約束系統的案例
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 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 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 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。
243233-a_frontalfc_s.rar
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）
想學習更多的知識，請聯系我們！
展開 汽車正面碰撞中駕駛員側約束系統的可靠性優化
采用MADYMO仿真分析軟件建立了某車型正面碰撞的駕駛員側約束系統仿真模型針對原始模型因假人碰撞轉向盤造成的計算結果的不連續性通過修正模型提高了乘員損傷值響應面的精度考慮了系統中存在的隨機性對安全氣囊和安全帶的主要參數進行了可靠性優化有效減小了正面剛性墻碰撞中假人的損傷值并使乘員約束系統滿足可靠性的設計要求
汽車正面碰撞中駕駛員側約束系統的可靠性優化.pdf
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？
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
展開 利用HyperWorks減輕兒童約束系統的重量，提高安全性
行業：兒童約束系統
挑戰：提高安全性能的同時減輕重量
Altair 解決方案：利用仿真技術優化兒童座椅結構的關鍵零件
優點：重量減輕到1.8kg(3.97lbs)；改進抗側碰性能
背景介紹
自20世紀60年代已來，汽車兒童安全系統已經越來越有效地保護兒童以避免碰撞帶來的損傷，甚至拯救了無數生命。
安全性一直是所有兒童座椅制造商首要關注的重點，除了安全性，消費者還還會在其他方面加以甄選，比如造型、易用性、攜帶的重量等。所以，制造商們需要將這些因素考慮在內，生產滿足這些需求的產品，同時也要降低成本，以在這個競爭日趨激烈的市場保持競爭力。
Britax-R?mer是兒童約束系統的世界領導者，其推椅、座椅、嬰兒車及配件等產品遠銷歐洲、美國、意大利、新西蘭和遠東地區。公司在上世紀30年代生產汽車安全產品以來，已經在全世界的不同地區設立了工廠。
挑戰
2007年，在被稱作“BabySafeSleeper”的新型安全車研發中，Britax-R?mer一直尋找多種途徑來改進安全性能、加速產品研發周期、降低制造復雜性和成本。
公司已經使用計算機輔助工程（CAE）解決方案來輔助開發流程，建立虛擬模型和驗證 設計，然而，他們還需要一些額外的支持以獲得更多的技術成果。作為AltairHyperWorks 的現有用戶，Britax-R?mer找到AltairProductDesign來支持該項目，利用仿真技術來提高安全性能、并嘗試不同的結構布局方式減少零件數量。
公司已經使用計算機輔助工程（CAE）解決方案來輔助開發流程，建立虛擬模型和驗證 設計，然而，他們還需要一些額外的支持以獲得更多的技術成果。
展開 LS-PREPOST環境下約束系統的培訓視頻
如題，約束系統相關的培訓視頻，里面有對假人和安全帶的詳細介紹，有需要的請在底下留下郵箱地址。
『分享』帶約束非線性多體系統動力學方程數值分析方法
Lagrange 方法是建立帶約束多體系統動力學方程的普遍方法之一,其方程的形式為微分2代
數方程組,數值計算與數值分析是研究多體系統動力學特性的重要方法。本文利用縮并法給出了
帶約束多體系統動力學方程的隱式數值計算方法和Lyapunov 指數的計算方法。將數值仿真、Lya2
punov 指數計算和Poincare 映射有機結合,分析非線性多體系統動力學行為。通過一個算例,說明
該方法的有效性。
帶約束非線性多體系統動力學方程數值分析方法.pdf
實際約束條件下成像系統的初始結構的生成
除透鏡規格外，其它必要的實際約束條件也可能起到非常關鍵的作用。本研究采用“First Time Right”方法生成受約束的初始系統，并運用PanDao制造鏈建模技術，從設計初期來量化制造因素。
1.簡介
當今成像系統的光學設計主要依賴于高效光線追跡與（局部或全局）優化算法。此類傳統設計方法通常需要豐富的經驗、直覺及頻繁的試錯迭代。值得關注的是，尋找合適的初始設計方案以進行后續適配與優化，已經被證明是一項艱巨的工作。為避免這一耗時流程，本次研究的目標是從既定規格與約束條件中直接生成多種優質的初始結構。此研究將會為光學設計師帶來兩大好處：其一，可以顯著加快設計周期；其二，通過各種生成的初始設計對系統候選結構進行更廣泛的搜索。
