CN114254436A - 汽车前端结构设计对碰撞信号影响的分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车前端结构设计对碰撞信号影响的分析方法，在汽车产品开发尤其是改款产品开发过程中，提供一种有效可靠的判断依据，用于提前判定ACU标定算法是否需要调整，提供了不满足算法要求的解决办法，在后期实车碰撞阶段完成分析方法可靠性验证；采用高速动态非线性隐式有限元计算手段获取碰撞10K高频信号数据，分析对比不同碰撞工况下的信号是否满足主点火算法余量要求，以决定是沿用还是调整ACU标定算法，在开发后期实车碰撞阶段完成分析方法可靠性验证，规避追加开发费用、缩短开发周期。
Description
技术领域
本发明涉及汽车碰撞技术领域，具体的说，是涉及一种汽车前端结构设计对碰撞信号影响的分析方法。
背景技术
现有技术是在车辆开发后期，通过实车破坏性碰撞试验，采集碰撞信号与基础车辆的碰撞信号进行对比，如信号差异较小，则不需要调整标定算法，如信号差异较大，则需要调整标定算法同时要追加样车及实验再次验证。
现有技术缺陷是，汽车前端结构设计变化对碰撞信号的影响风险全部堆积在产品开发后期，追加开发费用和延长开发周期存在较高风险。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种缩短开发周期，降低开发成本的汽车前端结构设计对碰撞信号影响的分析方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种汽车前端结构设计对碰撞信号影响的分析方法，
步骤S10，接收改款车型的前端结构设计方案数据；
步骤S11，对改款后车型正面碰撞工况进行高速动态非线性隐式有限元计算，即：碰撞标定工况CAE模型分析计算；
就是把车辆的所有零部件，做成一个数字化模型，给模型设定边界条件，通过LS-DYNA碰撞求解器，用数值计算的方式计算出车辆的运动量、变形量、速度变化曲线、加速度曲线等指标的理论数值；
步骤S12，获取车身关键位置碰撞10K高频信号数据；
在数字化模型制作时，定义好需要输出的信号，比如在车辆B柱下方定义一个小方块模拟真实实验的加速度传感器，高速动态非线性隐式有限元计算完成后，通过计算后处理软件就可以读取到这个位置的10K加速度高频信号；
步骤S13，10K高频信号转换至1K或者2K数据；因为当前的行业技术，高频信号每两个点之前的变化量太大，如图4所示，ACU算法不能直接识别10K高频信号，转换方式需要定义API接口协议，输入至ACU标定算法模拟计算；
输入算法池的目的，是在算法池中挑选出最容易处理这些1K或者2K信号的算法。首先，算法不会从零开始编写程序，所有算法都是经过一代又一代ACU控制器产品逐步迭代并已在车辆上验证过的，因此长期积累会形成一个算法池，针对不同的碰撞信号，我们需要从算法池中选择最优最安全的算法，用来保障ACU点火策略是安全的，如图5；
步骤S14，判断不同碰撞工况下的信号是否满足信号不点火算法余量（域度）要求，满足信号点火要求跳转步骤S16，否则跳转步骤S15；
获得相关的正面碰撞信号并在算法池中处理完成后，可以形成一张与表1相似的矩阵表，如果开发要求提高，正面碰撞的情况会增加，矩阵表会更加庞大，所有主点火算法余量大于50%，则判定满足要求。余量大于50%的意思是，任何一条碰撞信号曲线放大或者缩小50%，都不影响表1所示的点火决定；如表1，所有主点火算法余量大于50%，则判定满足要求。
步骤S15，更改设计，跳转步骤S10；
步骤S16，判断不同碰撞工况下的信号是否满足信号点火算法余量（域度）要求，满足信号点火要求跳转步骤S20，否则跳转步骤S17；
步骤S17，判断是否是悬置系统断裂时刻原因，是悬置系统断裂时刻原因跳转步骤S18，否则跳转S19；
步骤S18，更改悬置系统设计，跳转步骤S10；
步骤S19，调整ACU标定算法；
步骤S20，沿用上一代车型ACU硬件及算法；
步骤S21，通过实车碰撞验证标定算法的可靠性；
