[發明專利]車輛防翻滾系統優化設計方法

在審

• 申請號: 202110397733.3
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN112989493A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 朱一飛;唐智亮;許同岳;陳濤;袁嘉隆
• 申請（專利權）人: 新東大（無錫）機械安全技術研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F30/27;G06F111/06;G06F119/14
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本發明公開了一種車輛防翻滾系統優化設計方法。該方法是基于結構優化設計算法，內嵌機器學習模型來快速預測結構設計與防翻滾吸能性能的關系，通過梁單元有限元分析模型計算快速生成機器學習訓練所需大量數據，通過試驗設計來進行取樣，使得樣本點在設計空間較為均勻分布，并減少樣本量。通過上述方式，本發明的積極效果是解決防翻滾系統性能分析計算量大而難以優化設計的難題。本方法可以極大加速防翻滾系統的設計及給出優化后的設計，提高防翻滾安全性，降低系統重量，提高燃油經濟性。

技術領域

本發明涉及汽車技術及特種作業車輛領域，特別是涉及一種車輛防翻滾系統結構性能快速評估及結構優化設計的一種方法。

背景技術

汽車翻滾是交通事故中一種非常危險的事故形式。汽車事故統計顯示,汽車翻滾事故雖然僅占所有車輛事故的約3％，但是翻車事故中的死亡人數卻占了全部交通事故死亡人數的20％-30％。在我國，汽車正面碰撞和側面碰撞的法律法規日趨完善，而翻滾方面的法律法規仍然空缺。因此翻滾事故導致的人員死亡所占比例隨著正面碰撞、側面碰撞事故導致的人員所占比例的逐漸降低而呈現逐漸增多的趨勢。因此，研究翻滾事故安全性、降低翻滾事故中的損傷具有重要的經濟和社會意義。特種作業車輛例如工程機械及軍事用途車輛由于作業環境復雜，容易產生翻滾。翻滾過程中對司乘人員的保護是一個至關重要的問題。車輛的翻滾過程非常復雜，因此對車輛防翻滾性能的評估也具有相當難度。如何設計在翻滾事故中對司乘人員具有足夠保護能力而又輕量化的防翻滾系統更是一個極具挑戰的問題。

汽車翻滾事故具有多樣性，根據美國事故樣本數據系統中結合事故外因而進行的定義，翻滾可分為絆翻、拋翻、墜翻等九種形式。絆翻、墜翻和拋翻這三者占到了翻滾事故的80％，并且都是汽車繞其縱軸旋轉的翻滾。并且，對汽車翻滾相關的交通數據統計研究表明，大部分翻車事故只包含一輛汽車，翻滾事故中車輛翻滾圈數一般不超過兩圈，這些特性都與工程機械的翻滾有類似之處。工程機械領域，整車翻滾測試為將一工程車輛從30°的斜坡上繞其縱軸翻滾下來的方法，這一方法與汽車的繞縱軸翻滾非常類似。然而，由于可重復性及成本過高等原因，現在工程機械領域普遍采用實驗室測試來評價和認證工程車輛的防翻滾性能。

工程機械領域建立了一整套實驗室準靜態測試方法來評估車輛在防翻滾保護中司乘人員的能力。防翻滾性能指標包括側向力，側向能量吸收，豎向力，縱向力，縱向能量吸收及各個方向加載時的變形量。其中，力和能量參數需要大于等于給定的閾值，而變形量則需要小于等于規定的閾值。

鑒于工程機械防翻滾實驗室測試方法的成功，并且其翻滾環境與工程車輛有較高的相似度，其基本方法可以有效移植到乘用車的防翻滾測試。由于乘用車的運行速度與工程機械有顯著區別，因此，其各項力及能量吸收指標也需要額外標定，而不能直接借用工程機械。

在設計階段對防翻滾結構的性能預測目前工業界普遍采用非線性有限元方法，經過標定的非線性有限元方法具有較高的精度，但是模型的處理和計算求解都非常費時而昂貴。由于防翻滾結構有限元分析是一個集幾何大變形，材料彈塑性及接觸非線性一體的高度非線性問題，因此，一個典型的工程機械車輛防翻滾非線性有限元分析包括前處理建模和求解及后處理需要數星期時間，分析求解需要在高性能計算集群上數百到上千計算機CPU核時。

復雜的模型處理及昂貴的計算費用限制了防翻滾系統的優化設計，工程實踐中，設計非常依賴工程師的設計經驗，通常只是在滿足防翻滾性能指標前提下進行有限的局部改進。

快速的防翻滾系統性能評估是進行系統結構優化設計的基礎和前提。對防翻滾結構快速進行防翻滾性能評估，通過結構優化算法獲得結構的最優設計，對于提高車輛防翻滾性能，降低車輛的重量具有積極的意義。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種車輛防翻滾系統優化設計方法，能夠根據系統相應質量及保護標準，直接輸出防翻滾結構設計的功能，不依賴設計工程師的經驗，設計的系統滿足防翻滾要求，并且是一個優化解。