度对动力总成的长度进行调整，得到所述待设计车辆对应的吸能区域设计参数。
可选地，所述获取各预设吸能区域的截面力，包括：
基于CAE仿真模型在各预设吸能区域发生碰撞的半边设置截面；
在偏置碰撞测试过程中，获取所述截面对应的受力随时间变化的截面力曲线；
对所述截面力曲线取均值，得到各预设吸能区域的截面力。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种汽车吸能区设计装置，所述汽车吸能区设计装置包括：
初值赋予模块，用于赋予待设计车辆的各预设吸能区域内部件初始刚度以及初始长度；
测试模块，用于基于壁障或者测试台车对所述待设计车辆进行偏置碰撞测试；
获取模块，用于获取各预设吸能区域的截面力以及总动能，确定轮胎压缩状态；
选取模块，用于根据所述初始长度以及所述压缩状态选取预设调整策略；
设计模块，用于根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，得到所述待设计车辆对应的吸能区域设计参数。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种汽车吸能区设计设备，所述汽车吸能区设计设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的汽车吸能区设计程序，所述汽车吸能区设计程序配置为实现如上文所述的汽车吸能区设计方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有汽车吸能区设计程序，所述汽车吸能区设计程序被处理器执行时实现如上文所述的汽车吸能区设计方法的步骤。
本发明通过赋予待设计车辆的各预设吸能区域内部件初始刚度以及初始长度；基于壁障或者测试台车对待设计车辆进行偏置碰撞测试；获取各预设吸能区域的截面力以及总动能，并获取轮胎压缩状态；根据初始长度以及轮胎压缩状态选取预设调整策略；根据总动能以及截面力通过预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，得到待设计车辆对应的吸能区域设计参数。通过上述方式，对待设计车辆进行偏置碰撞测试，根据初始数据以及轮胎压缩状态选择不同的调整策略，根据碰撞数据基于调整策略对零部件刚度以及长度进行调整，考虑了吸能区域零部件的刚度以及尺寸布局，更准确的设计出满足碰撞需求的安全的吸能空间布局。
附图说明
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的汽车吸能区设计设备的结构示意图；
图2为本发明汽车吸能区设计方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明汽车吸能区设计方法一实施例的吸能区域划分示意图；
图4为本发明汽车吸能区设计方法第二实施例的流程示意图；
图5为本发明汽车吸能区设计装置第一实施例的结构框图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的汽车吸能区设计设备结构示意图。
如图1所示，该汽车吸能区设计设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(WIreless-FIdelity，WI-FI)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对汽车吸能区设计设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及汽车吸能区设计程序。
在图1所示的汽车吸能区设计设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明汽车吸能区设计设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在汽车吸能区设计设备中，所述汽车吸能区设计设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的汽车吸能区设计程序，并执行本发明实施例提供的汽车吸能区设计方法。
本发明实施例提供了一种汽车吸能区设计方法，参照图2，图2为本发明汽车吸能区设计方法第一实施例的流程示意图。
本实施例中，所述汽车吸能区设计方法包括以下步骤：
步骤S10：赋予待设计车辆的各预设吸能区域内部件初始刚度以及初始长度。
