TWI452280B - 汽車構件之衝突性能評價方法及使用於其之構件衝突試驗機 - Google Patents

Description

汽車構件之衝突性能評價方法及使用於其之構件衝突試驗機 發明領域

本發明係有關一種汽車研發階段所進行之汽車構件衝突性能評價方法，及使用於其之構件衝突試驗機。

本案係根據2009年8月4日於日本所申請之特院2009-181208號案主張優先權，並在此引用其內容。

發明背景

在汽車研發設計階段，車體衝突性能評價乃無法避免之項目，汽車廠商會製造試做車輛實施衝突試驗，確認有確保目標衝突性能，才進入量產。然而當一部份構件強度不足時，必須進行提升該構件強度之對策，重新製作試做車，再次進行衝突試驗。如此步驟不僅要耗費大量開發成本，也要耗費許多時間，對研發工程影響甚大。

為了解決此問題，先前已經開始進行以構件為單位的衝突性能評價。大幅影響汽車衝突性能之基本構件，可由過去累積之知識得知，例如側面衝突時，車身中柱與側欄就是最重要的構件。如果這些單項構件，能在與實際組裝至車體之狀態(全車體狀態)相同的條件下進行性能評價，就可節省重新製作試做車的成本與時間。

但是此等構件若進行單項之單純三點彎曲試驗，比起實際組裝在車體之狀態下進行的衝突試驗，仍無法充分反映構件支撐方法及來自周圍構件的影響，故對實際車輛採用判斷來說，有精確度過低之問題。

另一方面，目前也盛行在電腦上進行汽車構件衝突性能評價的手法。例如專利文件1中揭示有使用CAE(Computer Aided Engineering)模型，以動態顯性法分析衝突時之車身中柱的挫區特性。在全車體狀態下使用CAE模型做分析，可以精確地對性能評價構件與其他構件之間的相互作用進行評價，是評價衝突性能的有效方法。但是全車體狀態下的衝突模擬屬於非常高之負荷，執行此種模擬需要龐大的計算機能力，以及數天時間的運算，故難以進行充分次數之測試。而且即使能確保運算時間，CAE模型之分析也很難反映出製作構件之步驟中，所產生之加工硬化、焊接時之熱影響、材料段列線巷等等。因此即使採用全車體之CAE模型分析來判斷實際車輛採用，也有無法確保充分可靠度之問題。

由於上述情形，目前雖開發出各種技術，卻依然難以有效又精確地實施汽車構件的衝突性能評價。

先前技術文件 專利文件

【專利文件1】日本特開2006-281964號公報

有鑑於上述之先前問題點，本發明之目的，係提供一種能以與試做車全車體狀態衝突試驗同等之可靠度，評價汽車構件衝突性能的汽車構件衝突性能評價方法，及使用於其之構件衝突試驗機。

本發明為了解決上述課題，係提供以下各態樣。

(1)本發明中一種態樣之汽車構件構造之性能評價方法，係具備：將構成車輛之構件中作為評價對象之構件，與進行上述評價對象構件之衝突試驗之衝突試驗機，組合為模組並做成模型，然後使用此部份構造CAE模型進行分析，求出上述部份構造CAE模型中之衝突性能評價參數值的運算步驟A；將上述運算步驟A中之上述衝突性能評價參數值加以記憶的記憶步驟B；將上述部份構造CAE模型之上述衝突性能評價參數，與事先取得之全車體CAE模型之上述衝突性能評價參數做比較，以決定上述部份構造CAE模型之邊界條件，使比較之差異落在特定範圍內的運算步驟C；將上述運算步驟C所求出之上述部份構造CAE模型之上述邊界條件加以記憶的記憶步驟D；根據上述記憶步驟D中所記憶之上述部份構造CAE模型之上述邊界條件，來決定實物之構件衝突試驗機之邊界條件的運算步驟E；將上述運算步驟E所決定之上述構件衝突試驗機之上述邊界條件加以記憶的記憶步驟F；和根據上述記憶步驟F所記憶之上述設定條件，使用上述構件衝突試驗機之實物與上述構件之實物，進行衝突試驗的試驗步驟G。

(2)在上述(1)之性能評價方法中，進行衝突性能評價之構件，可使用上述全車體CAE模型之分析結果，或是全車體衝突試驗結果中最少一個結果，來進行選定。

(3)上述(1)或(2)之性能評價方法，可以如以下一般實施：上述運算步驟A中，係使用預先記憶於記憶步驟D之部分構造CAE模型的邊界條件，藉由上述部分構造CAE模型求出與上述構件有不同形狀之構件的上述衝突性能評價參數值，然後決定構件形狀，使此衝突性能評價參數值滿足特定目標值；對具有上述已決定形狀之實物構件，係依據記憶步驟F所記憶之上述試驗條件，使用上述構件衝突試驗機之實物進行衝突試驗。

