乘員約束系統仿真的案例
乘員約束系統碰撞仿真
1正面碰撞前排乘員約束系統介紹
隨著車輛的使用，車內乘員安全性最先被關注。要保證乘員的安全不但要靠車身吸收碰撞能量和保持乘員艙的完整性，更重要的是還要使用約束系統來對乘員進行減速緩沖。乘員約束系統仿真就是將乘員約束系統的基本特性添加到乘員及約束系統的模型中，對模型進行加載仿真計算，最終求得假人不同位置的傷害值，然后根據假人的傷害值對車輛的安全情況進行評價。
約束系統包括座椅、安全帶，氣囊三個主要部件，它們均為安全裝置，其功能則是通過約束乘員降低乘員與內飾接觸和受傷的風險，是降低乘員傷亡風險的第二道防線。其中安全帶是最有效的乘員保護裝置，在碰撞中（包括緊急制動和翻滾）約束乘員，通過乘員身上最強的部位（肩和骨盆）接受約束力。氣囊為輔助安全裝置，填充乘員和方向盤、儀表板之間的空間，使乘員較為均勻的受力（相比安全帶而言），從而減少頭部轉動，保護頭部和頸部。
座椅安全帶自1950年代開始使用，通過不斷改進，現在三點式安全帶基本成為定型。氣囊從1970年代被發明，不斷改進，到1980-90年代在車上逐漸成為標配。基于交通事故傷亡統計和分析的方法已有結論顯示，安全帶和氣囊是有效的乘員碰撞保護裝置，能降低傷亡風險。
2 一維質量彈簧系統
從機械工程控制角度來看，任何元件或系統都可以用質量、彈簧、阻尼器三個基本要素表示，建立一維質量彈簧系統分析，如圖1所示：
圖1 機械工程控制的三個基本要素
故本次碰撞根據機械工程控制的三個基本要素建立了質量-彈簧模型，如下圖2所示。其中δ為約束間隙，K為約束剛度，F為車輛前端剛度，M0為乘員質量，MV為車輛質量。
圖2 碰撞質量-彈簧模型
3乘員約束系統的建立
乘員約束系統的建立分為簡化計算模型與完全計算模型。
展開 MADYMO乘員約束系統模擬
乘員約束系統(occupant restraint systems)包括：安全氣囊，安全帶，座椅，方向盤，轉向柱和儀表板等。這些安全部件必須經過嚴格的優化整合，才能夠對駕駛員發揮最有效的保護作用。
乘員約束系統整合是一個非常復雜的優化設計過程。利用CAE仿真模擬，可以大大減少物理試驗的次數，從而降低產品開發成本和周期。
此例子為應用MADYMO軟件進行正面碰撞情況下的約束系統優化整合，用于確定安全氣囊的最佳點火時刻，氣囊容積，排氣孔大小等等參數，對于安全帶系統，則需要確定最佳的預張緊機構觸發時間，安全帶的拉伸率等設計參數。
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展開 輕型客車乘員約束系統的模擬計算
輕型客車乘員約束系統的模擬計算
宋正超 張金換 孔凡忠
清華大學汽車工程系，汽車安全與節能國家重點實驗室
摘要：在輕型客車正面碰撞過程中，乘員容易受到嚴重的傷害，優化其乘員約束系統可以得到較好的保護效果。利用有限元軟件PAM-CRASH建立了飽含座椅、安全帶、儀表板及轉向系統在內的某輕型客車乘員約束系統的分析模型，并通過試驗驗證了模型的有效性。在大量數值計算的基礎上，運用試驗設計方法，得到優化設計方案。經過優化匹配，乘員的頭部傷害指標HIC降低了51%，并滿足了中國汽車正面碰撞安全法規的要求。實車試驗也很好地驗證了改進的效果。該研究方法可以推廣應用于其他車型乘員約束系統的優化設計。
關鍵詞：輕型客車，乘員約束系統，模擬計算，優化設計
內容簡介：
1 乘員約束系統模型的建立及驗證
1.1 模型的建立
1.2 模型的驗證
2 乘員約束系統的優化
2.1 敏感性分析
2.2 全因子試驗
3 結論
輕型客車乘員約束系統的模擬計算.pdf
展開 干貨分享（三）：方向盤管柱建模
轉向系統吸能壓潰建模研究：
1、目的：確保利用LS-DYNA建立的乘員約束系統仿真模型的準確性。