可以理解的是，本实施例的执行主体为汽车吸能区设计设备，所述汽车吸能区设计设备可以为与偏置碰撞测试台架通信连接的设备，也可以为安装有仿真分析软件的电脑、服务器等设备，也可以为其他具有相同或相似功能的设备，本实施例以安装有仿真分析软件的电脑为例进行说明。
具体地，所述步骤S10之前，所述方法还包括：将所述待测试车辆吸能区划分为若干预设吸能区，其中，所述预设吸能区至少包括：动力总成区域以及轮毂区域。
需要说明的是，预设吸能区域由用户提前设置，参考图3，图3为本发明汽车吸能区设计方法一实施例的吸能区域划分示意图，本实施例采用图3所示的划分方式进行预设区域划分，发动机与变速箱构成动力总成，各预设吸能区域分别为：A0：壁障的变形量；A1：发动机；A2：变速箱；A3：轮毂；A4：轮胎；A5：前防撞梁和吸能盒区域；A6：吸能盒与动力总成之间的区域；A7：动力总成与前围板之间的区域；A8：吸能盒与轮胎之间的区域；A9：吸能盒与轮毂之间的区域；A10：轮毂与门槛前端之间的区域。在进行测试之前，对待测试车辆的车身进行仿真，设置吸能区各预设吸能区域内各部件的初始刚度以及初始长度，例如，赋予吸能盒初始刚度以及初始长度、赋予动力总成初始刚度以及初始长度、赋予前防撞梁初始刚度以及初始长度，初始长度是指部件在纵向方向上的长度，纵向方向是指车辆前后方向，将各预设吸能区域的初始刚度以及初始长度存储在预设存储区域中。本实施例各预设吸能区域内部件(设置刚度的部件)主要包括：前防撞梁、吸能盒、动力总成、轮胎、轮毂、主纵梁以及前围板。
步骤S20：基于壁障或者测试台车对所述待设计车辆进行偏置碰撞测试。
在具体实现中，可以基于CAE(Computer Aided Engineering，计算机辅助工程)对待测试车辆的车身进行仿真，建立待测试车辆的有限元模型，并建立三维笛卡尔坐标系。对整车模型进行CAE网格划分及模型简化，对于吸能区域内的结构件进行细致的划分，忽略非重要结构的小零件，将变形刚度较大的部件视为刚体。根据实际工艺，建立整车各结构件之间的连接关系，包括铰链连接、焊接、胶粘以及螺栓连接等，并根据实际结构、现有存在问题的结构或者设计预期设置各部件的尺寸、厚度以及材料；在整车车轮底面设置刚性地面，前方设置用于碰撞的可变形壁障或者与待设计车辆相对移动速度为一定速度的可变形小车，设置待设计车辆与可变形小车在20％-60％车宽上做对碰，模拟待设计车辆以预设车速沿地面行驶并撞击壁障或小车。
步骤S30：获取各预设吸能区域的截面力以及总动能，并获取轮胎压缩状态。
可以理解的是，在对待设计车辆进行偏置碰撞测试的过程中，获取相关参数信息，具体可以包括：受到挤压的轮胎对应的胎压以及后移量、各预设吸能区域的截面力、总动能、轮胎压缩状态、发动机的后移量以及车辆偏转角度等等。
需要说明的是，轮胎压缩状态根据轮胎的胎压以及后移量确定。目前偏置碰撞测试中，汽车会在碰撞后往回弹，由于是碰撞驾驶员侧的20％-60％车身宽度，所以车身在碰撞并回弹过程中向右偏转，驾驶员头部在撞向气囊时，容易偏向A柱。碰撞过程中一般轮胎会被压缩，当轮胎被压缩至最小时，体积最小，轮胎气体压力最大，然后车身开始往回弹，轮胎体积变大，气压变小。在轮胎体积变大过程加剧了车身的偏转量、回弹量，并由此加剧了头部撞向A柱的风险和增加假人的伤害值，降低碰撞测试的得分率。本实施例中，在进行偏置碰撞测试时，当汽车碰撞挤压轮胎达到预设胎压阈值或者轮胎向后移动的后移量达到预设长度阈值时，可以使轮胎漏气(刺破轮胎)，进行泄压，减小车身的回弹量与偏转量，使假人的失分风险降低。
可以理解的是，对模拟待测试车辆的碰撞过程进行监测，悬置状态包括：失效断裂和未失效断裂，轮胎压缩量主要根据轮胎的尺寸以及轮毂的尺寸确定，总动能根据测试过程中设置的速度确定。
需要说明的是，在进行偏置碰撞测试时，设置待测试车辆的行驶速度，在进行碰撞的物体为壁障或者测试台车时，根据行驶速度确定总动能，根据公式(1)确定偏置碰撞测试过程中的总动能：
其中，Q表征总动能，V为偏置碰撞测试的速度，m为待设计车辆的重量，q为测试台车或壁障的动能(在偏置工况下设置有固定的速度和质量)，若测试台车静止或者避障固定，则q为0。
在具体实现中，还可以通过在壁障上设置截面，获取碰撞时壁障的截面力以及变形量，根据截面力以及变形量确定损耗动能，将根据速度计算而来的动能加上损耗动能得到总动能。
具体地，所述获取各预设吸能区域的截面力，包括：基于CAE仿真模型在各预设吸能区域发生碰撞的半边设置截面；在偏置碰撞测试过程中，获取所述截面对应的受力随时间变化的截面力曲线；对所述截面力曲线取均值，得到各预设吸能区域的截面力。