(4)上述(1)至(3)之任一項性能評價方法，可以如以下一般實施：上述運算步驟A所求出之上述部份構造CAE模型的上述性能評價參數，係包含變形模式、變形量、變形速度、變形能量中最少一項。

(5)上述(1)至(4)之任一項性能評價方法，可以如以下一般實施：上述構件衝突試驗機係以單數或複數支撐點來支撐上述構件；上述運算步驟E所決定之上述構件衝突試驗機的邊界條件，係最少包含上述構件之各支撐點的旋轉自由度、移動自由度、變形阻抗、旋轉變形阻抗中最少一項。

(6)本發明中一種態樣之衝突試驗機，係用於評價汽車構件的衝突性能。此衝突試驗機，係具備支撐作為調查對象之構件的單數或複數支撐點；對上述構件賦予旋轉自由度、移動自由度中最少一項的可動支撐部；對上述構件賦予旋轉變形阻抗、移動變形阻抗中最少一項的阻抗賦予部；和推壓上述實物構件的負重施加裝置。

(7)上述(6)之衝突試驗機中：上述可動支撐部可包含旋轉軸；上述阻抗賦予部，可包含連接於上述旋轉軸之飛輪。

(8)上述(7)之衝突試驗機中：上述旋轉軸可具有單向棘爪。

(9)　上述(1)至(5)之任一項性能評價方法中，可使用上述(6)至(8)之任一項所記載之衝突試驗機。

上述(1)之衝突性能評價方法中，係使部份構造CAE模型之上述衝突性能評價參數，和全車體CAE模型之上述衝突性能評價參數，兩者差異落在特定範圍內，來決定上述部份構造CAE模型的邊界條件。藉由此步驟，部份構造CAE模型也和全車體CAE模型一樣，可以正確反映衝突時來自周圍構件的影響；藉由計算負擔較小之部份構造CAE模型，就可得到與全車體CAE分析，及全車體裝態之實際衝突試驗幾乎相同的精確度，而可有效評價構件之衝突性能。上述(6)之衝突試驗機，藉由具備支撐點、可動支撐部、阻抗賦予部，可以精確重現衝突時構件所受到的影響，也可輕易設定試驗條件。此衝突試驗機，可使用上述(1)的衝突性能評價方法。

圖式簡單說明

第1圖係表示本發明一種實施態樣之方法流程的流程圖。

第2圖係表示汽車骨架構件之立體圖。

第3圖係上述實施態樣中之構件衝突試驗機的立體圖。

第4圖係上述構件衝突試驗機的側面圖。

第5圖係表示部份構造模型CAE分析所產生之邊界條件的比對結果圖表。

第6圖係作為構件衝突試驗機支撐部之邊界條件，使用三種不同條件模擬部份構造衝突的結果。

用以實施發明之形態

以下說明本發明之理想實施態樣。本實施態樣可實施作為評價汽車構件性能的技術性方法，而且在構成本實施態樣之各步驟中，也可實施為使用電腦程式及系統所執行的開發系統。

第1圖係表示本發明一種實施態樣所實施之各步驟的流程圖。現行車輛之全車體衝突試驗結果，或是研發設計中之汽車全車體CAE分析結果等全車體資訊，皆先取得既有資訊而保存於資料庫中。資訊取得步驟，係由系統從資料庫中取得此等全車體資訊。資料庫並非必備，也可由技術者因應必要狀況，對系統輸入全車體資訊。全車體資訊中，針對汽車之複數骨架零件，係包含衝突試驗之變形資訊(衝突性能評價參數)。依據此等全車體資訊，從構成汽車骨架之構件(單數或複數構件之集合體)中選擇大大影響衝突性能的構件(重要構件)。

被選擇之構件，係成為依據本實施態樣之方法進行分析及衝突性能評價的對象。技術者可以依據經驗法則或外來資訊任意選擇構件，也可以由系統自動選擇構件。例如汽車所包含之複數骨架構件，可使用全車體CAE模型分析結果或全車體衝突試驗結果中最少任一項，計算出每個骨架構件對衝突試驗中汽車整體的變形賦予度，來挑選賦予度最高的構件(構件選擇步驟)。例如側面衝突中，已知第2圖所示之中柱1及側欄2對車體影響較大，便可依據此知識來選擇構件。本實施態樣中係挑選中柱1與側欄2之複合體，作為進行評價之構件範例。