不可靠指的是：以13公里正面碰撞为例，ACU策略是要求不点火，即车辆在发生13公里碰撞事故时，气囊不允许点爆否则会对车内乘员造成伤害。在实车碰撞验证时，若气囊发生点爆，则判定为算法不可靠；
步骤S22，判断碰撞工况下的信号是否满足信号点火算法余量要求，满足信号点火要求，结束，否则跳转步骤S23；
步骤S23，实车物理信号标定新算法。
优选的，计算机中建立汽车碰撞有限元模型，对照实际碰撞试验条件，设定模型的边界和载荷，通过数值计算求解器，解算汽车碰撞的大变形，并运用计算机图形处理和数据处理技术，读取汽车碰撞的动画等结果。
优选的，只要搭建汽车碰撞有限元模型时设定好需要计算和输出的参数，这些数据可以直接在汽车碰撞后处理计算软件中直接读取，这些数据主要指的是车辆碰撞加速度信号(g)车辆碰撞的速度变化量(mm/s)、碰撞后的整车变形量(mm)。
这些数据（车身关键位置碰撞10K高频信号数据）是在做汽车碰撞性能开发和ACU标定时必须保证的过程数据，没有这些数据，就没有办法分析我们的开发和标定技术是不是对的，以加速度信号为例，加速度信号越小，反应到人体伤害就会越小。
ACU标定算法所必须的输入参量输入至ACU标定算法计算池，目的是选用算法池中与输入参量配合度最高算法条件，写入到ACU硬件中；判断不同碰撞工况下的信号是否满足主点火算法余量（域度）要求。
判断了主点火算法的余量要求，才能知道当前使用的ACU标定算法是否符合气囊和安全带的点爆策略，用在这辆车上是否合适；
沿用或调整ACU标定算法（条件就是我们判断这些信号均满足主点火算法余量（域度）的要求；最终通过实车碰撞验证标定算法的可靠性。
优选的，步骤S10前端结构设计方案数据包括：前保险杠、大灯、雾灯、进气格栅、中网、LOGO、中支座数据。
本发明相对现有技术的有益效果：
本发明汽车前端结构设计对碰撞信号影响的分析方法，在汽车产品开发尤其是改款产品开发过程中，提供一种有效可靠的判断依据，用于提前判定ACU标定算法是否需要调整，提供了不满足算法要求的解决办法。并在后期实车碰撞阶段完成分析方法可靠性验证。
本发明汽车前端结构设计对碰撞信号影响的分析方法，采用高速动态非线性隐式有限元计算手段获取碰撞10K高频信号数据，分析对比不同碰撞工况下的信号是否满足主点火或不点火算法要求，以决定是沿用还是调整ACU标定算法，在开发后期实车碰撞阶段完成分析方法可靠性验证，规避追加开发费用、延长开发周期的概率和可能性。
附图说明
图1 汽车前端结构设计对碰撞信号影响的分析方法流程示意图；
图2 基础车型与改款车型前端结构设计对比图；
图3 汽车前端结构改款后ACU算法标定容易错的正面碰撞工况；
图4 碰撞10K高频信号数据；
图5 数据转换与计算物理流程图；
图6 计算碰撞变形区域图。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：
如图3所示的15公里RCAR和40公里ODB，这两个正面碰撞的工况，图 3 15公里RCAR（左）、40公里 ODB（右）。
ACU算法标定容易出错，是因为：在15公里RCAR的碰撞信号，放大50%以后，很容易与40公里ODB的碰撞信号交叉，信号一旦交叉，点火算法就不能判定是应该点爆气囊还是不点爆气囊。事实上，行业标准和市场都要求15公里RCAR不点火，40公里ODB则需要点爆气囊来保护乘员的生命安全。
图3是ACU算法标定最容易出错的正面碰撞情况举例，汽车发生碰撞时，ACU算法是不知道碰撞速度、方向和角度等外部环境的，它只能识别加速度信号。但行业对ACU算法的处理有一定准则，比如15公里的RCAR不点爆气囊，40公里ODB则需要点爆气囊。这两个碰撞工况的加速度信号区分度很低，也就是说如果不经过处理，ACU会把这两个信号搞混，而导致控制错误让气囊产生误爆。
图6是对步骤S17的说明，因为在碰撞时，悬置是否断裂对车辆碰撞加速度信号的影响非常大，L2就车辆前端至发动机悬置的距离，在步骤S11计算时，可以同时获知碰撞变形区域是否到达了L2的位置，如果到达，则说明该碰撞工况发生时悬置断裂对车辆碰撞加速度信号产生了影响；如果变形没有到达L2位置，则可以排除S17的影响。L1指的是车辆前端结构的X向距离，仅用于指示前端结构在车辆中的位置。