需要说明的是，在进行偏置碰撞测试时，一般只有一侧的吸能盒与防撞梁、纵梁压溃和吸能，所以计算和设计时，只能考虑单边的吸能和压溃。在各预设吸能区域发生碰撞的半边设置截面，从而获取这半边在偏置碰撞过程中的受力情况。
步骤S40：根据所述初始长度以及所述轮胎压缩状态选取预设调整策略。
可以理解的是，根据不同的布局、轮胎压缩量以及不同的测试结果选取预设调整策略。本实施例中的预设调整策略主要包括三个：
在轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态，且初始长度中动力总成区域长度大于轮毂区域的长度(A2>A3)时，选取第一预设调整策略；
在轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态，且初始长度中动力总成区域长度小于或者等于轮毂区域的长度(A2≤A3)时，选取第二预设调整策略；
在轮胎压缩状态为轮胎未压缩至阈值状态时，选取第三预设调整策略。
步骤S50：根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，得到所述待设计车辆对应的吸能区域设计参数。
需要说明的是，根据不同的预设调整策略对吸能区域内部件的刚度以及长度进行调整，在一定速度和一定质量下，总能量是基本不变的。为了使设计结构与总能量相匹配，除了修改刚度以产生不同的截面力来匹配和适应，在考虑整车造型和满足总布置要求的前提下，还可以通过修改前端各个吸能区域的长度来匹配。例如前防撞梁和吸能盒区域(A5)为最先碰撞与吸能区域，而且相对来说具有一定的独立性，吸能盒与前防撞梁一般也是可拆卸的安装方式，优先选择调整A5区域，其次选择A6区域(对主纵梁的长度以及刚度调整)，还可以选择A10区域(对前围板的纵向长度以及刚度进行调整)。
具体地，所述根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整之后，所述方法还包括：在偏置碰撞测试过程中，获取动力总成对应的偏转角度；基于所述偏转角度对动力总成的长度进行调整，得到所述待设计车辆对应的吸能区域设计参数。
需要说明的是，一般在20％-60％正面宽度偏置碰撞中，只有左侧被碰撞，右侧没有壁障，所以左侧进行碰撞后动力总成会向右偏转一个角度a，在进行设计时，根据公式(2)对动力总成在前后方向上的长度进行调整：
A2′＝A2*COSa 公式(2)
其中，A2′为调整后的动力总成长度，A2为调整前的动力总成长度，a为动力总成的偏转角度。
本实施例通过赋予待设计车辆的各预设吸能区域内部件初始刚度以及初始长度；基于壁障或者测试台车对待设计车辆进行偏置碰撞测试；获取各预设吸能区域的截面力以及总动能，并获取轮胎压缩状态；根据初始长度以及轮胎压缩状态选取预设调整策略；根据总动能以及截面力通过预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，得到待设计车辆对应的吸能区域设计参数。通过上述方式，对待设计车辆进行偏置碰撞测试，根据初始数据以及轮胎压缩状态选择不同的调整策略，根据碰撞数据基于调整策略对零部件刚度以及长度进行调整，考虑了吸能区域零部件的刚度以及尺寸布局，更准确的设计出满足碰撞需求的安全的吸能空间布局。
参考图4，图4为本发明汽车吸能区设计方法第二实施例的流程示意图。
基于上述第一实施例，本实施例汽车吸能区设计方法的所述步骤S30，包括：
步骤S301：获取各预设吸能区域的截面力以及总动能，并获取受到挤压的轮胎对应的胎压以及后移量。
步骤S302：若所述胎压达到预设胎压阈值，则确定轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态。
步骤S303：若所述后移量达到预设长度阈值，则确定轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态。
步骤S304：若所述胎压未达到预设胎压阈值且所述后移量未达到预设长度阈值，则确定轮胎压缩状态为轮胎未压缩至阈值状态。
可以理解的是，在进行偏置碰撞测试时，与壁障发生碰撞的轮胎会受到挤压，当轮胎被压缩过程中，如果对应的胎压达到预设胎压阈值或者后移量达到预设长度阈值，刺破轮胎进行泄压，并确定对应的轮胎压缩状态，轮胎压缩状态包括轮胎压缩至阈值状态以及轮胎未压缩至阈值状态。
