[发明专利]基于集中参数化模型的汽车正面碰撞概念设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽车车身设计领域，特别涉及一种基于集中参数化模型的汽车正面碰撞概念设计方法。主要用于汽车概念设计阶段的抗撞性分析研究，是一种简化的集中参数化模型LPM（Lumped Parameter Model），用于新车型的概念设计阶段。通过建立新车型的多自由度LPM，来快速分析评价汽车在正面碰撞过程的抗撞性表现，并可进一步指导与开展基于安全性的汽车结构优化设计。

背景技术

车身结构设计通常分为概念设计阶段和详细设计阶段。汽车正面碰撞概念设计阶段的主要任务是确定车身吸能部件的布置形式及抗撞性刚度分布。在新车型的概念设计阶段，通过建立新车型的整车LPM，能够快速地获得新结构的抗撞性能参数，校验其是否达到新车型的性能目标，进而指导结构修改及后续设计。

LPM是对汽车高度集成和简化的概念模型，在整车LPM中，构成车身的主要吸能部件均被缩减为简化的弹簧单元，弹簧的刚度情况通过力-位移关系曲线赋值的方式来定义，而整车结构中不发生大变形或不承担吸能作用的大质量结构，如发动机、变速箱、部分桥体结构，则被缩减为刚性的质量块单元。LPM的主要优势在于，在汽车概念设计阶段，可以根据总布置需求快速修改LPM设计参数，包括弹簧长度、质量块质量及弹簧的刚度，从而对部件质量及车身轴向刚度分布有一个量化的设计，设计的自由度大，实现正向的概念设计。

通过国内外相关文献检索，类似现有技术中整车LPM的弹簧单元均采用弹性材料，这会造成在碰撞过程中质量块发生回弹的问题，出现相应误差。并且，现有技术中对LPM的弹簧单元进行力-位移关系曲线刚度赋值大多根据试验或模拟结果数据来定义，属于逆向的概念设计，对新车型详细设计阶段的指导意义不大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于集中参数化模型的汽车正面碰撞概念设计方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明能在概念设计阶段指导汽车碰撞安全性能设计、优化的汽车正面碰撞的集中参数化模型LPM。本发明的关键技术问题是通过将可设计的分段线性的力-位移关系曲线赋值给LPM中的弹簧单元，实现LPM轴向碰撞刚度的定义，从而达到在汽车的概念设计阶段初步评估抗撞性能和控制车身轴向刚度分布的设计目标。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

设计人员对概念设计阶段的汽车结构进行总体设计，确定汽车的主要参数和结构。根据汽车正面碰撞安全性实际设计问题的需要，确定LPM的规模，即模型的自由度数。设计整车LPM中各弹簧单元及质量块所代表吸能部件或大质量结构的具体方案。根据实际设计经验及目标，确定各弹簧单元及质量块的设计参数。对整车系统进行简化，将其抽象为集中参数化模型LPM。

本发明中弹簧刚度的曲线赋值方法是另一个重要的技术路线。根据概念设计方案中要达到的抗撞性目标，设计LPM中各弹簧的刚度情况，实现方式为将代表各弹簧刚度的分段线性的力-位移关系曲线赋值给弹塑性的弹簧材料。将建立好的整车LPM导入通用的商业软件中进行碰撞仿真，判断整车LPM的碰撞响应是否满足设计要求，如不满足，则在设计允许范围内修改LPM中的设计参数，包括弹簧长度、质量块质量及弹簧的刚度，直至满足设计要求，概念设计阶段结束，在此基础上开展汽车结构的详细设计。

本发明的基于集中参数化模型的汽车正面碰撞概念设计方法，具体步骤如下：

步骤1：设计人员对概念设计阶段的汽车结构进行总体设计，确定汽车的主要参数和结构，如车身长度、宽度、高度及整车质量等；

步骤2：设计人员根据汽车正面碰撞安全性实际设计问题的需要，确定LPM的规模，即模型的自由度数，也就是整车LPM中质量块的个数；

步骤3：根据以上信息，对整车系统进行集成和简化，将其抽象为集中参数化模型LPM，其中，包括将吸能子系统或部件简化为弹-塑性的弹簧单元，将在碰撞过程中不发生大变形或不承担吸能任务的大质量结构，简化为刚性的质量块单元；

步骤4：根据目标车型的总布置情况及设计目标，确定整车LPM中各弹簧单元及质量块的设计参数，包括弹簧长度、质量块边长及质量块质量；

步骤5：根据概念设计方案中预期要达到的抗撞性目标，设计整车LPM中各弹簧的刚度情况，实现方式为首先根据设计经验及设计要求，对代表各弹簧刚度的分段线性的力-位移关系曲线进行设计定义，然后将代表各弹簧刚度的分段线性的力-位移关系曲线赋值给弹-塑性的弹簧材料；