[发明专利]汽车正面碰撞的非线性动力学模型

摘要

本发明一种汽车正面碰撞的非线性动力学模型，是集成了汽车正面一、二次碰撞的集中参数模型IPSIM，用于汽车新车型开发过程中碰撞安全性能的设计，也用于汽车正面碰撞的一次和二次碰撞过程研究。在汽车的概念设计阶段，设计人员采用本发明，将汽车各子系统和结构部件的功能和碰撞性能分解，根据实际要求设计其碰撞性能以及乘员约束系统的特性，根据碰撞安全性相关标准，对整车或某些部件的结构耐撞性以及乘员的安全性进行分析、评价，以指导汽车结构的优化。

主权项

本发明一种汽车正面碰撞的非线性动力学模型，其特征在于：该非线性动力学模型是集成了汽车正面一次和二次碰撞的集中参数模型IPSIM(Integrated Primary and Secondary Impact Model，)不仅用于分析汽车与固定壁障的一次碰撞过程，也用于分析乘员与汽车的二次碰撞过程；建立IPSIM包括以下步骤：(1)设计工程师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；(2)根据汽车正面碰撞安全性实际设计问题的需要，确定IPSIM的规模，即模型的自由度数；(3)对整车系统进行简化，将其抽象为集中参数模型；(4)将汽车各子系统和结构部件的特性分解，并将整车集中参数模型分解为车身结构部件力学模型、转向系统力学模型和乘员保护系统力学模型；(5)根据实际设计问题需要，将车身结构部件力学模型分解为传动系统、保险杠、纵梁、车身等部件，并综合考虑各部件的中间连接件的力学模型；(6)将转向系统的力学模型分解为转向轴、脱开装置等的力学模型；(7)将乘员保护系统的模型分解为乘员约束系统、安全气囊等的力学模型；(8)对各子系统及结构部件的动力学参数进行设计，包括其质量、刚度、阻尼；(9)采用力学原理，建立纯一次碰撞和纯二次碰撞的动力学模型；(10)对纯一次碰撞动力学模型进行仿真，判断系统的响应是否满足设计要求，如不满足，则返回至(5)，对车身结构部件力学模型进行修改；(11)对纯二次碰撞动力学模型进行仿真，判断系统的响应是否满足设计要求，如不满足，则返回至(6)，对转向系统和乘员保护系统的力学模型进行修改，如满足则转至(12)；(12)乘员通过约束系统、座椅与车身相连，在二次碰撞过程中，乘员通过转向系统与汽车相互作用，考虑乘员与汽车之间的强耦合作用，建立IPSIM的数学模型；(13)采用数值分析方法求解IPSIM数学模型，得到正面碰撞系统的动力学响应，包括汽车和乘员的响应；(14)分析车身和乘员的响应是否满足设计要求，如果不满足，则返回至(2)，对IPSIM模型规模、各子系统及结构部件的参数进行修改后，再继续前面的步骤；如果满足，则在此基础上开展汽车结构的详细设计。