需要说明的是，预设胎压阈值以及预设长度阈值可以根据实际情况进行设置，预设胎压阈值可以根据车辆偏置碰撞的回弹导致驾驶员撞到A柱为界限进行标定，也可以根据爆胎对应的胎压进行设置。预设长度阈值可以根据轮胎挤压到门槛前端达到一定长度为界限进行标定。本实施例对此不加以限制。
具体地，在一实施例中，所述步骤S40，包括：在所述轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态，且第一预设吸能区域对应的第一初始长度大于第二预设吸能区域对应的第二初始长度时，选取第一预设调整策略，其中，所述第一预设吸能区域为动力总成区域，所述第二预设吸能区域为轮毂区域；
根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，包括：
根据所述总动能以及所述截面力通过所述第一预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整。
可以理解的是，第一预设吸能区域为动力总成区域(A2)，第二预设吸能区域为轮毂区域(A3)，也就是说，在轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态，且A2>A3时，选取第一预设调整策略。
需要说明的是，第一预设调整策略为根据公式(3)对目标吸能区域内部件的长度以及刚度进行调整：
其中，Q为总动能；q为测试台车或壁障的动能，若测试台车静止或者避障固定，则q为0；F5为前防撞梁和吸能盒区域的截面力；A5为前防撞梁和吸能盒区域的长度；F9为吸能盒与轮毂之间的区域的截面力；A9为吸能盒与轮毂之间的区域的长度；F3为轮毂区域的截面力；A3为轮毂区域的长度；F10为轮毂与门槛前端之间的区域的截面力；A10为轮毂与门槛前端之间的区域的长度；A2为动力总成区域的长度。
在具体实现中，在一定速度和一定质量下，总能量是基本不变的。为了使设计结构与总能量相匹配，除了修改刚度以产生不同的截面力来匹配和适应，在考虑整车造型和满足总布置要求的前提下，还可以通过修改前端各个吸能区域的长度来匹配。在轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态，且A2>A3时，根据公式(3)对前防撞梁和吸能盒区域的刚度以及长度进行调整，由于前防撞梁和吸能盒区域(A5)为最先碰撞与吸能区域，而且相对来说具有一定的独立性，优先选择调整A5区域，还可以选择A9、A3、A2以及A10区域。调整截面力的方式可以通过修改构成截面的钣金厚度、材料、形状，也可以采用在截面上增加零部件或者较少零部件，以适应设计的刚度和/或截面力的匹配需求。
具体地，在一实施例中，所述步骤S40，包括：在所述轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态，且第一预设吸能区域对应的第一初始长度小于或者等于第二预设吸能区域对应的第二初始长度时，选取第二预设调整策略，其中，所述第一预设吸能区域为动力总成区域，所述第二预设吸能区域为轮毂区域；
根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，包括：
根据所述总动能以及所述截面力通过所述第二预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整。
可以理解的是，第一预设吸能区域为动力总成区域(A2)，第二预设吸能区域为轮毂区域(A3)，也就是说，在轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态，且A2≤A3时，选取第二预设调整策略。
需要说明的是，第二预设调整策略为根据公式(4)对目标吸能区域的长度以及刚度进行调整：
其中，Q为总动能；q为测试台车或壁障的动能，若测试台车静止或者避障固定，则q为0；F5为前防撞梁和吸能盒区域的截面力；A5为前防撞梁和吸能盒区域的长度；F9为吸能盒与轮毂之间的区域的截面力；A9为吸能盒与轮毂之间的区域的长度；F10为轮毂与门槛前端之间的区域的截面力；A10为轮毂与门槛前端之间的区域的长度。
具体地，在一实施例中，所述步骤S40，包括：在所述轮胎压缩状态为轮胎未压缩至阈值状态时，选取第三预设调整策略；
根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，包括：
获取发动机的实际后移量；
