氣囊泄氣的案例
設計仿真 | 基于ODYSSEE 的機器學習方法在汽車約束系統魯棒性分析中的應用
有限元模型構建
某乘用車駕駛員側約束系統模型如圖1所示，包含車身、轉向管柱、方向盤、地毯、儀表板、踏板、座椅、假人、氣囊、安全帶等總成。
圖1. 某乘用車駕駛員側約束系統模型
基于CNCAP管理規則（2021 版）中正面100%重疊剛性壁障碰撞物理試驗的車體加速度波形，對上述模型加載，提取碰撞仿真后假人頭、頸、胸、大腿、小腿各性能指標曲線庫作為輸出響應，指導約束系統關鍵零部件設計參數優化與標定。
設計試驗（DOE）
本文研究的設計變量為氣囊泄氣孔面積A，安全帶預緊時刻TTF-1和氣囊點爆時刻TTF-2。在ODYSSEE中通過拉丁超立方采樣方法進行DOE樣本點生成，并通過軟件特有算法提升樣本點在設計空間的均勻度。生成的25個DOE樣本點空間分布如圖2所示。
圖2. 25個DOE樣本點空間分布
機器學習模型搭建
基于上述DOE樣本點進行的碰撞仿真，采用機器學習模型構建設計變量與各個響應曲線的關系。基于R2精度評價標準，采用交叉驗證法對駕駛員側約束系統碰撞仿真結果進行機器學習算法尋優。結果表明，本征正交分解（POD）+Kriging方法在所有算法中精度最高。
圖3 (a) 機器學習模型搭建；(b) 機器學習模型精度對比
假人傷害魯棒性分析
假人傷害魯棒性分析需要大量碰撞仿真，利用上述訓練的高精度機器學習模型，能夠快速計算不同輸入參數下系統的各個響應曲線，大大提高工作效率。
使用蒙特卡洛方法進行數據的采樣，假定3個設計變量滿足均值為設計值，均方差為設計值3.3%的正態分布。
展開 基于LS-DYNA的PAB氣囊建模與對標分析
實際應用中氣囊的安裝位置、點火時刻等因素對其作用的發揮至關重要。其中，氣囊在展開后的泄氣性能對安全氣囊的安全保護作用有很大影響，因此，在設計初期，氣囊廠商都需要對所使用織物材料的泄氣性以及氣囊上的開孔的泄氣性能進行實驗和仿真驗證，目前常用的主要有跌落塔法，水平線性沖擊法，擺錘法，本文針對水平線性沖擊法基于LS-DYNA求解器對PAB氣囊進行建模和驗證。
LS-DYNA 是國際上著名的通用非線性動力分析程序, 顯式隱式結合，在工程界中得到廣泛應用。適合求解各種結構的高速碰撞、沖擊、爆破、流固耦合、和金屬成形等高度非線性瞬態動力學問題。本文應用了LS-DYNA的顯式時間積分求解算法。在本文中我們使用的軟件版本為ls971 R9.0.1。
2 有限元模型建立
2.1 布料模型
首先利用前處理軟件建立構成氣囊的布料模型。然后按照順序放置好，為縫紉做準備。參考網格的節點號，單元號要與折疊過程中氣囊的節點號，單元號保持統一，因此在進行縫紉之前，需要固定好節點號，單元號，并且備份一份原始布片的網格。然后利用morph功能把各個圍片粘貼到一起，初始的布料和morph的結果如圖2.1.1所示。
圖2.1.1 初始布料及morph模型
2.2Tank實驗模型
圖2.2.1 Tank有限元模型
使用氣體發生器容器試驗(TANK TEST)得到的質量流量曲線和溫度曲線。通過實驗模型建立的有限元模型如圖2.2.1所示。實驗容器的體積為60L，壓力為環境壓力1個標準大氣壓。
3 計算折疊
PAB的折疊是一項非常復雜的工作，該項目實現了嚴格按照實際的工藝圖紙進行折疊。
展開 基于HyperWorks的東南 DX7 卓越碰撞性能的開發
RADIOSS 被廣泛運用于包含氣囊、安全帶、轉向管柱等的約束系統，并且擁有獨特的氣囊展開等模塊。同時還需要對約束系統同樣進行對標和優化。