另外，此說明書中之構件，可以是加工單位上或材質上的單一零件，也可以如上述例子一般，將複數構件以焊接、黏接、螺絲鎖緊等方式所組合而成的複合體。而且以下之記載中，上述構件組裝於車輛之狀態(全車體狀態)的衝突試驗，係稱為全車體衝突試驗。而且全車體衝突試驗的CAE模擬，在以下記載中係稱為全車體衝突模擬。相對地，上述僅將構件組裝至衝突試驗機(構件衝突試驗機)所進行的衝突試驗，在以下記載中稱為構件衝突試驗。而且此構件衝突試驗之CAE模擬，稱為部分構造衝突模擬。

選定進行衝突性能評價之構件後，在CAE上設計模組，係構件與用以進行構件(例如中柱1與側欄2之複合體)之衝突試驗的構件衝突試驗機所組合而成的模組(部份構造CAE模型製作步驟)。以下說明技術者依照本實施態樣之方法，製作部份構造CAE模型的手續。另外，部份構造CAE模型之製作，係由電腦系統依據預先輸入之資訊與目標參數，自動實施完成。

部份構造CAE模型，係將構件和支撐構件之構件衝突試驗機的複合體，藉由有限元素法加以模型化而成，可模擬構件衝突試驗機的構件衝突狀態。至於部份構造CAE模型所使用之構件資訊，在本階段係使用貯存於上述資料庫之既有全車體資訊中的形狀及物理特性資料。

部份構造CAE模型中，可自由製作進行實際構件衝突試驗的構件衝突試驗機構造。通常會使用後述之基本框體，將各種可更換之零件安裝於框體上，就可做成對應各種形狀之構件的構件衝突試驗機。對特殊構件進行衝突試驗時，也可以重新製作基本框體本身。

第3圖及第4圖，係本實施態樣之構件衝突試驗機的說明圖。構件衝突試驗機之基本構造，包含支撐構件之支撐治具10，和對構件施加負重之負重施加裝置30。第3、第4圖之支撐治具10及負重施加裝置30的具體構造，係本實施態樣之一種實施例，被設計為特別適合進行中柱1與側欄2之構件衝突試驗的形狀。本發明之構件衝突試驗機及方法、程式，並不限於中柱與側欄的衝突性能評價，也可適用於不同種類構件。

支撐治具10，係具備基本框體(水平基座11、垂直基座12及傾斜樑13)，和安裝於該基本框體之複數支撐點16、24。支撐治具10係透過各支撐點，以可活動之方式來支撐構件。各支撐點之支撐態樣，係部份衝突模擬中賦予構件之邊界條件的一部分。各支撐點之支撐態樣如以下所說明，係組合旋轉自由度、移動自由度、以及對應此兩者之旋轉變形阻抗、移動變形阻抗，來加以決定。各支撐點係經由單數或複數之可動支撐部和阻抗賦予部，安裝於基本框體上。結果各支撐點就可用特定之變形自由度與變形阻抗來支撐構件。作為可動支撐部來使用之具體零件，可舉出例如缸筒25、搖臂21、滑動器、旋轉軸20等。作為阻抗賦予部所使用之具體零件，可舉出例如具有慣性阻抗之配重或飛輪(旋轉變形阻抗)，具有黏滯阻抗之油壓缸筒或氣壓缸筒，具有彈性阻抗之金屬彈簧，具有摩擦阻抗之制動器，具有可塑性變形阻抗(撓曲變形阻抗)的阻抗體等等。此外，也可藉由調整上述可動支撐部本身之重量或動量，來賦予慣性阻抗。做為可動支撐部及阻抗賦予部之購零件的阻抗特性(黏滯阻抗、彈性阻抗、摩擦阻抗、可塑性變形阻抗)，係透過零件規格或實際測量值來取得，並重現於CAE模擬上。各阻抗賦予部之阻抗值在滿足實體重現之範圍內，可以進行變更。在變動範圍內，將CAE模型中之此阻抗值設定為適當數值或範圍，來整合部分衝突CAE模型上之構件的變形特性，和全車體狀態下之構件變形特性。

決定支撐治具之構造時，要考慮評價對象構件與其他構件的連接態樣，及衝突型態等，設定必要之支撐治具支點數量和各支點位置，然後設定該支點應該使用之可動支撐部及阻抗賦予部的組合。進行此等設定時，可以實際製作支撐治具與負重施加裝置之整體，組合出能夠承受衝擊試驗之加重，在試驗時有充分安全性的零件。如此設定所有支撐點的可動支撐部、阻抗賦予部。而且為了模擬構件所受到之衝突衝擊，要暫定負重施加裝置30之重量、衝突初速、衝突部位形狀、衝突方向等等。然後組裝構件，將包含支撐治具、被治具所支撐之構件、及負重施加裝置等三者的複合體(模組)做成CAE模型。在此階段，會製作出部份構造CAE模型之初期形狀。此時也會暫定各支撐點對構件所賦予之邊界條件。