2、lEASC 的作用：在汽車碰撞事故中，通過壓潰或破壞系統的指定部件，最小化駕駛員承受的傷害。仿真建模時，需要考慮在碰撞時，轉向系統壓潰過程中，與駕駛員之間軸向與側向的作用力。
3、建模方法： 1.對轉向管柱進行詳細建模，詳細模擬轉向管柱的壓潰吸能行為；
2.考慮目前某些條件不成熟的情況，對轉向管柱某些特征進行簡化建模，盡可能準確模擬轉向 管柱的壓潰吸能行為。
4、驗證仿真模型準確性方法：參考《GB 11557-2011 轉向機構對駕駛員的傷害》建立相應的模型進行分析，并與試驗進行對標驗證。
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約束系統仿真分析，有沒有需要的？
汽車行業不是很景氣，本人從事CAE仿真7年多，汽車約束系統仿真分析5年多，打算接一些約束系統仿真分析的工作，不知道有沒有需要的？
乘員輔助保護系統
最初的乘員輔助保護系統只是在方向盤上安裝了一個空氣囊，在發生碰撞時用以對駕
駛員加以保護。由于安全的需要，很快又在右前乘客座位安裝了副空氣囊。幾乎與此同時
，一種叫做安全帶預收緊器的裝置出現了，它的功能是在空氣囊展開前將乘客盡量向后拉
，保證其標準坐姿，從而避免空氣囊自身對乘客的傷害，同時也使空氣囊的保護效能發揮
到極致。
在雙安全氣囊加安全帶預收緊裝置逐漸在中高檔轎車上得以普及的時候，側氣囊問世
了。側氣囊安裝在座椅靠背里或中央立柱內部，用于發生側面碰撞時保護乘員的肩和胸部
。至此乘員輔助保護系統的空氣囊數量已有四個。
四氣囊也沒有維持多少時間，窗簾氣囊的出現很快結束了四氣囊的時代。窗簾氣囊用于發
生側面碰撞時保護乘員的頭部和肩部。在日益關注汽車安全性的今天，市場上的中級以上
轎車大部分都裝配了“六氣囊”。
正當“六氣囊”一統天下，被眾多汽車銷售商寫在宣傳頁上的時候，膝蓋空氣囊和翻
轉（側翻）空氣囊開始作為部分豪華車的標準配置或可選配置。并且增加了氣囊分級展開
功能；乘員監測功能；碰撞時燃油切斷功能。到目前為止，據筆者所知的配置安全氣囊數
量最多已達十二個。試想，駕駛車輛時被十幾個安全氣囊所環繞，那將是怎樣的一種安全
感！
展開 乘用車約束系統CAE仿真
一、仿真背景
正面碰撞約束系統模型是參考滑臺試驗要求的滑車建立的，主要評價車內約束系統部件在發生碰撞時對乘員的保護效果，并通過對約束系統部件優化以使保護效果最大化，從而指導設計滿足設計目標和相應法規。為了減少計算時間和提高計算效率，只需包含在碰撞過程中會與乘員發生接觸的部件，和滑車一樣，這些部件主要包括白車身、儀表臺、轉向系統、座椅、氣囊和安全帶等。正面碰撞包括正面100%剛性壁障碰（以下簡稱FFR）和正面40%偏置可變形壁障碰（以下簡稱ODB），FFR 和ODB 建模思路一樣。
二、仿真工具
本文采用Oasys、HyperWorks 前后處理器和LS-DYNA V971 求解器。
三、模型簡介
剛化白車身，并把重心設置在B 柱一個加速度傳感器的布置位置，如左B 柱下端。首先，在對應白車身剛體下定義*PART_INERTIA，在其“DODEID”下定義重心位置或通過“XC、YC、ZC”定義重心坐標。然后，在“IRCS”選“1”為局部坐標系，并在“CID”下定義該局部坐標系。最后，在對應白車身剛體的材料*MAT_RIGID 下把“LCO”定義和“CID”一樣
四、仿真動畫（手機APP用戶要點擊圖片才能看到動畫哦）
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展開 代做安全結構 行人保護 約束系統和零部件仿真
代做安全結構 行人保護 約束系統和零部件仿真，價格優惠，有意者私聊。
空調系統及乘員艙熱舒適性
