車輛碰撞的案例
維克弗里斯特大學(xué)基于 HyperWorks開發(fā)車輛碰撞仿真的人體模型
行業(yè)：高校/科研，汽車
挑戰(zhàn)：汽車碰撞仿真中的有限元人體模型的開發(fā)
Altair 解決方案：采用HyperMesh、HyperMorph和RADIOSS進(jìn)行開發(fā)及驗(yàn)證
優(yōu)點(diǎn)“計算人體模型模擬，可以使評；估更加接近于現(xiàn)實(shí)，從而改進(jìn)；工程設(shè)計，以防止車輛碰撞時造成的潛在人體損傷。
項(xiàng)目介紹
維克弗里斯特大學(xué)（Wake Forest University）是一所在生物醫(yī)學(xué)科學(xué)和生 物工程領(lǐng)域領(lǐng)先的研究型大學(xué)，為學(xué)生和教師提供了個人和專業(yè)成長的優(yōu)異機(jī) 會。
該大學(xué)醫(yī)學(xué)院的損傷生物力學(xué)中心（CIB）研究汽車碰撞造成的損傷，更 加深入了解損傷人體的耐受性，幫助工程師制定更加健全的安全對策。自 2006 以來， CIB 的 Joel Stitzel 和 Scott Gayzik 博士一直是全球人體建模協(xié)會 （GHBMC）的主要研究人員，GHBMC是一個國際性的協(xié)會，包括汽車制造商、 供應(yīng)商、研究型大學(xué)及政府機(jī)構(gòu)，旨在提高碰撞仿真中人體建模技術(shù)。
挑戰(zhàn)
計算模型的建立是損傷生物力學(xué)和創(chuàng)傷研究的一個不斷增長的組成部分。 詳細(xì)的人體模型的數(shù)學(xué)建模，可以準(zhǔn)確模擬人體在真實(shí)情境中的碰撞損傷情況， 有助于進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)，以幫助防止發(fā)生潛在的人體受傷。開發(fā)詳細(xì)人體模型的 第一步是在數(shù)學(xué)上量化基本的人體器官、骨骼及身體的四肢這些會受創(chuàng)傷的部 分。由此產(chǎn)生的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確地代表了一系列的汽車乘員：成人（男 性和女性）、幼兒（3-6 歲）和嬰兒。其次，人體數(shù)據(jù)必須進(jìn)行離散化，以產(chǎn) 生精確的一系列的有限元（FE）模型，這些不同的身體系統(tǒng)的有限元模型，集 成為整個人體模型。最后，整個人體模型必須在汽車碰撞模擬乘員和行人的影 響條件進(jìn)行驗(yàn)證。
展開 5G汽車通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了車輛間通信碰撞規(guī)避\網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)
隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，車輛與車輛之間、車輛與基礎(chǔ)設(shè)施之間實(shí)現(xiàn)通信正在成為可能。日前，5G汽車通信技術(shù)聯(lián)盟（5GAA）在歐洲完成了首個C-V2X直接通信技術(shù)現(xiàn)場演示，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了車輛間通信碰撞規(guī)避、車輛到基礎(chǔ)設(shè)施通信，使車輛與交通燈及交通管理中心實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，并在多個汽車品牌車輛上運(yùn)行。
該技術(shù)演示采用了寶馬提供的電動踏板車、福特、PSA和寶馬的乘用車，所有車輛和設(shè)備都搭載高通最新的9150 C-V2X通訊技術(shù)。不同品牌和種類的車型之間實(shí)現(xiàn)了車間通信（V2V）、車輛與基礎(chǔ)設(shè)施通信（V2I），使車輛與交通燈及交通管理中心實(shí)現(xiàn)網(wǎng)互聯(lián)。