做為負重施加裝置，可使用高輸出油壓缸所打出的衝擊台車(衝撞器)，或藉由自由落體來獲得速度與能量的裝置。第3圖所例舉之負重施加裝置30，係油壓缸式的衝擊台車。

其次，使用已經做成之部分構造CAE模型，進行構件衝突模擬。此構件衝突模擬，係使CAE模型中之負重施加裝置30動作，去衝突構件。藉由本模擬，可依據後述之評價指標(衝突性能評價參數)執行定量之構件變形特性，來與全車體衝突模擬中之評價指標值做比較。配合此比較結果，來進一步調整構件衝突試驗機之結構，盡量縮小構件模擬與全車體模擬之間評價指標值的差異。做為調整手段，可追加、刪除、更換可動支撐部及阻抗賦予部，以及重新調整各阻抗賦予部所賦予的阻抗值等等。

部份構造CAE模型之模擬中，係求出構件衝突試驗機所產生之構件變形特性，然後為了使此特性對應全車體CAE模型模擬結果滿足特定條件，而瘸定部份構造CAE模型中構件衝突試驗機的邊界條件。為了定量評價此變形特性之一致程度，係選定一項或複數項代表構件變形特性的評價指標(衝突性能評價參數)，每次進行模擬就算出此等評價指標值(運算步驟A)。算出來之評價指標值，會被記憶在系統中。(記憶步驟B)

做為變形特性之評價指標，可自例如變形模式分佈(主要有關於零件之可塑性)、變形量(主要有關於零件強度與衝擊大小)、特定位置之截面力、變形速度(主要有關於零件之可塑性)、變形能量(主要有關於衝擊強度與可塑性變形)等中適當選擇一項，或是使用複數指標。此等指標值，為了使全車體衝突模擬與構件衝突模擬在最高精確度下盡量一致，必須反覆進行構件衝突試驗機的CAE調整與構件衝突模擬(運算步驟C)。

另外，全車體衝突試驗中之構件變形模式、變形量、變形速度、變形能量等，可分析系統所取得之全車體資訊來取得。比較全車體衝突模擬與構件衝突模擬之結果，當變形特性全指標值在可容忍之一定偏差內達到一致，就結束部分構造CAE模型之調整。系統可以在預先設定之指標達到一致之前會自動重複進行模擬，每個迴圈嘗試不同零件構造組合或不同阻抗值，也可以在系統輔助下由技術者手動變更模型。

經過上述過程，可以決定部分構造CAE模型之邊界條件，使部分衝突CAE模型上之衝突試驗機的構件變形特性，與全車體CAE模型上之衝突試驗變形特性達到一致，然後將此邊界條件記憶於系統中(記憶步驟D)。

系統所記憶之邊界條件，在之後進行之實機衝突試驗中，會用來做為構件衝突試驗機的試驗條件。

其次，僅在必要情況下，實施構件形狀最佳化步驟。使用記憶步驟D所記憶之部分構造CAE模型，進行構件形狀的改良‧最佳化。在最佳化的時候，不僅可改良衝突時之變形特性，還可從輕量化觀點或節省成本觀點來改善構件。具體來說，可以在部分構造CAE模型上，維持構件衝突試驗機之固定，直接改變構件形狀。對形狀改變之構件進行CAE零件衝突模擬，求出衝突性能評價參數，使該衝突評價參數值滿足特定目標值，來決定構件形狀。如此所決定之構件形狀，已經由模型保證可安裝於實際車輛上，同時在重量面、成本面也達到最佳化。

其次說明實機之構件衝突試驗步驟。此步驟中，係使用與上述已決定之部分構造CAE模型中之構件衝突試驗機具有相同性能的構件衝突試驗機，來進行構件衝突試驗。構件衝突試驗機具備：支撐構件之複數支撐點；對構件賦予旋轉自由度、移動自由度中最少一項的可動支撐部；對實物構件賦予旋轉變形阻抗、移動變形阻抗中最少一項的阻抗賦予部；和推壓實物構件的負重施加裝置。構件衝突試驗機之設定，係將部份構造CAE模型所決定之支撐點，經由可動支撐部與阻抗賦予部安裝於實機的基本框體上。當制動壓力等阻抗賦予部阻抗值為可變結構時，此可變阻抗值亦根據部分構造CAE模型之分析結果來設定。具體來說，例如將衝擊台車對構件之位置與射出方位，調整為與部分構造CAE模型所模擬的狀態一致。而且藉由適當設定衝擊台車之射出用油壓缸壓力，來重現與CAE模型模擬一樣的衝撞器初速。

