用于验证安全气囊爆破CAE仿真分析结果的系统及方法

摘要

本发明涉及一种用于验证安全气囊爆破CAE仿真分析结果的系统，其包括第一部件、第二部件、加速度传感器和数据采集处理装置。采用该系统能采集安全气囊在爆破过程中冲击第一部件上导轨内的质量块时的加速度值，然后进行数据处理得到加速度曲线，以便将它与通过CAE仿真模拟安全气囊爆破过程得到的加速度曲线进行对比分析来验证CAE仿真建模结果是否正确，如果二者重合度符合预设要求则表明可信度高。它还涉及用于验证安全气囊爆破CAE仿真分析结果的方法。采用本发明能有效验证CAE仿真模型的建立、模拟安全气囊展开及其对周边零部件影响的分析是否符合实际情况，为零部件的结构设计和生产制造提供更具可靠性、真实性和实用价值的指导。

说明书

【技术领域】

本发明属于安全气囊技术领域，尤其涉及一种用于验证安全气囊爆破 CAE仿真分析结果的系统及方法。

【背景技术】

在目前的国际/国内新车型内饰设计中，针对安全气囊展开时对周边 内饰零部件所造成的影响(例如，饰板断裂、安全气囊无法正常展开等)的 研究分析，通常采用的步骤是根据经验来更换材料、更改设计结构等，然 后通过物理实验反复进行验证直至合格为止。但是，采用这些现有方式存 在着设计周期长、更改和实验费用高、人力物力投入大等方面的问题，因 此业界逐渐尝试应用CAE仿真模拟开发来替代传统的设计开发模式。

值得注意的是，由于CAE仿真模拟安全气囊爆破过程在国内外尚无 成熟的应用，而且应用CAE技术后其对于安全气囊模型的建立、以及与 周边零部件的系统建立是否准确，安全气囊被起爆后的展开过程是否与实 际真实过程完全相符或基本上相符，经分析得出的结论是否能对零部件设 计具有指导意义，这些尚无现成的研究可以借鉴。

例如，在专利公开号为CN101973240A、题为“安全气囊壳体”的中国 发明专利申请中提及了应用CAE技术来仿真模拟安全气囊的起爆过程， 从而完成相应的头碰分析，然后根据其分析结论来针对安全气囊壳体进行 结构改进。如上所述，在该发明申请的技术方案中显然也没有对安全气囊 爆破CAE仿真分析结果进行必要的验证，因此直接采用该CAE仿真分析 结果来指导改进设计和生产制造是不妥当的，有可能形成潜在风险。

【发明内容】

有鉴于此，本发明的目的在于一种用于验证安全气囊爆破CAE仿真 分析结果的系统及方法，以有效地解决现有技术中存在的上述及其他方面 的问题。

为了实现上述的发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种用于验证安全气囊爆破CAE仿真分析结果的系统，其包括：

第一部件，其被构造成适于容纳爆破后的安全气囊且在安全气囊爆破 过程中不发生变形，并且其上装设有导轨和固装部件，所述导轨内装设有 对应于安全气囊上不同位置且适于在安全气囊被起爆展开后受其推动而 在所述导轨内运动的至少一个质量块，所述固装部件用于使处于未爆破而 呈收缩状态下的安全气囊固装在所述第一部件上；

第二部件，其被构造成在安全气囊爆破过程中不发生变形且不会干涉 所述质量块在所述导轨内的运动，并且适于限制安全气囊的展开方向而使 之与所述质量块的运动方向保持一致；

加速度传感器，其以使得每一个所述质量块上装设有至少一个加速度 传感器的方式进行设置，以便测量安全气囊在爆破过程中冲击所述质量块 时的加速度值；以及

数据采集处理装置，其用于采集所述加速度值并根据其处理得到加速 度曲线，以便将它与通过CAE仿真模拟安全气囊爆破过程所得到的加速 度曲线进行对比分析来验证CAE仿真建模的结果是否正确，如果二者重 合度符合预设要求则表明该CAE仿真建模的可信度高。

在上述用于验证安全气囊爆破CAE仿真分析结果的系统中，优选地， 所述固装部件呈横梁形状且其上设有安装孔，以便通过连接件将安全气囊 的耳片经由所述安装孔固定于所述固装部件。

在上述用于验证安全气囊爆破CAE仿真分析结果的系统中，优选地， 所述第二部件呈平板状且被装设在所述第一部件上。

在上述用于验证安全气囊爆破CAE仿真分析结果的系统中，优选地， 所述导轨与所述质量块之间采用轴承连接。

在上述用于验证安全气囊爆破CAE仿真分析结果的系统中，优选地， 所述第一部件、固装部件和/或第二部件采用金属材料制成。

一种用于验证安全气囊爆破CAE仿真分析结果的方法，其包括：

将处于未爆破而呈收缩状态下的安全气囊固装于设在第一部件上的 固装部件，所述第一部件被构造成适于容纳爆破后的安全气囊且在安全气 囊爆破过程中不发生变形，并且在所述第一部件上装设有导轨，所述导轨 内装设有对应于安全气囊上不同位置且适于在安全气囊被起爆展开后受 其推动而在所述导轨内运动的至少一个质量块；