此次展示主要演示了六項(xiàng)功能：車間通信（V2V）可以實(shí)現(xiàn)緊急剎車預(yù)警（Emergency Electronic Brake Light）、十字路口碰撞警示（Intersection Collision Warning）、穿行轉(zhuǎn)向碰撞風(fēng)險警示（Across Traffic Turn Collision Risk Warning）；車輛與行人之間的通信（V2P）則可以提供行人警示功能（Vulnerable Road User (pedestrian) Warning）。車輛與基礎(chǔ)設(shè)施通信（V2I）主要應(yīng)用于信號燈狀態(tài)提醒（Timing / Signal Violation Warning）、車輛限速警示（Slow Vehicle Warning and Stationary Vehicle Warning）。
相比一些車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，C-V2X技術(shù)（以蜂窩網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)）依托于網(wǎng)絡(luò)，通信速度更快，成本效益更高。目前，德國、法國、韓國、中國、日本和美國都已經(jīng)針對C-V2X直接通信展開研究、測試工作。
展開 超高車輛與立交橋梁碰撞的高精度非線性有限元仿真
超高車輛和立交橋梁之間的碰撞事故屢見不鮮,深入研究車2橋碰撞機(jī)理,為提出車2
橋碰撞橋梁損害計算方法奠定基礎(chǔ),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。基于高性能非線性有限元,對超高
車輛2立交橋碰撞進(jìn)行了高精度仿真分析,并對不同車速導(dǎo)致的橋梁損害情況進(jìn)行了討論。分析
結(jié)果可為深入研究車2橋碰撞問題提供參考。
Truck_Impact_SJZ[1].pdf
車輛碰撞分析指南（一）
長篇連載---（一）
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車輛碰撞分析指南（三）
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車輛碰撞分析指南（二）
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車輛碰撞分析指南（四）
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車輛碰撞分析指南（二）
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基于HyperStudy行人與車輛碰撞腿部傷害分析
關(guān)鍵詞：汽車安全 行人保護(hù) 小腿碰撞 HyperStudy 實(shí)驗(yàn)設(shè)計
1 引言
近年來與行人有關(guān)的人車碰撞安全問題，已經(jīng)成為車輛安全性能開發(fā)的熱點(diǎn)[1]。據(jù)日本調(diào)查統(tǒng)計，在非致命的汽車與行人碰撞交通事故中，下肢損傷占40%[2]。為了降低行人腿部所受的傷害通常在車輛前端增加防護(hù)結(jié)構(gòu)吸收行人腿部的碰撞能量，來減輕行人腿部所受傷害。腿部防護(hù)結(jié)構(gòu)的材料、厚度及相對與小腿模型的碰撞位置關(guān)系均對行人小腿傷害產(chǎn)生影響。因此本文利用HyperStudy軟件對影響小腿傷害值的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計，通過分析找出主要影響參數(shù)進(jìn)而進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)。
2 Study模型建立