根据所述发动机的实际后移量、所述总动能以及所述截面力通过所述第三预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整。
需要说明的是，如果轮胎压缩状态为轮胎未压缩至阈值状态时，碰撞后发动机向后移动的后移量为S，第三预设调整策略为根据公式(5)对目标吸能区域的长度以及刚度进行调整：
其中，Q为总动能；q为测试台车或壁障的动能，若测试台车静止或者避障固定，则q为0；F5为前防撞梁和吸能盒区域的截面力；A5为前防撞梁和吸能盒区域的长度；F6为吸能盒与动力总成之间的区域的截面力；A6为吸能盒与动力总成之间的区域的长度；F7为动力总成与前围板之间的区域的截面力；S为发动机后移量。
在具体实现中，根据第三预设调整策略调整预设吸能区的长度以及刚度时，优先选择调整A5区域，其次选择A6区域，再次选择A7区域。
本实施例通过获取受到挤压的轮胎对应的胎压以及后移量；若胎压达到预设胎压阈值，则确定轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态；若后移量达到预设长度阈值，则确定轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态；若胎压未达到预设胎压阈值且后移量未达到预设长度阈值，则确定轮胎压缩状态为轮胎未压缩至阈值状态。通过不同的轮胎压缩状态以及初始长度选择不同的调整策略，根据碰撞数据基于调整策略对零部件刚度以及长度进行调整，为设计碰撞吸能区域的布局提供更准确的数据，在进行设计的同时保证长度满足布局要求以及性能满足安全要求，解决了现有的吸能区域设计方法无法保证汽车的安全性的技术问题。
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有汽车吸能区设计程序，所述汽车吸能区设计程序被处理器执行时实现如上文所述的汽车吸能区设计方法的步骤。
参照图5，图5为本发明汽车吸能区设计装置第一实施例的结构框图。
如图5所示，本发明实施例提出的汽车吸能区设计装置包括：
初值赋予模块10，用于赋予待设计车辆的各预设吸能区域内部件初始刚度以及初始长度。
具体地，所述初值赋予模块10，还用于：将所述待测试车辆吸能区划分为若干预设吸能区，其中，所述预设吸能区至少包括：动力总成区域以及轮毂区域。
需要说明的是，预设吸能区域由用户提前设置，参考图3，图3为本发明汽车吸能区设计方法一实施例的吸能区域划分示意图，本实施例采用图3所示的划分方式进行预设区域划分，发动机与变速箱构成动力总成，各预设吸能区域分别为：A0：壁障的变形量；A1：发动机；A2：变速箱；A3：轮毂；A4：轮胎；A5：前防撞梁和吸能盒区域；A6：吸能盒与动力总成之间的区域；A7：动力总成与前围板之间的区域；A8：吸能盒与轮胎之间的区域；A9：吸能盒与轮毂之间的区域；A10：轮毂与门槛前端之间的区域。在进行测试之前，对待测试车辆的车身进行仿真，设置吸能区各预设吸能区域内各部件的初始刚度以及初始长度，例如，赋予吸能盒初始刚度以及初始长度、赋予动力总成初始刚度以及初始长度、赋予前防撞梁初始刚度以及初始长度，初始长度是指部件在纵向方向上的长度，纵向方向是指车辆前后方向，将各预设吸能区域的初始刚度以及初始长度存储在预设存储区域中。本实施例各预设吸能区域内部件(设置刚度的部件)主要包括：前防撞梁、吸能盒、动力总成、轮胎、轮毂、主纵梁以及前围板。
测试模块20，用于基于壁障或者测试台车对所述待设计车辆进行偏置碰撞测试。
在具体实现中，可以基于CAE(Computer Aided Engineering，计算机辅助工程)对待测试车辆的车身进行仿真，建立待测试车辆的有限元模型，并建立三维笛卡尔坐标系。对整车模型进行CAE网格划分及模型简化，对于吸能区域内的结构件进行细致的划分，忽略非重要结构的小零件，将变形刚度较大的部件视为刚体。根据实际工艺，建立整车各结构件之间的连接关系，包括铰链连接、焊接、胶粘以及螺栓连接等，并根据实际结构、现有存在问题的结构或者设计预期设置各部件的尺寸、厚度以及材料；在整车车轮底面设置刚性地面，前方设置用于碰撞的可变形壁障或者与待设计车辆相对移动速度为一定速度的可变形小车，设置待设计车辆与可变形小车在20％-60％车宽上做对碰，模拟待设计车辆以预设车速沿地面行驶并撞击壁障或小车。
获取模块30，用于获取各预设吸能区域的截面力以及总动能，确定轮胎压缩状态。