空調系統是汽車不可缺少的部分，好的空調系統不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。
①、通過對空調系統進行CFD數值模擬分析，可以獲得空調風道的空氣分配情況、風道的阻力特性、各出風口的空氣流速等，為優化風道設計提供依據。
②、通過對風擋和側窗進行除霜除霧分析，可以得到當前設計的除霜除霧性能，為改進出風口大小及角度提高除霜除霧性能提供依據。
③、通過對乘員艙內的CFD分析，可以得到艙內的流動、溫度分布情況，再進一步進行乘員的舒適性分析。ANSYS CFD 系列產品在空調系統方面有豐富的解決方案 。
除霜分析：不同時刻的霜層厚度分布云圖
左：除霧分析：某時刻的霧層厚度分布云圖；右：乘員艙舒適性分析：艙內的流線圖
展開 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
汽車約束系統參數設計，常以法規中高速碰撞工況下整車加速度波形為輸入，通過開展約束系統分析、試驗標定和優化，對關鍵零部件設計參數和ECU點火時刻進行標定，確保假人傷害滿足法規要求，假人得分滿足車輛星級開發策略要求。受限于制造工藝因素和真實碰撞場景的多樣化，真實的交通事故中，乘員傷害嚴重程度，與理想狀態存在偏差。
以往研究中，多采用標量法代理模型開展穩健性分析和優化。標量法代理模型無法對曲線進行預測，精度提升對設計試驗（DOE）樣本規模依賴較大，DOE樣本制作過程中軟硬件資源的巨大消耗，制約該技術在產品研發流程中的普及。
本文使用海克斯康工業軟件旗下ODYSSEE軟件，可以利用少量DOE樣本點構建高精度的降階模型(ROM)，從而加速了汽車約束系統魯棒性的分析和研究。
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。
展開 基于 HyperMesh 的輕型卡車駕駛室乘員保護建模仿真
分析模型中包含了駕駛室整體、駕駛室懸置、車架前段（在駕 駛室后圍之前的部分、動力總成、轉向系統、冷卻系統等總成）。車身材料以 DC03 為主，車架材料 為 B510L。根據實驗條件對模型中車架第一橫梁左右端和車架縱梁最后端節點進行了約束。
3.1 正面撞擊試驗模擬
如圖 2 所示正面撞擊模型，質量為 1500kg 的剛性擺錘撞擊駕駛室前部，考察駕駛室前端強度。 車型的設計滿載質量為 6000kg，參照法規要求撞擊能量應為 29.4kJ。模型中將擺錘擺放到懸垂 位置，施加初始角速度 1.8rad/s，使得擺錘初始撞擊能量達到 29.4kJ。用 HyperView 導入駕駛室受撞擊變形動畫結果（圖 3、圖 4）。 擺錘撞擊后，駕駛室變形較小，前翻轉機構支撐臂及翻轉支座發生了局部變形，連接螺栓沒有發生斷裂，駕駛室后懸置支架向后發生了較大位移變形，但沒有發生斷裂，保證了駕駛室與車架的連接，滿足法規要求(圖 4)。
運用 HyperMesh 參照法規規定建立形體假人模型，將該假人模型放入變形后的駕駛室中，假人 的H 點與座椅中間位置R點重合，適當調整假人大腿、小腿和腳部。考察結果表明，駕駛員及副 駕駛假人腿部、腳部都不與駕駛室其它結構接觸，證明該駕駛室完全滿足法規規定的乘員生存空間的 要求（圖 5）。
本車型駕駛室完全滿足《GB 26512-2011 商用車駕駛室乘員保護》中正面撞擊試驗的要求。
3.2 頂部強度試驗（試驗 B）
在駕駛室頂部設置一個能覆蓋頂部面積的剛性平面，該剛性平面以均勻低速垂直下壓駕駛室頂 部，通過考察反作用力來考察對乘員的保護能力（圖 6）。
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使用LS-DYNA/CarMaker/Model Center聯合仿真方法進行ADAS事件前后的汽車乘員保護