本文首先利用Altair公司HyperMesh軟件進(jìn)行行人與車輛有限元仿真模型搭建，如圖1所示。建模時僅考慮前端結(jié)構(gòu)對小腿碰撞的影響，基本網(wǎng)格尺寸控制在5mm×5mm[3]。
將搭建好的有限元模型導(dǎo)出.K文件格式并利用LS-DYNA求解器進(jìn)行計算。因此在HyperStudy中需要配置LS-DYNA求解器執(zhí)行腳本，并設(shè)置求解器輸入相關(guān)要求，包括存儲路徑、CPU個數(shù)設(shè)置、運(yùn)算內(nèi)存設(shè)置。
2.1 設(shè)計變量定義
腿部防護(hù)結(jié)構(gòu)通常由前橫梁吸能泡沫和安裝在發(fā)動機(jī)底部護(hù)板上方的塑料支撐件組成，吸能泡沫壓縮剛度及支撐件的X向剛度的設(shè)計尤為重要。另外小腿碰撞模型與車輛前端第一接觸時刻，小腿底部離地面間隙也會對小腿傷害產(chǎn)生一定影響。如圖2所示，黃色部分為小腿沖擊模塊、綠色部分為緩沖塊泡沫、藍(lán)色部分為下支撐件。
因此考慮以上因素，選取DOE設(shè)計變量為小腿底部離地面間隙H、吸能泡沫密度RO、發(fā)動機(jī)底部支撐件厚度T。
展開 基于lsdyna車輛正面100%碰撞剛性墻簡易模擬 ￥15
在汽車碰撞事故中,正面碰撞發(fā)生的幾率是最大的。本案例利用Hypermesh和LS-DYNA對汽車正面碰撞做了簡易的模擬。不同的工況，碰撞完成的時間是不一樣的。一般從接觸開始碰撞到碰撞完成，正碰的時間是0.1秒；偏置碰是0.14秒；側(cè)碰是0.12秒。
100%正面碰撞結(jié)果動畫
正面碰撞接觸力隨時間變化曲線
正面碰撞過程中各部件動能及內(nèi)能變化曲線
本案例模型見收費(fèi)內(nèi)容部分，凡購買本案例的朋友，結(jié)合附件中的模型及相關(guān)操作說明在仿真操作上還有什么疑問，請與我溝通交流。
展開 解密MPDB評估車輛設(shè)計 ￥4
從MPDB研究測試結(jié)果看，MPDB評估有一個“矛盾點(diǎn)”，當(dāng)碰撞車輛質(zhì)量較小時，碰撞車輛吸收的碰撞能量相對較大，MPDB試驗(yàn)的假人評估得分相對較低（或得分非常困難），而兼容性修正罰分會較低，至少臺車的速度變化會小；反之，當(dāng)碰撞車輛質(zhì)量較大時，碰撞車輛吸收碰撞能量相對較少，假人的評估得分相對較高（或得分較易），但臺車速度變化會大，兼容性修正罰分會多。所以MPDB車輛設(shè)計盡量消除這個“矛盾點(diǎn)”，做到兩者兼顧。
圖一 MPDB研究碰撞結(jié)果
MPDB與ODB試驗(yàn)對比
以1400kg的緊湊型轎車為例來對比一下MPDB與ODB結(jié)果的差異。
一、車身加速度方面
MPDB碰撞能量巨大，相對碰撞速度達(dá)到了100km/h，因此MPDB試驗(yàn)車輛加速度明顯大于ODB，峰值高出了約20g，并且加速度整體起來較早（整體相對于ODB有很大的前移），從加速度整體看，很類似于該車輛進(jìn)行50km/h剛性壁障全正碰試驗(yàn)。
二、車身結(jié)構(gòu)方面
通過對比兩個工況的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)MPDB與ODB試驗(yàn)結(jié)果前端變形很相似，尤其防撞橫梁都有非常大的彎折，但在MPDB試驗(yàn)中吸能盒壓潰變形不理想。
展開 
基于HPC云平臺上的LS-DYNA汽車碰撞仿真
本文將介紹動態(tài)條件下的車輛碰撞行為，在HPC云平臺中使用ANSYS仿真軟件對汽車碰撞行為進(jìn)行仿真分析，以提高結(jié)果預(yù)測的準(zhǔn)確性、減少分析時間以及節(jié)省資源利用。
流程概述
圖1：車輛碰撞分析的幾何模型
圖2：車輛碰撞分析的幾何和網(wǎng)格模型
使用2D四邊形網(wǎng)格元素對汽車模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。定義了汽車組件中不同部件之間的接觸和相互作用。