可以理解的是，在对待设计车辆进行偏置碰撞测试的过程中，获取相关参数信息，具体可以包括：受到挤压的轮胎对应的胎压以及后移量、各预设吸能区域的截面力、总动能、轮胎压缩状态、发动机的后移量以及车辆偏转角度等等。
需要说明的是，轮胎压缩状态根据轮胎的胎压以及后移量确定。目前偏置碰撞测试中，汽车会在碰撞后往回弹，由于是碰撞驾驶员侧的20％-60％车身宽度，所以车身在碰撞并回弹过程中向右偏转，驾驶员头部在撞向气囊时，容易偏向A柱。碰撞过程中一般轮胎会被压缩，当轮胎被压缩至最小时，体积最小，轮胎气体压力最大，然后车身开始往回弹，轮胎体积变大，气压变小。在轮胎体积变大过程加剧了车身的偏转量、回弹量，并由此加剧了头部撞向A柱的风险和增加假人的伤害值，降低碰撞测试的得分率。本实施例中，在进行偏置碰撞测试时，当汽车碰撞挤压轮胎达到预设胎压阈值或者轮胎向后移动的后移量达到预设长度阈值时，可以使轮胎漏气(刺破轮胎)，进行泄压，减小车身的回弹量与偏转量，使假人的失分风险降低。
可以理解的是，对模拟待测试车辆的碰撞过程进行监测，悬置状态包括：失效断裂和未失效断裂，轮胎压缩量主要根据轮胎的尺寸以及轮毂的尺寸确定，总动能根据测试过程中设置的速度确定。
需要说明的是，在进行偏置碰撞测试时，设置待测试车辆的行驶速度，在进行碰撞的物体为壁障或者测试台车时，根据行驶速度确定总动能，根据公式(1)确定偏置碰撞测试过程中的总动能：
其中，Q表征总动能，V为偏置碰撞测试的速度，m为待设计车辆的重量，q为测试台车或壁障的动能(在偏置工况下设置有固定的速度和质量)，若测试台车静止或者避障固定，则q为0。
在具体实现中，还可以通过在壁障上设置截面，获取碰撞时壁障的截面力以及变形量，根据截面力以及变形量确定损耗动能，将根据速度计算而来的动能加上损耗动能得到总动能。
具体地，所述获取各预设吸能区域的截面力，包括：基于CAE仿真模型在各预设吸能区域发生碰撞的半边设置截面；在偏置碰撞测试过程中，获取所述截面对应的受力随时间变化的截面力曲线；对所述截面力曲线取均值，得到各预设吸能区域的截面力。
需要说明的是，在进行偏置碰撞测试时，一般只有一侧的吸能盒与防撞梁、纵梁压溃和吸能，所以计算和设计时，只能考虑单边的吸能和压溃。在各预设吸能区域发生碰撞的半边设置截面，从而获取这半边在偏置碰撞过程中的受力情况。
选取模块40，用于根据所述初始长度以及所述压缩状态选取预设调整策略。
可以理解的是，根据不同的布局、轮胎压缩量以及不同的测试结果选取预设调整策略。本实施例中的预设调整策略主要包括三个：
在轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态，且初始长度中动力总成区域长度大于轮毂区域的长度(A2>A3)时，选取第一预设调整策略；
在轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态，且初始长度中动力总成区域长度小于或者等于轮毂区域的长度(A2≤A3)时，选取第二预设调整策略；
在轮胎压缩状态为轮胎未压缩至阈值状态时，选取第三预设调整策略。
设计模块50，用于根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，得到所述待设计车辆对应的吸能区域设计参数。
需要说明的是，根据不同的预设调整策略对吸能区域内部件的刚度以及长度进行调整，在一定速度和一定质量下，总能量是基本不变的。为了使设计结构与总能量相匹配，除了修改刚度以产生不同的截面力来匹配和适应，在考虑整车造型和满足总布置要求的前提下，还可以通过修改前端各个吸能区域的长度来匹配。例如前防撞梁和吸能盒区域(A5)为最先碰撞与吸能区域，而且相对来说具有一定的独立性，吸能盒与前防撞梁一般也是可拆卸的安装方式，优先选择调整A5区域，其次选择A6区域(对主纵梁的长度以及刚度调整)，还可以选择A10区域(对前围板的纵向长度以及刚度进行调整)。
具体地，所述设计模块50，还用于：在偏置碰撞测试过程中，获取动力总成对应的偏转角度；基于所述偏转角度对动力总成的长度进行调整，得到所述待设计车辆对应的吸能区域设计参数。
需要说明的是，一般在20％-60％正面宽度偏置碰撞中，只有左侧被碰撞，右侧没有壁障，所以左侧进行碰撞后动力总成会向右偏转一个角度a，在进行设计时，根据公式(2)对动力总成在前后方向上的长度进行调整：
A2′＝A2*COSa 公式(2)
其中，A2′为调整后的动力总成长度，A2为调整前的动力总成长度，a为动力总成的偏转角度。