解決方案
Altair ProductDesign 團隊利用 HyperWorks 幫助東南汽車進行 DX7 項目的碰撞性能的仿真優化。
40%偏置碰撞與正面剛性墻碰撞最大的區別是偏置碰撞中只有一側的縱梁結果參與變形吸能。因此，偏置碰撞更多的是對車身結構剛強程度的考察，碰撞力必須很快地通過 A 柱、門檻梁、車門腰線、地板、副車架等傳遞分散， 設計中不僅要綜合考慮正面剛性墻碰撞的分析結果，還需重點關注 A 柱、門框及上邊梁等結構的變形特點。這是目前 C-NCAP 最惡劣的高速工況，下面就以此工況舉例。
40%偏置碰撞主要的對標內容包括：防火墻多個點的侵入量、歇腳板位置侵入量、A 柱的多個位置侵入量、三踏板侵入量、管柱安裝點侵入量、B柱下部加速度、B 柱下部速度、縱梁壓潰變形模式、發動機上下傳感器加速度、變速箱下部傳感器加速度、發動機前部接觸時刻、發動機后部接觸時刻、變速箱前部接觸時刻、變速箱后部接觸轉向機時刻等等。
在開發的時候，在能量管理的指導下，通過良好的總布置，留出足夠的壓潰空間，對渦輪增壓中冷器、電池、ECU 等進行合理布置；對保險杠設計、縱梁設計、shotgun 設計、地板下縱梁設計、門檻設計等均進行了大量的優化，取得了非常優秀的加速度和侵入量。并且對前部車身結構進行了減重。在約束系統開發方面，對管柱壓潰、歇腳板設計、座椅設計、安全帶限力、氣囊大小與泄氣口等均進行了優化，取得了很好的效果。以 64 公里偏置碰撞的部分對標結 果舉例。通過基于 RADIOSS 的分析和優化，取得了良好的耐撞性。CAE 與仿真吻合程度高。
展開 RADIOSS 被廣泛運用于包含氣囊、安全帶、轉向管柱等的約束系統，并且擁 有獨特的氣囊展開等模塊。同時還需要對約束系統同樣進行對標和優化。
解決方案
Altair ProductDesign 團隊利用 HyperWorks 幫助東南汽車進行 DX7 項目的碰撞性能的仿真優化。
40%偏置碰撞與正面剛性墻碰撞最大的區別是偏置碰撞中只有一側的縱梁結果參與變形吸能。因此，偏置碰撞更 多的是對車身結構剛強程度的考察，碰撞力必須很快地通過 A 柱、門檻梁、車門腰線、地板、副車架等傳遞分散， 設計中不僅要綜合考慮正面剛性墻碰撞的分析結果，還需重點關注 A 柱、門框及上邊梁等結構的變形特點。這是目前 C-NCAP 最惡劣的高速工況，下面就以此工況舉例。
40%偏置碰撞主要的對標內容包括：防火墻多個點的侵入量、歇腳板位置侵入量、A 柱的多個位置侵入量、三踏 板侵入量、管柱安裝點侵入量、B 柱下部加速度、B 柱下部速度、縱梁壓潰變形模式、發動機上下傳感器加速度、變 速箱下部傳感器加速度、發動機前部接觸時刻、發動機后部接觸時刻、變速箱前部接觸時刻、變速箱后部接觸轉向機 時刻等等。
在開發的時候，在能量管理的指導下，通過良好的總布置，留出足夠的壓潰空間，對渦輪增壓中冷器、電池、ECU 等進行合理布置；對保險杠設計、縱梁設計、shotgun 設計、地板下縱梁設計、門檻設計等均進行了大量的優化，取 得了非常優秀的加速度和侵入量。并且對前部車身結構進行了減重。在約束系統開發方面，對管柱壓潰、歇腳板設計、 座椅設計、安全帶限力、氣囊大小與泄氣口等均進行了優化，取得了很好的效果。以 64 公里偏置碰撞的部分對標結 果舉例。通過基于 RADIOSS 的分析和優化，取得了良好的耐撞性。CAE 與仿真吻合程度高。
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