我們研發了一種自動化的“First Time Right’”（FTR）設計工具，可實現從零開始快速生成成像系統。FTR通過計算所有光學表面的系數，以確保各階像差[1,2]引起的圖像模糊最小化。尤為關鍵的是，該工具不僅會考慮透鏡規格需求，更會將實際約束條件（如光闌位置、尺寸限制、間距約束或后焦距限制等）納入考慮。
為何約束條件至關重要？智能手機攝像頭的鏡頭就是一個最具說服力的例證。若無約束限制，諸如f/1.5光圈、適配7.6×5.7 mm傳感器的5.5 mm焦距等典型規格的鏡頭，采用全球面透鏡設計就可輕松實現。然而，受限于手機內部嚴苛的長度約束，使用高非球面化透鏡就成為了必然選擇。下文將展示幾個FTR技術應用的案例，并將生成的光學設計結果與生產信息進行權重整合。為此，采用最新研發的PanDao軟件 [3-5]對給定光學設計進行制造鏈建模與優化（實現最低制造成本與風險）。
2.實際約束條件下初始結構的生成
盡管FTR方法能夠兼容折射式與反射式表面（包括球面、非球面及自由曲面形態），但本文將聚焦于全球面透鏡設計的自動生成。
展開 實際約束條件下成像系統的初始結構的生成
除透鏡規格外，其它必要的實際約束條件也可能起到非常關鍵的作用。本研究采用“First Time Right”方法生成受約束的初始系統，并運用PanDao制造鏈建模技術，從設計初期來量化制造因素。
1.簡介
當今成像系統的光學設計主要依賴于高效光線追跡與（局部或全局）優化算法。此類傳統設計方法通常需要豐富的經驗、直覺及頻繁的試錯迭代。值得關注的是，尋找合適的初始設計方案以進行后續適配與優化，已經被證明是一項艱巨的工作。為避免這一耗時流程，本次研究的目標是從既定規格與約束條件中直接生成多種優質的初始結構。此研究將會為光學設計師帶來兩大好處：其一，可以顯著加快設計周期；其二，通過各種生成的初始設計對系統候選結構進行更廣泛的搜索。
我們研發了一種自動化的“First Time Right’”（FTR）設計工具，可實現從零開始快速生成成像系統。FTR通過計算所有光學表面的系數，以確保各階像差[1,2]引起的圖像模糊最小化。尤為關鍵的是，該工具不僅會考慮透鏡規格需求，更會將實際約束條件（如光闌位置、尺寸限制、間距約束或后焦距限制等）納入考慮。
為何約束條件至關重要？智能手機攝像頭的鏡頭就是一個最具說服力的例證。若無約束限制，諸如f/1.5光圈、適配7.6×5.7 mm傳感器的5.5 mm焦距等典型規格的鏡頭，采用全球面透鏡設計就可輕松實現。然而，受限于手機內部嚴苛的長度約束，使用高非球面化透鏡就成為了必然選擇。下文將展示幾個FTR技術應用的案例，并將生成的光學設計結果與生產信息進行權重整合。為此，采用最新研發的PanDao軟件 [3-5]對給定光學設計進行制造鏈建模與優化（實現最低制造成本與風險）。
2.實際約束條件下初始結構的生成
盡管FTR方法能夠兼容折射式與反射式表面（包括球面、非球面及自由曲面形態），但本文將聚焦于全球面透鏡設計的自動生成。
展開 CAE整車碰撞分析流程
在整車碰撞的分析中，是不考慮乘員的；但是在約束系統的分析中，需要在整車中加入假人模型，模擬乘員的受傷情況，傷害值決定了車輛的評分。
4.整車碰撞分析，約束系統分析和試驗的關系
下面來說說整車碰撞分析，約束系統分析和試驗的關系。
整車碰撞分析和約束系統分析都屬于模擬，而模擬的目的，是在試驗中獲得更多的得分。
約束系統分析，就是為了模擬試驗過程，考察目前車輛能得多少分，能評幾顆星。但是，如果直接進行約束系統的分析，變量就太多了，不僅要考慮車輛自身的結構，還要考慮座椅、氣囊、安全帶等部件，很難分析出是哪個部件導致傷害值過大。
所以，模擬分成了整車碰撞和約束系統兩部分（這里暫不討論行人保護）。首先進行整車碰撞，如果分析結果達到一定的標準，比如加速度峰值小于40g，再進行約束系統的分析。
除此之外，加速度曲線還可以和碰撞動畫結合起來，通過對比來分析碰撞過程。比如，加速度曲線出現了一個小波峰，說明在這個時刻，車輛受力達到了一個峰值（F=m*a）。通過觀察動畫，可以知道出現峰值的原因。
前圍板侵入量，方向盤、踏腳板和A柱后退量，這些分析項同樣是為后面的約束系統分析做準備。因為在碰撞發生的過程中，前圍板、方向盤、踏腳板等部件會與乘員產生接觸，從而造成傷害。如果這些分析項符合預定標準，再進行約束系統的分析。
5.總結
和其他CAE分析一樣，整車碰撞分析分成前處理，計算和后處理3個部分。前處理階段，主要內容包括設置初速度，剛性墻，自接觸，重力加速度和控制卡片等部分；計算階段很簡單，提交給LS-dyna即可，但是計算時間比較長，一般在一到兩天左右；后處理階段的主要內容包括碰撞動畫，繪制加速度曲線，前圍板侵入量，方向盤、踏腳板和A柱后退量等部分。
整車碰撞分析的目的，是讓汽車結構達到初步標準；在符合該標準的基礎上，再進行約束系統分析。
展開 約束系統開發（側面碰撞）
約束系統開發（側面碰撞）