应当理解的是，以上仅为举例说明，对本发明的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本发明对此不做限制。
本实施例通过赋予待设计车辆的各预设吸能区域内部件初始刚度以及初始长度；基于壁障或者测试台车对待设计车辆进行偏置碰撞测试；获取各预设吸能区域的截面力以及总动能，并获取轮胎压缩状态；根据初始长度以及轮胎压缩状态选取预设调整策略；根据总动能以及截面力通过预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，得到待设计车辆对应的吸能区域设计参数。通过上述方式，对待设计车辆进行偏置碰撞测试，根据初始数据以及轮胎压缩状态选择不同的调整策略，根据碰撞数据基于调整策略对零部件刚度以及长度进行调整，考虑了吸能区域零部件的刚度以及尺寸布局，更准确的设计出满足碰撞需求的安全的吸能空间布局。
需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。
另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的汽车吸能区设计方法，此处不再赘述。
在一实施例中，所述获取模块30，还用于：
获取受到挤压的轮胎对应的胎压以及后移量；
若所述胎压达到预设胎压阈值，则确定轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态；
若所述后移量达到预设长度阈值，则确定轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态；
若所述胎压未达到预设胎压阈值且所述后移量未达到预设长度阈值，则确定轮胎压缩状态为轮胎未压缩至阈值状态。
在一实施例中，所述选取模块40，还用于在所述轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态，且第一预设吸能区域对应的第一初始长度大于第二预设吸能区域对应的第二初始长度时，选取第一预设调整策略，其中，所述第一预设吸能区域为动力总成区域，所述第二预设吸能区域为轮毂区域；
所述设计模块50，还用于根据所述总动能以及所述截面力通过所述第一预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整。
在一实施例中，所述选取模块40，还用于在所述轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态，且第一预设吸能区域对应的第一初始长度小于或者等于第二预设吸能区域对应的第二初始长度时，选取第二预设调整策略，其中，所述第一预设吸能区域为动力总成区域，所述第二预设吸能区域为轮毂区域；
所述设计模块50，还用于根据所述总动能以及所述截面力通过所述第二预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整。
在一实施例中，所述选取模块40，还用于在所述轮胎压缩状态为轮胎未压缩至阈值状态时，选取第三预设调整策略；
所述设计模块50，还用于获取发动机的实际后移量；
根据所述发动机的实际后移量、所述总动能以及所述截面力通过所述第三预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整。
此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器(Read Only Memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种汽车吸能区设计方法，其特征在于，所述汽车吸能区设计方法包括：
赋予待设计车辆的各预设吸能区域内部件初始刚度以及初始长度；
基于壁障或者测试台车对所述待设计车辆进行偏置碰撞测试；
获取各预设吸能区域的截面力以及总动能，并获取轮胎压缩状态；
根据所述初始长度以及所述轮胎压缩状态选取预设调整策略；
根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，得到所述待设计车辆对应的吸能区域设计参数。
2.如权利要求1所述的汽车吸能区设计方法，其特征在于，所述获取轮胎压缩状态，包括：
获取受到挤压的轮胎对应的胎压以及后移量；
若所述胎压达到预设胎压阈值，则确定轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态；