采用物理装置转换高频信号。该装置是一个带有计算处理功能的硬件设备，并定义了API接口协议，即可以读取识别10K高频信号，通过内置的数据转换算法，将10K信号（图4）转换后输出为1K或者2K信号。
附图1-6可知，一种汽车前端结构设计对碰撞信号影响的分析方法，
步骤S10，接收改款车型的前端结构设计方案数据；
步骤S11，对改款后车型正面碰撞工况进行高速动态非线性隐式有限元计算，即：碰撞标定工况CAE模型分析计算；
就是把车辆的所有零部件，做成一个数字化模型，给模型设定边界条件，通过LS-DYNA碰撞求解器，用数值计算的方式计算出车辆的运动量、变形量、速度变化曲线、加速度曲线等指标的理论数值；
步骤S12，获取车身关键位置碰撞10K高频信号数据；
在数字化模型制作时，定义好需要输出的信号，比如在车辆B柱下方定义一个小方块模拟真实实验的加速度传感器，高速动态非线性隐式有限元计算完成后，通过计算后处理软件就可以读取到这个位置的10K加速度高频信号；
步骤S13，10K高频信号转换至1K或者2K数据，因为当前的行业技术，高频信号每两个点之前的变化量太大，如图4所示，ACU算法不能直接识别10K高频信号，转换方式需要定义API接口协议，输入至ACU标定算法模拟计算；
输入算法池的目的，是在算法池中挑选出最容易处理这些1K或者2K信号的算法。首先，算法不会从零开始编写程序，所有算法都是经过一代又一代ACU控制器产品逐步迭代并已在车辆上验证过的，因此长期积累会形成一个算法池，针对不同的碰撞信号，我们需要从算法池中选择最优最安全的算法，用来保障ACU点火策略是安全的；如图5；
步骤S14，判断不同碰撞工况下的信号是否满足信号不点火算法余量（域度）要求，满足信号点火要求跳转步骤S16，否则跳转步骤S15；
获得相关的正面碰撞信号并在算法池中处理完成后，可以形成一张与表1相似的矩阵表，如果开发要求提高，正面碰撞的情况会增加，矩阵表会更加庞大，所有主点火算法余量大于50%，则判定满足要求。余量大于50%的意思是，任何一条碰撞信号曲线放大或者缩小50%，都不影响图6所示的点火决定；如图6，所有主点火算法余量大于50%，则判定满足要求。
步骤S15，更改设计，跳转步骤S10；
步骤S16，判断不同碰撞工况下的信号是否满足信号点火算法余量（域度）要求，满足信号点火要求跳转步骤S20，否则跳转步骤S17；
步骤S17，判断是否是悬置系统断裂时刻原因，是悬置系统断裂时刻原因跳转步骤S18，否则跳转S19；
步骤S18，更改悬置系统设计，跳转步骤S10；
步骤S19，调整ACU标定算法；
步骤S20，沿用上一代车型ACU硬件及算法；
步骤S21，通过实车碰撞验证标定算法的可靠性；
不可靠指的是：以13公里正面碰撞为例，ACU策略是要求不点火，即车辆在发生13公里碰撞事故时，气囊不允许点爆否则会对车内乘员造成伤害。在实车碰撞验证时，若气囊发生点爆，则判定为算法不可靠；
步骤S22，判断碰撞工况下的信号是否满足信号点火算法余量要求，满足信号点火要求，结束，否则跳转步骤S23；
步骤S23，实车物理信号标定新算法。
优选的，计算机中建立汽车碰撞有限元模型，对照实际碰撞试验条件，设定模型的边界和载荷，通过数值计算求解器，解算汽车碰撞的大变形，并运用计算机图形处理和数据处理技术，读取汽车碰撞的动画等结果。
优选的，只要搭建汽车碰撞有限元模型时设定好需要计算和输出的参数，这些数据可以直接在汽车碰撞后处理计算软件中直接读取，这些数据主要指的是车辆碰撞加速度信号(g)车辆碰撞的速度变化量(mm/s)、碰撞后的整车变形量(mm)。
这些数据（车身关键位置碰撞10K高频信号数据）是在做汽车碰撞性能开发和ACU标定时必须保证的过程数据，没有这些数据，就没有办法分析我们的开发和标定技术是不是对的，以加速度信号为例，加速度信号越小，反应到人体伤害就会越小。
ACU标定算法所必须的输入参量输入至ACU标定算法计算池，目的是选用算法池中与输入参量配合度最高算法条件，写入到ACU硬件中；判断不同碰撞工况下的信号是否满足主点火算法余量（域度）要求。
