数据拟合方法 PSM边界条件拟合方法
时间：2020-03-11 07:20:07 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要： 针对PSM（Prescribed Structure Motion）边界条件有时无法反映真实情况的问题，采用MADYMO PSM SCALING软件将整车有限元侧碰模型的计算结果与实车试验测量得到的车身侧面侵入速度和侵入量进行拟合，获得准确的侧碰仿真模型的边界条件. 用初始的PSM边界条件和拟合后的PSM边界条件计算得到假人胸部伤害值、腹部伤害值和髋部伤害值，并与试验值进行比较，发现采用该拟合方法能够更快、更好地获得与实车一致的车身侵入状态边界条件，从而提高汽车侧面约束系统仿真优化的工作效率和准确性.
关键词： 汽车侧碰； prescribed structure motion； 边界条件； 拟合； 侵入速度； 侵入量
中图分类号： U462.2； TB115.1文献标志码： B
PSM boundary condition fitting method
LIU Weiguo1, 2, LIN Tao1, WANG Chun1, ZHANG Haiyang1
（1. Zhejiang Geely Automobile Institute Co., Ltd., Hangzhou 311228, China;
2. Zhejiang Key Laboratory of Automobile Safety Technology, Hangzhou 311228, China）
Abstract： As to the fact that prescribed structure motion(PSM) boundary conditions can not reflect the real situation sometimes, the intrusion velocity and intrusion calculated by whole vehicle finite element model of side impact are fitted with that of real vehicle tests by using MADYMO PSM SCALING, and the exact boundary conditions of side impact simulation model are obtained. The injury values of dummy thorax, abdomen and pubis are calculated by initial PSM boundary conditions and fitted PSM boundary conditions, the results are compared with test values, and the comparison indicates that the method can get faster and better boundary conditions which are consistent with intrusion boundary conditions of real vehicle. The method can improve the efficiency and precision of optimization of side constraint system.
Key words： automobile side impact; prescribed structure motion; boundary condition; fitting; intrusion velocity; intrusion
0引言
MADYMO PSM（Prescribed Structure Motion）建模方法是一种高效的子系统仿真分析方法，通过在有限元分析模型中提取少量的零部件（包括车门、B柱内板和座椅等）转化为侧碰模型车体的边界条件，用于侧碰约束系统优化分析.［1］与整车有限元建模计算相比，该方法能与MADYMO软件更有机地结合，大幅减少计算时间，提高工作效率.但是，PSM边界条件的生成依赖于整车有限元模型的计算结果，而有限元结构仿真结果有时与试验结果差别较大，不能真实反映车体响应，因此对乘员响应的预测评估带来很大难度，甚至会得到相反的结果，使得该方法的应用受到很大的限制.［2］
本文采用PSM SCALING软件，利用更有效的边界条件拟合方法，将实车碰撞车身状态与仿真边界条件进行拟合对标，实现仿真边界与实车测量结果的一致性，大幅提高侧碰仿真模型计算结果的准确性和侧面约束系统优化的工作效率.
1研究思路
用PSM SCALING进行PSM边界条件拟合的流程见图1.
首先从整车有限元分析计算结果中提取出初始的PSM边界条件，结合试验中车身传感器的加速度信号转换成的位移曲线，通过PSM SCALING工具计算出二者在关键节点位置各分段时间节点位移的缩放比例因子，并将相应的比例因子按照z方向分配到各节点，最终获得与实车状态一致的目标PSM文件.［3-4］
2拟合方法
2.1试验结果采集和处理
由车门内板上放置的加速度传感器测量对应假人胸部、腹部和髋部等不同部位的y向加速度信号，并通过积分方法获得速度和位移曲线，抵消掉右侧B柱中部传感器上的位移信号后，即得到实车侧面碰撞过程中的车门内板侵入速度和侵入量数据.［5］
B柱内板的侵入量也可通过相同方法获得.
2.2缩放比例因子计算
PSM缩放比例因子计算见图2.将前文得到的各节点位移数据输入PSM SCALING软件，软件自动提取该节点在不同时刻的位移与实车状态的缩放比例因数，因此在拟合位移曲线的过程中可同时保证侵入速度与实车一致.
2.3缩放比例因子输入
PSM缩放比例因子的分配和线性缩放后的各节点位移变化见图3.可知，经缩放后的PSM文件中各节点z向坐标与初始PSM文件中对应节点在不同时刻会产生差异，从而实现与实车状态的拟合.
(a)PSM缩放比例因子沿z方向分配到相关节点的示意(b)PSM线性缩放后的各节点位移变化
2.4目标PSM输出
初始PSM与缩放后的PSM对比见图4.
(a)初始PSM(b)缩放后的PS
3拟合结果
PSM边界条件初始状态与拟合后假人胸部伤害值的对比见图5，在相同的车门内饰和座椅等约束系统状态下，经过拟合后的PSM边界条件能使假人伤害值更接近于实车试验结果，在峰值和趋势上均能反映实车试验侧面碰撞的状态.
（a）左上肋骨y向加速度（b）左中肋骨y向加速度（c）左下肋骨y向加速度（d）脊柱受力（e）脊柱受到的力矩（f）背板力
假人腹部伤害值的仿真结果与试验结果对比见图6，相比初始PSM边界条件，PSM经过拟合后其腹部力与试验值更接近.
（a）左前腹部力（b）左中腹部力（c）左后腹部力（d）腹部合成力
在相同约束系统状态条件下，假人y方向耻骨力和髋部y方向加速度仿真结果与试验结果对比见图7.可知，采用初始的PSM边界条件下的耻骨力明显偏大，接近2 600 N，经过PSM拟合后，耻骨力峰值有所下降；而髋部y方向加速度在PSM经过对标后，仿真结果与试验值非常接近，能在一定程度上反映假人髋部运动和受力状态.
（a）耻骨合成力（b）髋部y向加速度图 7假人y方向耻骨力和y方向髋部加速度
仿真结果与试验结果对比
Fig.7Comparison of simulation results and test results of dummy pubis force and pelvis acceleration in y direction
4结束语
(1)采用PSM SCALING软件工具能更好、更快地实现仿真边界条件与实车碰撞测量结果的对标，较大地提升PSM方法的实用价值；(2)采用的边界条件拟合方法能更有效地反映实车碰撞车身侵入的状态和过程.
［1］朱航彬, 刘学军. 利用试验数据建立MADYMO PSM侧面碰撞模型［C］ // 第三届MADYMO中国用户大会论文集. 上海, 2007.
［2］周易. 基于MADYMO仿真的髋部缓冲块优化设计［C］ // 第六届MADYMO中国用户大会论文集. 北京, 2010.
［3］董学勤. 汽车侧面碰撞的多刚体参数化建模方法研究［C］ // 第六届MADYMO中国用户大会论文集. 北京, 2010.
［4］肖丽芳, 张海洋. MADYMO仿真在车门内饰设计过程中的应用［C］ // 第六届MADYMO中国用户大会论文集. 北京, 2010.
［5］张学荣， 苏清祖. 侧面碰撞乘员损伤影响因素分析［J］. 汽车工程, 2008, 30(2): 146-150.
ZHANG Xuerong, SU Qingzu. A research on influencing factors of occupant injury in side impact［J］. Automotive Eng, 2008, 30(2): 146-150.
(编辑于杰)
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