若所述后移量达到预设长度阈值，则确定轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态；
若所述胎压未达到预设胎压阈值且所述后移量未达到预设长度阈值，则确定轮胎压缩状态为轮胎未压缩至阈值状态。
3.如权利要求2所述的汽车吸能区设计方法，其特征在于，所述根据所述初始长度以及所述轮胎压缩状态选取预设调整策略，包括：
在所述轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态，且第一预设吸能区域对应的第一初始长度大于第二预设吸能区域对应的第二初始长度时，选取第一预设调整策略，其中，所述第一预设吸能区域为动力总成区域，所述第二预设吸能区域为轮毂区域；
根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，包括：
根据所述总动能以及所述截面力通过所述第一预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整。
4.如权利要求2所述的汽车吸能区设计方法，其特征在于，所述根据所述初始长度以及所述轮胎压缩状态选取预设调整策略，包括：
在所述轮胎压缩状态为轮胎压缩至阈值状态，且第一预设吸能区域对应的第一初始长度小于或者等于第二预设吸能区域对应的第二初始长度时，选取第二预设调整策略，其中，所述第一预设吸能区域为动力总成区域，所述第二预设吸能区域为轮毂区域；
根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，包括：
根据所述总动能以及所述截面力通过所述第二预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整。
5.如权利要求2所述的汽车吸能区设计方法，其特征在于，所述根据所述初始长度以及所述轮胎压缩状态选取预设调整策略，包括：
在所述轮胎压缩状态为轮胎未压缩至阈值状态时，选取第三预设调整策略；
根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，包括：
获取发动机的实际后移量；
根据所述发动机的实际后移量、所述总动能以及所述截面力通过所述第三预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整。
6.如权利要求1所述的汽车吸能区设计方法，其特征在于，所述根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整之后，所述方法还包括：
在偏置碰撞测试过程中，获取动力总成对应的偏转角度；
基于所述偏转角度对动力总成的长度进行调整，得到所述待设计车辆对应的吸能区域设计参数。
7.如权利要求1-6中任一项所述的汽车吸能区设计方法，其特征在于，所述获取各预设吸能区域的截面力，包括：
基于CAE仿真模型在各预设吸能区域发生碰撞的半边设置截面；
在偏置碰撞测试过程中，获取所述截面对应的受力随时间变化的截面力曲线；
对所述截面力曲线取均值，得到各预设吸能区域的截面力。
8.一种汽车吸能区设计装置，其特征在于，所述汽车吸能区设计装置包括：
初值赋予模块，用于赋予待设计车辆的各预设吸能区域内部件初始刚度以及初始长度；
测试模块，用于基于壁障或者测试台车对所述待设计车辆进行偏置碰撞测试；
获取模块，用于获取各预设吸能区域的截面力以及总动能，确定轮胎压缩状态；
选取模块，用于根据所述初始长度以及所述压缩状态选取预设调整策略；
设计模块，用于根据所述总动能以及所述截面力通过所述预设调整策略对目标吸能区域内部件的初始刚度以及初始长度进行调整，得到所述待设计车辆对应的吸能区域设计参数。
9.一种汽车吸能区设计设备，其特征在于，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的汽车吸能区设计程序，所述汽车吸能区设计程序配置为实现如权利要求1至7中任一项所述的汽车吸能区设计方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有汽车吸能区设计程序，所述汽车吸能区设计程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的汽车吸能区设计方法的步骤。
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