在每一个所述质量块上装设至少一个加速度传感器；

设置第二部件，所述第二部件被构造成在安全气囊爆破过程中不发生 变形且不会干涉所述质量块在所述导轨内的运动，并且适于限制安全气囊 的展开方向而使之与所述质量块的运动方向保持一致；

点爆安全气囊以使其展开而推动所述质量块在所述导轨内运动，并且 通过所述加速度传感器来测量安全气囊在爆破过程中冲击所述质量块时 的加速度值；以及

采集所述加速度值并根据其处理得到加速度曲线，然而将它与通过 CAE仿真模拟安全气囊爆破过程所得到的加速度曲线进行对比分析，以 便验证CAE仿真建模的结果是否正确，如果二者重合度符合预设要求则 表明该CAE仿真建模的可信度高。

本发明的有益效果在于：采用本发明的用于验证安全气囊爆破CAE 仿真分析结果的系统及方法，可以有效验证CAE仿真模型的建立、模拟 安全气囊展开及其对周边零部件影响的分析是否符合实际情况，从而能为 零部件的结构设计和生产制造提供更具可靠性、真实性和实用价值的指 导，有利于尽可能地规避由于不合理设计和制造所造成的风险，有效提升 零部件的安全使用性能。

【附图说明】

以下将结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描 述。其中：

图1是本发明的用于验证安全气囊爆破CAE仿真分析结果的系统的 一个实施例的结构组成示意图；

图2是基于图1中实施例，采用用于验证安全气囊爆破CAE仿真分 析结果的方法在实验预备阶段时的整体示意图；以及

图3是基于图1中实施例，采用用于验证安全气囊爆破CAE仿真分 析结果的方法在实验实施阶段安全气囊爆破后的整体示意图。

附图标记说明：

1  第一部件        2  第二部件

3  固装部件        4  导轨

5  质量块          6  加速度传感器

7  安全气囊

【具体实施方式】

请参阅图1，在该图中示意性地显示出了本发明的用于验证安全气囊 爆破CAE仿真分析结果的系统一个实施例的基本组成情况。在该实施例 中，本发明系统主要包括第一部件1、第二部件2、加速度传感器6和数 据采集处理装置(未示出)，下面将对于这些组成部分进行详细说明。

第一部件1是本发明系统中的重要组成部件之一，如图1所示，在上 述实施例中是将该第一部件1整体性地构造成框架结构，以便在安全气囊 7爆破之后能够将它的已经充分膨胀展开的体积容纳在第一部件1中，使 其释放能量被完全地或基本上限制在本系统中，以便通过加速度传感器6 和数据采集处理装置等来进行更准确、真实地处理。

为了保证本发明系统具有稳定、可靠的结构构造，避免由于结构变形 而造成通过加速度传感器6测量到关键数据出现失真或无效现象，因此第 一部件1的整体结构在安全气囊的爆破过程中不应当发生变形。这样，如 在图1所示实施例中将第一部件1构造成框架结构是一种有利的设置方 式。然而可以理解的是，在一些实施例中，还可以根据实际应用需要而进 一步采用任何适用的其他结构形式。而且，第一部件1的形状也可能并非 是图1中的长方形形状，而是可以根据气囊展开后的本身形状将该第一部 件1相应地制成具有诸如正方形、圆柱体形或者其他的合适形状。当然， 如上所述那样地将第一部件1直接构造成呈长方形形状的框架结构可能 是容易制造、便于使用的。

此外，为了第一部件1具有良好的强度和刚度，尤其是它应当具备较 好的抗冲击性能，所以在优选情况下使用诸如铁、钢、铜等金属材料来制 成第一部件1。不难理解的是，在有些情况下也可以替代性地使用其强度、 刚度、抗冲击性能等均可以符合使用要求的其他材料来制成第一部件1。 当然，在第一部件1的制造过程中还可以结合应用上述这些材料。

请同时参考图1、图2和图3，在第一部件1上设置有导轨4、固装 部件3，并且在导轨4内还设置了两个能在导轨4内进行运动的质量块5， 同时在每个质量块5上另外装设了两个加速度传感器6，以下将对它们的 设置情况、工作特点等方面进行介绍。需要指出的是，这些介绍内容都只 能视作是为了更好地理解本发明工作原理及其所具备的特点和优点而给 出的示范性说明，而不可以将它们解释成对本发明的任何限制。

导轨4是用来为质量块5提供运行约束路径，它可以采用金属材料或 适宜的非金属材料制成。在上述实施例中总共布置了两个质量块5，它们 被设置在导轨4中并且对应于安全气囊7上的不同位置，这两个质量块5 的布置位置适于在安全气囊7起爆后由于其体积被膨胀展开，从而可以推 动它们在导轨4内运动。在示出的实施例中，这些质量块5的行进方向被 约束在与第一部件1的底面(或者说是第一部件1的安置平面)相平行的平 面内，并且该行进方向均是垂直地朝向第一部件1的同一侧面。