在衝突試驗機的實機設定中，當構件衝突試驗機實機之各支撐點在支撐構件時，構件所受到之旋轉阻抗、移動阻抗等支撐狀況，必須與部分構造CAE模型上所決定的條件一致。依據記憶步驟D所記憶之部分構造CAE模型的邊界條件，來決定構件衝突試驗機的試驗條件(運算工程E)。部分衝突CAE模型上之構件衝突試驗機，與實機之構件衝突試驗機，基本上為相同規格，故部份衝突CAE模型中所決定之邊界條件，可以直接當作實機之構件衝突試驗機之試驗條件來使用；但是在試驗裝置結構上，若直接將邊界條件當作試驗條件，有時候無法發揮部份構造CAE模型中所確認過的構件試驗機能力。此時可以調整構件衝突試驗機之試驗條件，使能力達到衝突試驗機的能力目標值。此運算步驟E所決定之構件衝突試驗機的試驗條件，係包含構件各支撐點上的旋轉自由度、移動自由度、變形阻抗、旋轉變形阻抗中最少一項。決定好的試驗條件會被記憶在系統中(記憶步驟F)。

如以上所述，用調整(對照)過支撐點條件的構件衝突試驗機來支撐構件，實際進行構件衝突試驗。從部分構造CAE模型分析結果所求出之構件衝突試驗機試驗條件，係在記憶步驟F中被記憶起來，然後依據此資訊，使用構件衝突試驗機進行構件衝突試驗(試驗步驟G)。如此評價構件衝突性能之可靠度，可以與使用試做車之全車體狀態衝突試驗之可靠度相同。

若依如此之本發明，就可用與使用試做車之全車體狀態衝突試驗相同之高度可靠度，來評價汽車零件之衝突性能，故可廉價進行極大量之衝突試驗。結果可防止最後階段無法預期的開發成本或研發工程增加。

另外，也可以製作電腦程式，用以實現本發明各實施態樣中之汽車零件衝突性能評價方法的功能。此程式可以記錄於電腦可讀取之記錄媒體中。可藉由電腦系統來執行上述程式，而實施各種功能。

另外上述電腦系統，係包含操作系統或執行所需之硬體。而且上述記錄媒體係包含磁碟片、硬碟、光磁碟、CD-ROM等。

(實施例)

以下表示本發明實施態樣之方法的一個實施例。本實施例中，係分析側面衝突時中柱1及側欄2的變形。事先已經製作並調整適合分析此情況的部分構造CAE模型，並進行構件衝突試驗模擬，以及實機的構件衝突試驗機試驗。

做為全車體資訊，係取得既有之全車體CAE模擬結果，分析衝突時中柱1及側欄2的變形特性。用來決定邊界條件之中柱1變形特性指標，係使用延中柱衝擊方向之最大變位量L，和變形後中柱整體之輪廓。第5圖表是全車體衝突試驗前後之中柱輪廓。分析此輪廓，結果發現全車CAE模擬前後的中柱最大變位量L，係234mm。

使用上述評價指標，在部分構造CAE模型上實施構件衝突試驗機之設計。支撐治具10之基本框體具備水平基座11和形成於其後部的垂直基座12；兩者之間為了能夠承受衝突試驗之負重，係配置有傾斜樑13。支撐中柱1與側欄2複合體之支撐點，在中柱1上部有一處，下部側欄2左右有兩處，總計三處；在CAE模型上，各支撐點分別配置有做為可動支撐部的旋轉軸承14，和做為模擬旋轉變形阻抗之阻抗賦予部的飛輪17等。

在此，若使用例如慣性動量較大之飛輪17，進行衝突試驗時下部支撐點16的旋轉變形阻抗就較大；若使用慣性動量較小之飛輪17，下部支撐點16的旋轉變形阻抗就較小。為了最正確模擬全車體衝突時之選定零件的變形，而調整飛輪17之慣性動量。另外此實施例中，判斷僅使用飛輪17是模擬支撐點16旋轉變形阻抗的最佳手段，但不同情況下亦可配置輔助制動器，或是阻止特定量以上之變形的阻擋器，而得到更佳的邊界條件。

