[发明专利]参数化的约束系统刚度设计方法

摘要

本发明公开了一种参数化的约束系统刚度设计方法，克服了逆向或者局部逆向设计方式难以满足现阶段对产品开发周期要求的问题，该方法的步骤如下：1)设定约束条件：(1)乘员胸部加速度限值G；G是正向设计时根据乘员保护要求提出的胸部加速度限值；(2)乘员最大相对位移D_o/v；D_o/v是总布置阶段已经确定好的乘员生存空间；(3)根据碰撞试验要求确定碰撞出速度v₀及车体的双台阶波形的基本参数；2)定义简化曲线：(1)定义双台阶波；(2)定义梯形波；3)根据面积相等原理进行碰撞波形与约束系统刚度的耦合分析；4)引入振动方程求解乘员的相对运动响应；5)求解约束系统刚度；6)建立插值公式实现约束系统刚度的快速求解。

主权项

1.一种参数化的约束系统刚度设计方法，其特征在于，所述的参数化的约束系统刚度设计方法的步骤如下：1)设定约束条件：(1)乘员胸部加速度限值G；G是正向设计时根据乘员保护要求提出的胸部加速度限值；(2)乘员最大相对位移D_o/v；D_o/v是总布置阶段已经确定好的乘员生存空间；(3)根据碰撞试验要求确定碰撞初速度v₀及车体的双台阶波形的基本参数；双台阶波形的基本参数是指：双台阶波的两个幅值A₁和A₂，发动机碰撞时刻t₁，碰撞结束时刻t_v，发动机碰撞时刻乘员的相对位移D_r1，车体停止运动时乘员的相对位移D_r2；2)定义简化曲线：(1)定义双台阶波；(2)定义梯形波；3)根据面积相等原理进行碰撞波形与约束系统刚度的耦合分析；4)引入振动方程求解乘员相对运动响应；5)求解约束系统刚度k：从双台阶波与梯形波的对应关系中得出：从双台阶波输入下的振动方程求得公式联立D_L的两个公式，求得：A₁cosωt_L+(A₂‑A₁)cosω(t_L‑t₁)＝A₂‑G                 (12)当乘员加速度达到G时，得到t_L的值为车体停止运动时乘员的相对位移D_r2的值为：根据公式有：从双台阶波输入下的振动方程求得的公式和方程(13)、(14)与(15)联立求解，若已知G和D_o/v，就可以得到相对应的约束系统刚度k；由于方程组过于复杂，如果用D_r2来进行推导结果将十分庞大，只能通过编程来求解，工程上，乘员加速度达到峰值和车体回弹的时刻接近，所以考虑如果令t_v＝t_L，代表在乘员刚刚达到加速度峰值车体开始回弹的碰撞情况下来计算D_r2，计算过程会大幅度简化：则公式(15)变形为：至此建立了车体、约束系统刚度和乘员响应的相关性，其意义在于将碰撞过程中复杂的耦合关系简化为数学求解过程，可以在设计初期确定乘员约束系统刚度，具体是根据目标车型，将已知条件包括双台阶波参数A₁，A₂，t₁，t_v，以及边界条件G和D_o/v带入公式(17)，为了求解公式(17)将D_o/vG项移至等式右侧，公式(17)变形为公式(18)，则f(ω)＝0成立时，求得的ω即为公式(17)的解：以上公式中，D_r1为发动机碰撞时刻乘员的相对位移，D_r2为车体停止运动时乘员的相对位移，D_o/v为乘员最大相对位移，单位为m；A₁和A₂分别为双台阶波的两个幅值，单位为m/s²；t₁为发动机碰撞时刻，t_v为碰撞结束时刻，t_L为乘员加速度达到限值时刻，单位为s；G为乘员胸部加速度限值，单位为m/s²；D_L为t_L时刻的极限相对位移，简称“极限相对位移”，单位m；v_L为t_L时刻乘员的相对速度，单位m/s；ω为约束系统固有频率，单位为s^‑1；k为约束系统刚度，单位为s^‑2；本步骤考虑如果令t_v＝t_L，求解约束系统刚度；6)建立插值公式实现约束系统刚度的快速求解。