王治家

(延鋒百利得(上海)汽車安全系統(tǒng)有限公司，上海 201300)

0 引言

由于三維PAB(Passenger Air Bag)氣囊在展開過程中能對(duì)乘員進(jìn)行充分的保護(hù)，氣囊供應(yīng)商和整車廠都大量使用三維氣囊。但在三維氣囊的開發(fā)過程中，只有二維氣袋布片數(shù)據(jù)而沒有三維數(shù)模。根據(jù)二維氣袋布片數(shù)據(jù)建立的三維CAD模型不能準(zhǔn)確反映氣囊展開后的形狀。因此獲得準(zhǔn)確的三維氣囊模型，對(duì)PAB形狀的優(yōu)化以及約束系統(tǒng)的開發(fā)都至關(guān)重要。作者應(yīng)用Madymo軟件的“二維平面網(wǎng)格”技術(shù)，根據(jù)二維氣袋CAD數(shù)據(jù)模擬出氣囊展開的形狀，并對(duì)該形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 方法

應(yīng)用“二維平面網(wǎng)格”技術(shù)時(shí)，首先要對(duì)二維氣袋CAD模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分獲得參考網(wǎng)格，如圖1所示。

獲得參考網(wǎng)格之后，要對(duì)參考網(wǎng)格的邊界節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重新編號(hào)，如圖2所示，使縫合線處的節(jié)點(diǎn)編號(hào)相同。Madymo軟件可以根據(jù)這些相同的節(jié)點(diǎn)編號(hào)，將二維氣袋布片自動(dòng)縫合成三維PAB氣囊。最后對(duì)編輯好的網(wǎng)格單元進(jìn)行投影，如圖3所示，得到氣囊的初始狀態(tài)如圖4所示。

圖3 網(wǎng)格投影

圖4 初始網(wǎng)格

2 關(guān)鍵參數(shù)

由于氣囊的初始狀態(tài)是由投影獲得的，單元變形比較大，為了確保計(jì)算的穩(wěn)定性，通過ALPHA_FUN命令定義阻尼函數(shù)，在計(jì)算的初始階段賦予較大的阻尼系數(shù)，避免單元的劇烈運(yùn)動(dòng)而帶來的計(jì)算不穩(wěn)定。當(dāng)氣囊展開后，再賦予正常的阻尼系數(shù)。阻尼函數(shù)如圖5所示。

圖5 阻尼函數(shù)

氣囊與風(fēng)擋玻璃的接觸應(yīng)用CONTACT MB_FE的CONTACT_FORCE.KINEMATIC, 摩擦因數(shù)(FRIC COEF)為0.1。

氣囊自接觸應(yīng)用CONTACT FE_FE的CONTACT METHOD.NODE_TO_SURFACE_INTERSECT。

3 模型驗(yàn)證

采用靜態(tài)點(diǎn)爆試驗(yàn)驗(yàn)證，氣囊的展開過程以及最終的形狀對(duì)約束系統(tǒng)開發(fā)至關(guān)重要。圖6為不同時(shí)刻氣囊仿真模型與靜態(tài)點(diǎn)爆試驗(yàn)的對(duì)比。

4 氣囊優(yōu)化

通過與靜態(tài)點(diǎn)爆圖片的對(duì)比驗(yàn)證，快速準(zhǔn)確地獲得了氣囊的展開形狀，并且很好地模擬了氣囊展開過程。

圖7 優(yōu)化方案二

因此在該仿真模型基礎(chǔ)上，對(duì)氣囊形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提

出3種優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：(1)將該模型等比例擴(kuò)大10%；(2) 改變氣囊側(cè)面布片的形狀，在Y方向上增加長度，如圖7所示；(3) 改變氣囊側(cè)面布片的形狀，在X方向上增加長度，同時(shí)在Y方向上縮短長度，如圖8所示。

圖8 優(yōu)化方案三

將4個(gè)氣囊模型放入臺(tái)車仿真模型中進(jìn)行對(duì)比分析，假人的H點(diǎn)坐標(biāo)和坐姿從整車總布置圖中獲得。從圖9中可以發(fā)現(xiàn)：由于方案一氣囊等比例放大而不是單一方向上的增加尺寸，因此可以對(duì)頭部和胸部同時(shí)進(jìn)行保護(hù)。4個(gè)優(yōu)化方案的胸部壓縮量(Chest Deflection)基本相同說明安全帶性能對(duì)該傷害值影響最大。大腿力(Femur Load)主要受儀表板材料特性和安全帶延伸率(Webbing)影響，因此4個(gè)優(yōu)化方案大腿力傷害值都為1 817 N。

圖9 傷害值對(duì)比

5 結(jié)論

以一個(gè)PAB優(yōu)化的實(shí)例，詳細(xì)介紹了“二維平面網(wǎng)格”技術(shù)在PAB開發(fā)過程中的應(yīng)用。應(yīng)用該方法在PAB開發(fā)初期就可以對(duì)其形狀進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高約束系統(tǒng)性能，顯著降低開發(fā)費(fèi)用和縮短開發(fā)周期。

參考文獻(xiàn):

[1]TASS.Madymo Application Manual[M].[S.I.]:Holland,2010.