部分構造CAE上，進一步設置有以下之可動支撐部。有鑑於全車體衝突後中柱1之上下方向變位量，垂直基座12之上端部，配置有以第4圖所示之軸20為中心，可搖動的搖臂21(可動支撐部)。搖臂21之前端部配置有旋轉軸23，其下部同樣為了模擬旋轉變形阻抗而具備飛輪22(阻抗賦予部)。此旋轉軸23之中央部固定於中柱1之上端部。旋轉軸23與飛輪22構成上部支撐點24。更且在CAE模型上，搖臂21配置有從水平基座11往斜上方延伸的缸筒25。此構造可以模擬全車體衝突試驗中，中柱發生挫曲時受到來自車體的撓曲變動阻抗等等。在全車體狀態下，中柱1之上端部，係被比下部側欄2更容易變形的天花板構造所支撐，故在設計支撐治具時，係採用上述搖臂21與旋轉軸23的搭配組合。此設計中，下部支撐點16可調節旋轉自由度與其旋轉變形阻抗，上部支撐點24可調節旋轉自由度與其旋轉變形阻抗、移動自由度與其移動變形阻抗。而且，部分構造CAE模型上之負重施加裝置30，係配置在可對中柱1施加與側面衝突相同之負重的位置和角度。

部分構造CAE模型之衝突模擬中，衝撞器質量設定為350kg，射出速度為20km/h。一邊調整各支撐點之飛輪重量，一邊重複進行模擬。

部分衝突模擬之前半段，飛輪17、22係於一定方向旋轉，但是當衝突現象結束一段時間之後，累積之旋轉能量會進一步扭曲側欄，增加整體之變形。結果與全車體CAE結果差異甚大。因此調整CAE模型，使飛輪只會往旋轉軸傳遞特定方向的旋轉阻抗。實機試驗中，在旋轉軸與飛輪之間設置單向棘爪，亦可實現與此模型相同的試驗條件。

以本實施態樣之方法完成調整之部分構造CAE模型，其部分構造衝突模擬結果如第5圖所示。

調整飛輪動量等支撐治具之各部分結構，結果如第5圖所示，模擬後中柱之最大變位量L為226mm，在目標偏差範圍內。而且中柱整體之輪廓也很精確地與全車體狀態成為一致形狀，故結束此階段的CAE模型調整。

第6圖，係表示部分構造CAE模擬結果中，構件衝突試驗機支撐部之邊界條件有無經過對照，對中柱衝突時變位的影響。此試驗中，對上述調整結束之部分構造CAE模型，係僅將各飛輪之旋轉動量做為可變參數，賦予此參數三種數值來進行衝突模擬。如上所述，支撐治具有三點支點，分別經由飛輪來支撐中柱。此等飛輪之旋轉動量為可變參數。圖中箭頭表示賦予加重的位置與方向。

(條件1：旋轉固定)此條件中，三個支點之飛輪全都屬於無法旋轉之固定狀態。

(條件2：附加飛輪)此條件中，三個支點上之飛輪分別藉由調整參數，而具有既定旋轉動量，允許在第6圖中於平行於圖面之平面內旋轉。各飛輪之動量，被設定為最接近全車體衝突狀態之數值。此條件2係與第5圖中決定邊界條件後之部分構造CAE模型的條件相同。

(條件3：自由旋轉)此條件中，各飛輪之轉軸周圍的旋轉動量為0。中柱在三點支點上可對治具自由旋轉。

第6圖係表示中柱衝突前之形狀，和上述三條件下部分構造CAE分析所得到的中柱衝突後之形狀。中柱形狀和衝突所施加之衝擊，與第5圖之模擬相同。與第5圖所示之全車體CAE分析結果一致性最高的，明顯是條件2(附加飛輪)的結果。

另一方面，條件1(旋轉固定)中，與全車體CAE分析結果做比較，計算出之衝突後變位在車輛寬度方向上，最多低估了32%左右。此結果表示使用完全限制支撐部旋轉的治具來進行試驗，變位量會被極度低估。

而在條件3(自由旋轉)中，與全車體CAE分析結果做比較，計算出之衝突後變位在車輛寬度方向上，最多高估了51%左右。此條件3係模擬忽視車體對中柱造成的旋轉阻抗。例如一般的三點撓曲試驗中，各支撐構件並未限制被檢測零件之旋轉，故會預測到接近此條件3的結果。

從上述結果可發現，中柱受到來自車體之旋轉阻抗，對衝突後之中柱變位會造成重大影響。使用本實施態樣之支撐治具來進行試驗，係使用飛輪模擬適當旋轉阻抗來進行構件衝突試驗，比起先前使用三點撓曲式或完全固定式治具進行的構件衝突試驗，可大幅提升試驗結果準確度。