設(shè)置汽車不同部件的材料特性。其中包含裝配中不同零部件的厚度設(shè)置。
下一步是定義模型邊界條件和分配負(fù)載曲線。工程師們將剛性壁用于汽車組件的沖擊，負(fù)載曲線定義為汽車的沖擊速度。
設(shè)置求解算法和收斂準(zhǔn)則。為后處理編寫的輸出參數(shù)和結(jié)果。
該模型在ANSYS LS-DYNA中并行求解，一旦解決方案收斂，最終結(jié)果用于可視化仿真結(jié)果的輸出，并使用ANSYS中的后處理軟件工具捕獲相應(yīng)的結(jié)果組件。
圖3：汽車組件的變形圖和撞擊剛性墻時的漸進(jìn)損壞
汽車撞擊剛性墻，汽車受損過程是漸進(jìn)的，損壞程度取決于車輛撞擊墻壁的速度和速度。撞擊汽車部件造成的損壞如圖4所示，損壞率可通過視覺比較：
圖4：汽車正面撞擊墻壁造成的損壞情況
利用HPC云平臺進(jìn)行仿真模擬
本次測試選擇的是256核心系統(tǒng)。主要評估車輛模型的撞擊行為，并確定具體損壞率和汽車組件上產(chǎn)生的應(yīng)力。
通過開發(fā)細(xì)網(wǎng)格和粗網(wǎng)格來設(shè)置不同的有限元模型。然后預(yù)估解決具有不同網(wǎng)格強(qiáng)度的模型所需的時間，以便在分析高密度網(wǎng)格模型時對HPC性能進(jìn)行基準(zhǔn)測試。所有開發(fā)的模型的邊界條件、求解算法、求解器設(shè)置和收斂準(zhǔn)則保持不變。
圖5和圖6展示了并行處理與否的情況下不同網(wǎng)格密度模型所需的求解時間比較圖。
展開 車的正碰分析結(jié)構(gòu)報告 ￥1
1 分析目的和意義
2 使用軟件說明
3 整車參數(shù)
3.1 整車基本參數(shù)
3.2 有限元基本參數(shù)
3.3 邊界條件定義
4 正面 100%剛性壁障碰撞分析結(jié)果
4.1 能量檢查
4.2 全局技術(shù)指標(biāo)
4.3 整車變形情況
4.4 前縱梁變形情況
4.5 B 柱下方加速度
4.6 A 柱侵入量
4.7 轉(zhuǎn)向管柱侵入量
4.8 踏板侵入量
4.9 前圍板侵入量
5 總結(jié)
6 誤差分析
1.分析目的和意義
在車輛的設(shè)計階段進(jìn)行車輛的碰撞仿真模擬，可以將車輛所需要的碰撞性能考慮在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，為順利通過實(shí)車碰撞試驗(yàn)做一些先導(dǎo)性的工作，同時碰撞性能是國家相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)所強(qiáng)制要求，準(zhǔn)確的模擬碰撞過程，并將結(jié)果反饋設(shè)計部門，做好車輛的碰撞安全設(shè)計是出于對駕乘人員安全的考慮，同時，優(yōu)秀的車輛碰撞性能也是車輛占有市場的重要的技術(shù)資本。
2.使用軟件說明
在本次模擬中，主要使用了 HYPERMESH 前處理軟件和 LS-DYNA 求解器，HYPERMESH 是世界領(lǐng)先的、功能強(qiáng)大的 CAE 前處理軟件，由 ALTIAR 公司開發(fā)，目前在世界上的應(yīng)用非常廣泛。HYPERMESH 具有強(qiáng)大的有限元網(wǎng)格前處理功能，并且與眾多的主流 CAE 求解器具有良好的接口。LS-DYNA 是一款功能強(qiáng)大的顯式通用分析有限元程序，可以求解各種二維、三維非線性結(jié)構(gòu)的高速碰撞、爆炸和金屬成型等非線性問題。
展開 汽車被動安全測試技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析