判断了主点火算法的余量要求，才能知道当前使用的ACU标定算法是否符合气囊和安全带的点爆策略，用在这辆车上是否合适；
沿用或调整ACU标定算法（条件就是我们判断这些信号均满足主点火算法余量（域度）的要求；最终通过实车碰撞验证标定算法的可靠性。
步骤S10前端结构设计方案数据包括：前保险杠、大灯、雾灯、进气格栅、中网、LOGO、中支座数据。
表1：标定算法的各种碰撞工况和ACU算法余量要求表：
本发明汽车前端结构设计对碰撞信号影响的分析方法，在汽车产品开发尤其是改款产品开发过程中，提供一种有效可靠的判断依据，用于提前判定ACU标定算法是否需要调整，提供了不满足算法要求的解决办法。并在后期实车碰撞阶段完成分析方法可靠性验证。
本发明汽车前端结构设计对碰撞信号影响的分析方法，采用高速动态非线性隐式有限元计算手段获取碰撞10K高频信号数据，分析对比不同碰撞工况下的信号是否满足主点火或不点火算法要求，以决定是沿用还是调整ACU标定算法，在开发后期实车碰撞阶段完成分析方法可靠性验证，规避追加开发费用、延长开发周期的概率和可能性。
现有技术的ACU标定完全依赖实物试验，需要两轮完整的实物碰撞，第一轮碰撞采集所有的信号，根据所采集的信号对ACU标定算法进行处理，在ACU控制器硬件中重新刷写软件程序，更新后的ACU硬件装载在第二轮的实车中，再次进行碰撞试验，根据气囊及安全带的点爆情况判定ACU标定算法的可靠性。
本发明在计算机中模拟碰撞环境，通过高速动态非线性隐式有限元数值计算，获取碰撞信号高速动态非线性隐式有限元数值计算代替第一轮碰撞试验，直接在数值计算中读取碰撞加速度信号，将其输入给ACU标定算法进行处理。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均属于本发明的技术方案范围内。
Claims (4)
1.一种汽车前端结构设计对碰撞信号影响的分析方法，其特征在于，
步骤S10，接收改款车型的前端结构设计方案数据；
步骤S11，对改款后车型正面碰撞工况进行高速动态非线性隐式有限元计算，即：碰撞标定工况CAE模型分析计算；
步骤S12，获取车身关键位置碰撞10K高频信号数据；
步骤S13，10K高频信号转换至1K或者2K数据，输入至ACU标定算法模拟计算；
步骤S14，判断不同碰撞工况下的信号是否满足信号不点火算法余量要求，满足信号点火要求跳转步骤S16，否则跳转步骤S15；
步骤S15，更改设计，跳转步骤S10；
步骤S16，判断不同碰撞工况下的信号是否满足信号点火算法余量要求，满足信号点火要求跳转步骤S20，否则跳转步骤S17；
步骤S17，判断是否是悬置系统断裂时刻原因，是悬置系统断裂时刻原因跳转步骤S18，否则跳转S19；
步骤S18，更改悬置系统设计，跳转步骤S10；
步骤S19，调整ACU标定算法；
步骤S20，沿用上一代车型ACU硬件及算法；
步骤S21，通过实车碰撞验证标定算法的可靠性；
步骤S22，判断碰撞工况下的信号是否满足信号点火算法余量要求，满足信号点火要求，结束，否则跳转步骤S23；
步骤S23，实车物理信号标定新算法。
2.根据权利要求1所述汽车前端结构设计对碰撞信号影响的分析方法，其特征在于：
计算机中建立汽车碰撞有限元模型，对照实际碰撞试验条件，设定模型的边界和载荷，通过数值计算求解器，解算汽车碰撞的大变形，并运用计算机图形处理和数据处理技术，读取汽车碰撞的动画等结果。
3.根据权利要求1所述汽车前端结构设计对碰撞信号影响的分析方法，其特征在于：
搭建汽车碰撞有限元模型时设定好需要计算和输出的参数，数据直接在汽车碰撞后处理计算软件中直接读取，数据包括：车辆碰撞加速度信号车辆碰撞的速度变化量、碰撞后的整车变形量。
4.根据权利要求1所述汽车前端结构设计对碰撞信号影响的分析方法，其特征在于：步骤S10前端结构设计方案数据包括：前保险杠、大灯、雾灯、进气格栅、中网、LOGO、中支座数据。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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