其次，進行實機支撐治具的支撐點安裝作業。

做為實機之各阻抗賦予部，下部支撐點16用之飛輪17，係使用直徑500mm，厚度100mm，重量約154kg的略圓板型飛輪。上部支撐點24用之飛輪22，係使用直徑500mm，厚度35mm，重量約54kg的略圓板型飛輪。兩種飛輪17、22之軸承裝備有單向棘爪，設定為在試驗後半會空轉的方向。

缸筒25之移動阻抗為5000kg重(49kN)。衝擊器質量為350kg，衝擊器射出初速與CAE模擬上一樣是20km/h，發射裝置設定完成。

(試驗1)

依據上述條件，使用中柱實物構件來實施構件衝突試驗。中柱之實物變形輪廓，和CAE模擬上的變形輪廓之間，發現無法忽略的差異。在實施試驗後之實物中柱上觀察此差異中心部份，發現中柱長邊方向中央部有單點破裂。在CAE模擬上，無論是全車體CAE模型的衝突模擬，或是部份衝突CAE模型衝突模擬，都無法重現此種破裂。

(試驗2)

因此另外準備新中柱，在相當於上述破裂之位置進行TIG焊接，追加補強焊接泡。然後使用經過TIG焊接之中柱，再次實施實機的構件衝突試驗。結果做過TIG焊接之中柱，無論市TIG焊接部份或其他部份，都沒有發現單點破裂。

進一步製作三支上述TIG焊接補強過的中柱，使用三之中柱進行三次實機構件衝突試驗。結果實物中柱之最大變形量L，三次測試平均值為237mm。變形後之中柱輪廓，也很精確地與全車體及選擇構件的CAE衝突試驗結果一致。三次測試都沒有觀察到單點破裂，中柱之輪廓彼此也大致相同。因此了解使用實機構件衝突試驗機的試驗，具有高度重現性。

如上所述，本發明方法之實施例，係製作部份衝突CAE模型，在CAE上決定邊界條件進行模擬，然後再以實機重現此邊界條件，進行構件衝突試驗。結果針對各變形評價指標，都可精確重現全車體CAE的模擬結果。

而且全車體及構件衝突的CAE模擬中，衝突時並未發現單點破裂現象，使用實機進行構件衝突試驗卻有發生。亦即構件具有潛在問題，並未出現在全車體CAE模擬上及部份構造衝突CAE模擬上；進行部份構造衝突試驗之後，才能使問題浮上檯面。

為了避免此破裂，以TIG焊接補強實物中柱之後，部份衝突CAE模擬上之中柱變形特性，與使用補強後實物零件進行部份衝突試驗的變形特性便達成一致。

藉由上述實施例可得知，若依本實施態樣之方法，可以輕易在實機上重現以往CAE模型難以重現的破裂現象等。

產業之可利用性

本發明之衝突性能評價法中，係使用以構件變形特性為指標而調整的部份構造CAE模型，來進行衝突模擬，故可保證部份構造CAE模型之邊界條件，在全車體CAE模型中，會正確反映出衝突時受到來自其他構件的力學影響。從而，就算使用計算負擔較小之部份構造CAE模型，也可達到與全車體CAE或全車體衝突試驗幾乎相同的精確度，來評價構件之衝突性能。從而，可抑制開發成本或研發工程之增加。

1‧‧‧中柱

2‧‧‧側欄

10‧‧‧本體

11‧‧‧水平基座

12‧‧‧垂直基座

13‧‧‧傾斜樑

14‧‧‧軸承

16‧‧‧下部支撐部

17、22‧‧‧飛輪

20‧‧‧軸

21‧‧‧搖臂

23‧‧‧旋轉軸

24‧‧‧上部支撐部

25‧‧‧缸筒

30‧‧‧負重施加裝置

第1圖係表示本發明一種實施態樣之方法流程的流程圖。

第2圖係表示汽車骨架構件之立體圖。

第3圖係上述實施態樣中之構件衝突試驗機的立體圖。

第4圖係上述構件衝突試驗機的側面圖。

第5圖係表示部份構造模型CAE分析所產生之邊界條件的比對結果圖表。

第6圖係作為構件衝突試驗機支撐部之邊界條件，使用三種不同條件模擬部份構造衝突的結果。

Claims (13)