本文主要探討汽車乘員安全和ADAS事件前后的汽車乘員保護，介紹ADAS（高級駕駛輔助系統）在汽車安全中的重要作用，并將詳細介紹如何運用ModelCenter Integrate軟件，針對ADAS各種應用場景，與LS-DYNA進行聯合仿真。此外，還將研究仿真過程中剛體與柔體車體轉換流程以及時間步長的匹配，以及假人的運動姿態以及傷害值；通過Python腳本或者MATLAB，以及傳感器的設置，實現自動化的聯合仿真工作流程。
背景介紹
先進駕駛輔助系統（Advanced Driver Assistance System）簡稱ADAS，是利用安裝于車上的各式各樣的傳感器，在第一時間收集車內外的環境數據，進行靜、動態物體的辨識、偵測與追蹤等技術上的處理，從而能夠讓駕駛者在最快的時間察覺可能發生的危險，以引起注意和提高安全性的主動安全技術。從乘員安全的角度看，ADAS包括未來汽車上搭載的各種主動安全和被動安全系統。為什么需要ADAS呢？原因之一是通常各類傷害和事故大多數與人為失誤有關，而有時某些車載系統的故障可能會造成人身傷害和碰撞事故。為了評估這類場景，可以使用IPG CarMaker等虛擬化工具，這是一種非常完善的虛擬化環境，能幫助用戶有效仿真各種不同類型的場景，如夜間駕駛，雨中駕駛等情況。在所有這些不同的場景中，可以在車輛內部設置一位乘員，并觀察駕駛員的響應。
那么該場景中LS-DYNA能夠發揮怎樣的作用呢？使用LS-DYNA的目的是觀察駕駛員的運動是否被這些場景所影響，例如如果在夜間行駛過程中由于光線問題車前突然出現一堵墻，當突然踩下剎車時駕駛員的反應與在光照充足的環境下完全不同。
展開 約束系統開發（側面碰撞）
約束系統開發（側面碰撞）
轎車約束系統MADYMO分析論文
LW01.part5.rar
LW01.part1.rar
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LW01.part3.rar
LW01.part4.rar
整車正面碰約束系統后處理Hyperworks
配套免費視頻課程見技術鄰->中沫工程師-小周->HyperMesh聯合Primer整車約束系統前后處理
整車正面碰約束系統后處理是基于正面碰整車模型基礎，完善假人、安全帶、氣囊設置，進行正面碰撞計算（50km/h 正面碰 60ms），對計算結果進行數據提取與評價，其提取方面包括：
1.頭部傷害：頭部傷害值HIC、3ms合成加速度
2.頸部傷害值：剪切力Fx、伸張力Fz、伸張彎矩My
3.胸部傷害值：壓縮變形量、粘性指數VC
4.大腿傷害值：大腿力、膝蓋滑動位移
5.小腿傷害值：小腿壓縮力、小腿脛骨指數
以下，基于Hyperworks后處理系統分步驟說明：
1.頭部傷害：頭部傷害值HIC、3ms合成加速度
（1）頭部加速度曲線提取
（2）提取頭部傷害值
（3）頭部傷害3ms合成加速度提取與頭部傷害評價
2.頸部傷害值：剪切力Fx、伸張力Fz、伸張彎矩My
（1）頸部傷害值-剪切力Fx提取與評價
（2）頸部傷害值-伸張力Fz提取與評價
（3）頸部傷害值-伸張彎矩My提取與評價
（4）頸部傷害值評價
3.胸部傷害值：壓縮變形量、粘性指數VC
（1）胸部傷害值-壓縮變形量提取與評價
（2）胸部傷害值-粘性指數VC提取與評價
4.大腿傷害值：大腿力、膝蓋滑動位移
（1）大腿傷害值-大腿力提取與評價（這里為說明方法，僅提取左大腿力）
（2）大腿傷害值-膝蓋滑動位移提取與評價
5.小腿傷害值：小腿壓縮力、小腿脛骨指數
（1）小腿傷害值-小腿壓縮力提取與評價
（2）小腿傷害值-小腿脛骨指數提取與評價
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