移動壁障種類主要包括側(cè)碰移動壁障、后碰移動壁障、正面碰撞移動壁障。側(cè)碰移動避障碰撞測試，主要是運(yùn)用可變形的移動壁障撞擊車輛的側(cè)面，考察碰撞后車輛側(cè)面結(jié)構(gòu)及約束系統(tǒng)是否能夠有效保護(hù)乘員；后碰移動壁障測試主要是考察車輛碰撞后油箱是否漏油、車輛前機(jī)艙蓄電池是否移動，該項(xiàng)測試對乘員考核內(nèi)容較少；正面移動壁障碰撞測試發(fā)展出MPDB測試方式，MPDB工況與車輛實(shí)際發(fā)生事故時的場景更相似，更具備對車輛乘員保護(hù)的指導(dǎo)意義，運(yùn)用實(shí)車撞擊相同速度運(yùn)行的可變形移動壁障，此種方式不僅考慮車輛自身的安全還考慮對方車輛乘員的安全性。
（3）車與固定壁障碰撞的測試
車與固定壁障碰撞測試包括種類繁多，主要有車與正面剛性墻碰撞測試，車與30度角傾斜壁障碰撞測試，車與40%偏置蜂窩鋁碰撞測試，車輛與正面圓柱碰撞測試，車輛與鉆入壁障碰撞測試，測試場景如圖3所示。這些碰撞類型的核心為測試車輛對車內(nèi)乘員的保護(hù)。其中現(xiàn)階段比較重要的項(xiàng)目是ODB偏置碰撞試驗(yàn)，該項(xiàng)試驗(yàn)也是中國新車評價規(guī)程（C-
NCAP）中的重要測試內(nèi)容。
1.2滑臺及零部件測試技術(shù)
由于實(shí)車試驗(yàn)最大的弊端就是試驗(yàn)周期長、費(fèi)用高、風(fēng)險大，所以滑臺及零部件測試技術(shù)的發(fā)展有效的彌補(bǔ)了實(shí)車碰撞試驗(yàn)的這一缺陷，成為約束系統(tǒng)及汽車配件開發(fā)的不可缺少的手段，對于降低整車企業(yè)成本，提高車輛安全技術(shù)有著重要的意義。
現(xiàn)階段滑臺試驗(yàn)測試主要包括約束系統(tǒng)匹配測試和假人鞭打安全測試。約束系統(tǒng)匹配測試指的是安全帶、安全氣囊、座椅等安全設(shè)備在發(fā)生碰撞后，通過行車電腦ECU的控制，互相配合，檢測能否有效減輕乘員的傷害。假人鞭打測試是測試座椅安全性的一種重要測試方式，主要應(yīng)對的是追尾測試場景。
展開 [轉(zhuǎn)]集裝箱汽車列車與橋梁護(hù)欄碰撞分析
M=Σmi*g*f*li (1)
考慮到牽引車及集裝箱車都與護(hù)欄發(fā)生碰撞，整車模型網(wǎng)格尺寸較均勻，單元尺寸取100到200mm。分析模型如圖2所示，包括 13854個單元和11016個結(jié)點(diǎn)。
圖2 車輛碰撞模擬分析模型
2. 分析工具
PAM-CRASH是由法國ESI-GROUP公司開發(fā)的用于數(shù)值模擬的專業(yè)仿真軟件。主要用于汽車安全性仿真（Automotive Application）、道路防護(hù)裝置安全性設(shè)計（Roadside Safety Feature Design）等。通過邊界條件等的定義，可以其分析汽車及其碰撞對象撞后的結(jié)構(gòu)變形等情況。對于汽車與護(hù)欄碰撞的中低速撞擊問題，PAM-CRASH是一個相當(dāng)不錯的軟件。
低速撞擊問題的碰撞結(jié)構(gòu)僅局部發(fā)生變形、凹陷與穿入，材料反應(yīng)時間以0.001s為單位即比較合適。經(jīng)試算，各工況總計算時間在1.3s~1.7s之間。
3．各工況碰撞模擬結(jié)果分析
在不同的車輛質(zhì)量、初始碰撞位置以及集裝箱掛車可能碰到的上護(hù)欄的直徑下，可以全面地對比分析集裝箱列車對護(hù)欄的碰撞過程。列車初始速度為60km/h，列車與護(hù)欄的初始碰撞角為15deg；其它分析工況參數(shù)見表2。
表2：分析工況表
3.1車輛碰撞過程模擬分析
圖3為工況一車輛撞擊護(hù)欄過程模擬分析圖。可見，車輛和護(hù)欄在整個碰撞過程中出現(xiàn)兩次撞擊：在0.6s以前，牽引車頭碰撞護(hù)欄；在1.0s－1.2s之間，集裝箱車擺尾后撞擊護(hù)欄；之后車輛導(dǎo)出。
圖3 工況一車輛撞擊護(hù)欄過程
通過對以上五個工況的碰撞過程進(jìn)行對比分可知：車輛運(yùn)行狀態(tài)受護(hù)欄欄桿尺寸影響較大，受車輛噸位和初試碰撞位置的影響則較小。圖4為工況三車輛撞擊護(hù)欄過程。
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