“二維平面網格”技術在PAB開發過程中的應用

王治家

(延鋒百利得(上海)汽車安全系統有限公司，上海 201300)

0 引言

由于三維PAB(Passenger Air Bag)氣囊在展開過程中能對乘員進行充分的保護，氣囊供應商和整車廠都大量使用三維氣囊。但在三維氣囊的開發過程中，只有二維氣袋布片數據而沒有三維數模。根據二維氣袋布片數據建立的三維CAD模型不能準確反映氣囊展開后的形狀。因此獲得準確的三維氣囊模型，對PAB形狀的優化以及約束系統的開發都至關重要。作者應用Madymo軟件的“二維平面網格”技術，根據二維氣袋CAD數據模擬出氣囊展開的形狀，并對該形狀進行優化設計。

1 方法

應用“二維平面網格”技術時，首先要對二維氣袋CAD模型進行網格劃分獲得參考網格，如圖1所示。

獲得參考網格之后，要對參考網格的邊界節點進行重新編號，如圖2所示，使縫合線處的節點編號相同。Madymo軟件可以根據這些相同的節點編號，將二維氣袋布片自動縫合成三維PAB氣囊。最后對編輯好的網格單元進行投影，如圖3所示，得到氣囊的初始狀態如圖4所示。

圖3 網格投影

圖4 初始網格

2 關鍵參數

由于氣囊的初始狀態是由投影獲得的，單元變形比較大，為了確保計算的穩定性，通過ALPHA_FUN命令定義阻尼函數，在計算的初始階段賦予較大的阻尼系數，避免單元的劇烈運動而帶來的計算不穩定。當氣囊展開后，再賦予正常的阻尼系數。阻尼函數如圖5所示。

圖5 阻尼函數

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

氣囊自接觸應用CONTACT FE_FE的CONTACT METHOD.NODE_TO_SURFACE_INTERSECT。

3 模型驗證

采用靜態點爆試驗驗證，氣囊的展開過程以及最終的形狀對約束系統開發至關重要。圖6為不同時刻氣囊仿真模型與靜態點爆試驗的對比。

4 氣囊優化

通過與靜態點爆圖片的對比驗證，快速準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 優化方案二

因此在該仿真模型基礎上，對氣囊形狀進行優化設計，提

出3種優化設計方案：(1)將該模型等比例擴大10%；(2) 改變氣囊側面布片的形狀，在Y方向上增加長度，如圖7所示；(3) 改變氣囊側面布片的形狀，在X方向上增加長度，同時在Y方向上縮短長度，如圖8所示。

圖8 優化方案三

將4個氣囊模型放入臺車仿真模型中進行對比分析，假人的H點坐標和坐姿從整車總布置圖中獲得。從圖9中可以發現：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，因此可以對頭部和胸部同時進行保護。4個優化方案的胸部壓縮量(Chest Deflection)基本相同說明安全帶性能對該傷害值影響最大。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個優化方案大腿力傷害值都為1 817 N。

圖9 傷害值對比

5 結論

以一個PAB優化的實例，詳細介紹了“二維平面網格”技術在PAB開發過程中的應用。應用該方法在PAB開發初期就可以對其形狀進行優化設計，提高約束系統性能，顯著降低開發費用和縮短開發周期。

參考文獻:

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