1. 一種汽車構件之性能評價方法，其特徵係具備：運算步驟A，係使用部分構造CAE模型進行分析，而在前述部份構造CAE模型求出衝突性能評價參數值，而前述部分構造CAE模型係將已組合車輛中作為評價對象之構件、與進行前述構件之衝突試驗之衝突試驗機之模組作成模型者；記憶步驟B，係將前述運算步驟A中之前述衝突性能評價參數值加以記憶；運算步驟C，係將前述部份構造CAE模型之前述衝突性能評價參數，與事先取得之全車體CAE模型之前述衝突性能評價參數做比較，決定前述部份構造CAE模型之邊界條件以使差異落在特定範圍內；記憶步驟D，係將前述運算步驟C所求出之前述部份構造CAE模型之前述邊界條件加以記憶；運算步驟E，係根據前述記憶步驟D中所記憶之前述部份構造CAE模型之前述邊界條件，來決定部份構造衝突試驗機之邊界條件；記憶步驟F，係將前述運算步驟E所決定之前述部份構造衝突試驗機之前述邊界條件加以記憶；及試驗步驟G，係根據前述記憶步驟F所記憶之前述部份構造衝突試驗機之前述邊界條件，使用前述部份構造衝突試驗機之實物與前述構件之實物，進行衝突試驗。
2. 如申請專利範圍第1項之汽車構件之性能評價方法，其係使用前述全車體CAE模型之分析結果，或是全車體衝突試驗結果中的最少其中一個結果，來選定前述作為評價對象之構件。
3. 如申請專利範圍第1項之汽車構件之性能評價方法，其中前述運算步驟A中，係使用預先記憶於記憶步驟D之部分構造CAE模型的邊界條件，針對與前述評價對象之構件具有不同形狀之構件，藉由前述部分構造CAE模型求出前述衝突性能評價參數值，然後決定該衝突性能評價參數值滿足特定條件之構件形狀；針對由前述已決定形狀所構成之構件，根據記憶步驟F所記憶之前述邊界條件，使用前述部份構造衝突試驗機進行衝突試驗。
4. 如申請專利範圍第2項之汽車構件之性能評價方法，其中前述運算步驟A中，係使用預先記憶於記憶步驟D之部分構造CAE模型的邊界條件，針對與前述評價對象之構件具有不同形狀之構件，藉由前述部分構造CAE模型求出前述衝突性能評價參數值，然後決定該衝突性能評價參數值滿足特定條件之構件形狀；針對由前述已決定形狀所構成之構件，根據記憶步驟F所記憶之前述邊界條件，使用前述部份構造衝突試驗機進行衝突試驗。
5. 如申請專利範圍第1項之汽車構件之性能評價方法，其中前述運算步驟A所求出之前述部份構造CAE模型的前 述性能評價參數，係包含變形模式、變形量、變形速度、變形能量中的最少其中一項。
6. 如申請專利範圍第2項之汽車構件之性能評價方法，其中前述運算步驟A所求出之前述部份構造CAE模型的前述性能評價參數，係包含變形模式、變形量、變形速度、變形能量中的最少其中一項。
7. 如申請專利範圍第3項之汽車構件之性能評價方法，其中前述運算步驟A所求出之前述部份構造CAE模型的前述性能評價參數，係包含變形模式、變形量、變形速度、變形能量中的最少其中一項。
8. 如申請專利範圍第4項之汽車構件之性能評價方法，其中前述運算步驟A所求出之前述部份構造CAE模型的前述性能評價參數，係包含變形模式、變形量、變形速度、變形能量中的最少其中一項。
9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之汽車構件之性能評價方法，其中前述部份構造衝突試驗機係以單數或複數支撐點來支撐前述構件；前述運算步驟E所決定之前述部份構造衝突試驗機的邊界條件，係至少包含前述部份構造之各支撐點的旋轉自由度、移動自由度、變形阻抗、旋轉變形阻抗中的最少其中一項。
10. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之汽車構件之性能評價方法，其中前述部份構造衝突試驗機具有：單數或複數支撐點，支撐作為調查對象之實物構 件；可動支撐部，對前述實物構件賦予旋轉自由度、移動自由度中的最少其中一項；阻抗賦予部，對前述實物構件賦予旋轉變形阻抗、移動變形阻抗中的最少其中一項者；及負重施加裝置，係推壓前述實物構件者。
11. 一種衝突試驗機，係用於評價汽車構件之衝突性能者，其特徵係具備：單數或複數支撐點，係支撐作為調查對象之實物構件者；可動支撐部，係對前述實物構件賦予旋轉自由度、移動自由度中的最少其中一項者；阻抗賦予部，對前述實物構件賦予旋轉變形阻抗、移動變形阻抗中的最少其中一項者；及負重施加裝置，係推壓前述實物構件者，且該衝突試驗機根據部份構造CAE模型之邊界條件，來決定前述實物構件於各前述支撐點的支撐態樣。
12. 如申請專利範圍第11項之衝突試驗機，其中前述可動支撐部係包含旋轉軸；前述阻抗賦予部包含連接於前述旋轉軸之飛輪。
13. 如申請專利範圍第12項之衝突試驗機，其中前述旋轉軸係具有單向棘爪。