根据实际需要或者出于其他一些情况考虑，还可以在其他实施例中， 在每一个质量块5灵活地设置更多数量的加速度传感器6。当然，也可以 在不同的质量块5设置数量不同的加速度传感器6。

在示出的实施例中，在导轨4与质量块5之间是采用轴承进行连接， 以便减小它们之间的接触摩擦力。可以理解的是，将上述轴承改为采用现 有技术中的任何其他已知方式或装置也是完全被允许的。

在图2和图3中显示出了布置在质量块5上的若干个加速度传感器6， 更具体地说是在每一个质量块5上都装设了两个加速度传感器6，以便通 过它们来测量安全气囊7在爆破过程中的能量释放对质量块5冲击产生的 加速度值。在其他实施例中，可以在每一个质量块5设置更多数量的加速 度传感器6，以便能够采集获得更多的数据来保证其可靠性并提高其准确 性。然而，根据设计思路和基本要求，在本发明系统中确实可以最简化地 仅提供一个质量块5，并且在该质量块5仅设置一个加速度传感器6来实 现采集获取相应数据的目的。

在第一部件1还设置有固装部件3，它是被设置用来将处于未爆破而 呈收缩状态下的安全气囊7固装到第一部件1上。在图1-3中，固装部件 3被图示为构造成横梁形状，并且在该固装部件3上设置了安装孔，从而 可以通过使用连接件(如螺栓、扣环等)将安全气囊7的耳片经由安装孔固 定于固装部件3，这样也就将该安全气囊7固装在第一部件1上以模拟出 安全气囊的实车安装情况。对于固装部件3而言，也可以采用金属材料、 适宜的非金属材料或其结合来进行制造。

在图1-3所提供的实施例中，本发明系统还包括第二部件2。这样的 第二部件2是被特别设置用来限制安全气囊7的膨胀轨迹的，以使得其展 开方向能与前述的质量块5在导轨4中的运动方向保持一致。即，如图1 和图2清楚所示，第二部件2被构造成呈平板形状，并且将其装设在第一 部件1上，以便能有效地限制安全气囊7在垂直于第一部件1底面的方向 上进行膨胀，从而使其完全地或者基本上控制在平行于第一部件1底面的 平面内。为了保证上述限制效果，第二部件2是不应当在安全气囊爆破过 程中发生变形的，并且也不应当安全气囊爆破过程中干涉到所有的质量块 5在导轨4内的运动。对于第二部件2而言，也可以采用金属材料、适宜 的非金属材料或其结合来将其制成。

在本发明中专门设置有数据采集处理装置，它是用来采集由前述的加 速度传感器6测量到加速度值，然后根据这些采集数据进行处理(例如， 采用数值拟合方法等)来得到加速度曲线，以便进一步将该加速度曲线与 通过CAE仿真模拟安全气囊爆破过程所得到的加速度曲线进行对比分 析。通过这种对比分析，如果上述两个加速度曲线的重合度能达到预先设 定的要求(可以参考CAE仿真模型的误差可接收程度、数据处理方法所实 现的精度范围等情况来进行确定)，则表明该CAE仿真建模的可信度高， 从而能够最终验证CAE仿真建模的结果是否正确。上述的数据采集处理 装置并非本发明的重点，对此可以采用现有技术中的相应设备装置实现其 功能，所以在此不做更多描述。

相应地，本发明同时提供了一种用于验证安全气囊爆破CAE仿真分 析结果的方法，下面再结合参考图1、2以及3来说明该方法的具体操作 步骤。

首先，将处于未爆破而呈收缩状态下的安全气囊7固装到固装部件3 上，同时在第一部件1上导轨4内设置有至少一个质量块5，而在每一个 质量块5上布置有至少一个加速度传感器6，通过设置第二部件2来限制 安全气囊7的展开方向而使之与质量块5的运动方向保持一致；

然后，点爆安全气囊7，使该安全气囊7膨胀展开并由此推动质量块 5在导轨4内运动，通过所布置的各加速度传感器6来测量安全气囊7在 爆破过程中冲击质量块5时的加速度值；

随后，采集由各加速度传感器6测量到加速度值，并且根据这些数据 进行处理以便获得加速度曲线，接下来进一步对比分析该加速度曲线、通 过CAE仿真模拟安全气囊爆破过程所得到的加速度曲线，如果这两个加 速度曲线之间的重合度能够符合预设要求，则表明被测试的CAE仿真建 模具有比较高的可信度，能够比较真实地模拟出安全气囊的爆破情况，所 以将该CAE仿真模型用于仿真分析是值得信赖的。否则，就应当考虑进 一步修正或彻底重新构建该CAE仿真模型。

这样，通过本发明的上述方法也就能够方便且有效地验证了CAE仿 真建模结果是否正确。关于以上说明中涉及到的各部件情况，请参阅前述 各处的相应内容，在此不再赘述。

以上列举了若干具体实施例来详细阐明本发明的用于验证安全气囊 爆破CAE仿真分析结果的系统及方法，这些个例仅供说明本发明的原理 及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围 的情况下，本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所 有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所 限定。